JP2016012647A - 半導体装置 - Google Patents

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洋平 岩橋
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Abstract

【課題】温度を精度良く検知することができる技術を提供する。【解決手段】半導体装置１は、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３が隣接して交互に並んでいる半導体基板１０と、半導体基板１０の表面に形成されている温度センスダイオード素子５０と、を備えている。ＩＧＢＴ領域２内の半導体基板１０にはＩＧＢＴ素子２０が形成されており、ダイオード領域３内の半導体基板１０にはダイオード素子３０が形成されている。ＩＧＢＴ素子２０およびダイオード素子３０の一方の発熱量が他方の発熱量より大きく、発熱量が大きい素子が形成されている領域の表面に温度センスダイオード素子５０が配置されている。【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。
半導体装置は通電により発熱し、その温度が上昇する。そこで、半導体装置には温度を検知するための素子が設けられている。特許文献１には、半導体基板と、温度を検知するための素子とを備える半導体装置が開示されている。
特開平７−０６６４０２号公報
従来の半導体装置では、発熱して温度が上昇したときに、半導体基板内の位置によってその温度に差が生じることがある。例えば、半導体装置の一部の領域が他の領域より高温になることがある。このような半導体装置では、その温度を精度良く検知することが求められる。
本明細書に開示する半導体装置は、ＩＧＢＴ領域およびダイオード領域が隣接して交互に並んでいる半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成されている温度センスダイオード素子と、を備えている。前記ＩＧＢＴ領域内の前記半導体基板にはＩＧＢＴ素子が形成されており、前記ダイオード領域内の前記半導体基板にはダイオード素子が形成されている。前記ＩＧＢＴ素子および前記ダイオード素子の一方の発熱量が他方の発熱量より大きく、発熱量が大きい素子が形成されている領域の表面に前記温度センスダイオード素子が配置されている。
このような構成によれば、発熱量が大きい素子が形成されている領域が他方の領域よりも高温になる。そして、高温になる領域内に温度センスダイオード素子が配置されているので、高温になる領域内の半導体基板の温度を検知することができる。これにより、半導体基板の温度が上昇したときに、より高温になっている領域の温度変化を検知するので、精度良く温度を検知することができる。
半導体装置の上面図である。 図１の要部IIの拡大図である。 図２のIII−III断面図である。 図２のIV−IV断面図である。 通電時間を説明するための図である。 他の実施形態に係る半導体装置の要部の拡大図である。 他の実施形態に係る半導体装置の要部の断面図である。 図７のVIII−VIII断面図である。 他の実施形態に係る半導体装置の要部の拡大図である。 他の実施形態に係る半導体装置の図８に対応する断面図である。
以下に説明する実施形態の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
（特徴１）半導体装置は、半導体基板を上面視したときに半導体基板の中心部において直線状に延びるゲート配線を備えていてもよい。温度センスダイオード素子は、ゲート配線に沿って交互に並んでおり、直列に接続された複数のセンスアノード領域およびセンスカソード領域を備えていてもよい。
（特徴２）ゲート配線は、ＩＧＢＴ領域およびダイオード領域が交互に並ぶ方向に沿って延びていてもよい。複数のセンスアノード領域およびセンスカソード領域は、前記方向に沿って交互に並んでいてもよい。
（特徴３）温度センスダイオード素子は、ＩＧＢＴ領域およびダイオード領域が延びる方向に沿って交互に並んでおり、直列に接続された複数のセンスアノード領域およびセンスカソード領域を備えていてもよい。
［第１実施形態］
以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。実施形態に係る半導体装置１は、図１および図２に示すように、半導体基板１０と、温度センスダイオード素子５０とを備えている。半導体基板１０は、複数のＩＧＢＴ領域２および複数のダイオード領域３を備えている。温度センスダイオード素子５０は、半導体基板１０の表面の中心部に形成されている。なお、本明細書では、図１および図２に示すようにｘ方向（横方向：長手方向）およびｙ方向（縦方向：短手方向）を規定する。
半導体装置１は、ＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）としての機能と、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）としての機能とを有している。ＩＧＢＴおよびＦＷＤは逆並列の状態で配置されており、逆導通型の半導体装置１が形成されている。
半導体基板１０は、上面視すると略矩形状となるように形成されている。半導体基板１０は、シリコン（Ｓｉ）によって形成されている。他の例では、半導体基板１０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等から形成されていてもよい。半導体基板１０の中心部の表面に温度センスダイオード素子５０が配置されている。半導体基板１０の外周部の表面には複数の信号電極７１が形成されている。
半導体装置１を上面視したときに、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３は、ｘ方向（横方向：長手方向）に長く延びている。上面視において、複数のＩＧＢＴ領域２および複数のダイオード領域３は、ｙ方向（縦方向：短手方向）に交互に並んで形成されている。ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３は、上面視においてストライプ状に配置されている。ｙ方向において、ＩＧＢＴ領域２の幅ｗ２は、ダイオード領域３の幅ｗ３より広い。
半導体基板１０の内部には半導体素子が形成されている。図３に示すように、ＩＧＢＴ領域２内の半導体基板１０にはＩＧＢＴ素子２０が形成されている。ダイオード領域３内の半導体基板１０にはダイオード素子３０が形成されている。ＩＧＢＴ素子２０およびダイオード素子３０は、ｙ方向に隣り合って形成されている。
半導体基板１０は、ＩＧＢＴ領域２内において、ｐ型のコレクタ領域２１と、コレクタ領域２１の上に形成されたｎ型のドリフト領域２２（ＩＧＢＴドリフト領域２２ａ）と、ドリフト領域２２の上に形成されたｐ型のボディ領域２３と、ボディ領域２３の上に形成されたｎ型のエミッタ領域２４と、ボディ領域２３の上に形成されたｐ型のコンタクト領域２５とを備えている。また、半導体基板１０には複数のトレンチ６１が形成されている。複数のトレンチゲート６０は、ｙ方向に間隔をあけて並んで形成されている。トレンチ６１は、半導体基板１０の表面からｚ方向（深さ方向）に延びている。トレンチ６１は、エミッタ領域２４およびボディ領域２３を貫通してドリフト領域２２の内部まで延びている。トレンチ６１の内面には、ゲート絶縁膜６２が形成されている。トレンチ６１の内部（ゲート絶縁膜６２の内側）には、ゲート電極６３が形成されている。ゲート絶縁膜６２はトレンチ６１の内面を被覆している。ゲート絶縁膜６２は、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から形成されている。ゲート絶縁膜６２によってゲート電極６３が半導体基板１０から絶縁されている。ゲート電極６３は、半導体基板１０の表面に露出している。ゲート電極６３は、例えばアルミニウムやポリシリコンから形成されている。ゲート電極６３の上には絶縁性の層間膜６４が配置されている。層間膜６４は、ゲート電極６３と表面側共通電極４１を絶縁している。ゲート電極６３は、ゲート配線６５に接続されている（図３では図示省略）。コレクタ領域２１と、ドリフト領域２２、ボディ領域２３と、エミッタ領域２４、コンタクト領域２５、ゲート絶縁膜６２及びゲート電極により、ＩＧＢＴ素子２０が形成されている。
また、半導体基板１０は、ダイオード領域３内において、ｎ型のカソード領域３１と、カソード領域３１の上に形成されたｎ型のドリフト領域２２（ダイオードドリフト領域２２ｂ）と、ドリフト領域２２の上に形成されたｐ型のアノード領域３２とを備えている。これにより、ダイオード素子３０が形成されている。
コレクタ領域２１とカソード領域３１は、隣接して形成されている。コレクタ領域２１とカソード領域３１は、ｙ方向に並んで形成されている。コレクタ領域２１とカソード領域３１の境界３３は、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３の境界に対応している。言い換えると、裏面にカソード領域３１が露出している領域がダイオード領域３であり、裏面にコレクタ領域２１が露出している領域がＩＧＢＴ領域２である。ドリフト領域２２は、ＩＧＢＴ領域２からダイオード領域３にわたって形成されている。ドリフト領域２２は、ＩＧＢＴドリフト領域２２ａとダイオードドリフト領域２２ｂに区分される。ＩＧＢＴドリフト領域２２ａはＩＧＢＴ領域２に位置しており、ダイオードドリフト領域２２ｂはダイオード領域３に位置している。ＩＧＢＴドリフト領域２２ａとダイオードドリフト領域２２ｂは一体になっている。
半導体基板１０の表面には表面側共通電極４１が配置されている。半導体基板１０の裏面には裏面側共通電極４２が配置されている。表面側共通電極４１は、エミッタ領域２４に対するエミッタ電極としての機能と、アノード領域３２に対するアノード電極としての機能とを有している。また、裏面側共通電極４２は、コレクタ領域２１に対するコレクタ電極としての機能と、カソード領域３１に対するカソード電極としての機能とを有している。
図２に示すように、半導体基板１０の表面にゲート配線６５が形成されている。半導体装置１を上面視したときに、ゲート配線６５は、ｘ方向（横方向）の中心部において、ｙ方向（縦方向）に直線状に延びている。ゲート配線６５は、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３が交互に並ぶ方向に沿って延びている。ゲート配線６５は、半導体基板１０の表面上において、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３を横切るように伸びている。図示していないが、ゲート配線６５と半導体基板１０の間には層間絶縁膜が形成されている。ゲート配線６５は、層間絶縁膜によって半導体基板１０から絶縁されている。
図４に示すように、温度センスダイオード素子５０が形成されている領域では、半導体基板１０の上に絶縁膜５５が形成されている。絶縁膜５５の材料としては、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を用いることができる。絶縁膜５５の上に、温度センス半導体基板１５０が配置されている。温度センス半導体基板１５０の材料としては、例えばポリシリコンを用いることができる。温度センス半導体基板１５０には、温度センスダイオード素子５０が形成されている。ポリシリコンに不純物を注入することにより温度センスダイオード素子５０を形成することができる。図２に示すように、温度センスダイオード５０は、ゲート配線６５の近傍に、ゲート配線６５から離間して形成されている。
温度センスダイオード素子５０は、ｐ型のセンスアノード領域５１とｎ型のセンスカソード領域５２とを備えている。本実施形態では、１つのセンスアノード領域５１と１つのセンスカソード領域５２が形成されている。センスアノード領域５１とセンスカソード領域５２は、ｙ方向（縦方向）に並んで形成されている。センスアノード領域５１とセンスカソード領域５２は、隣接している。センスアノード領域５１とセンスカソード領域５２は、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３が交互に並ぶ方向に沿って並んでいる。温度センス半導体基板１５０にｐ型およびｎ型の不純物をそれぞれ注入することにより、センスアノード領域５１およびセンスカソード領域５２をそれぞれ形成することができる。センスアノード領域５１およびセンスカソード領域５２により温度センスダイオード素子５０が形成される。温度センスダイオード素子５０は、温度が変化すると順方向の電圧が変化する特性を用いて温度を検知するものである。
温度センスダイオード素子５０は、ＩＧＢＴ領域２内に配置されている。温度センスダイオード素子５０の全体がＩＧＢＴ領域２内に収まっている。ＩＧＢＴ領域２の幅ｗ２は、温度センスダイオード素子５０の幅ｗ５０より広い。温度センスダイオード素子５０は、絶縁膜５５を介して半導体基板１０に接している。温度センスダイオード素子５０は、半導体基板１０の温度を検知する。
温度センスダイオード素子５０（センスアノード領域５１およびセンスカソード領域５２）の上には、層間膜５６が形成されている。層間膜５６は、絶縁性を有している。層間膜５６の材料としては、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を用いることができる。層間膜５６は、開口部１５６を有している。開口部１５６は、センスアノード領域５１およびセンスカソード領域５２の上にそれぞれ形成されている。
温度センスダイオード素子５０のセンスアノード領域５１の上には、センスアノード電極５３が形成されている。センスカソード領域５２の上には、センスカソード電極５４が形成されている。センスアノード電極５３およびセンスカソード電極５４は、それぞれ開口部１５６に充填されている。センスアノード電極５３およびセンスカソード電極５４は、層間膜５６の一部を覆っている。センスアノード電極５３およびセンスカソード電極５４は、アルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）等の導電性を有する金属から形成されている。図２に示すように、温度センスダイオード素子５０は、温度センスダイオード素子５０は、ゲート配線６５の近傍に配置されている。センスアノード電極５３およびセンスカソード電極５４は、それぞれ配線５８に接続されている。配線５８は、半導体基板１０の表面に沿ってｙ方向に延びている。配線５８は、外部の制御装置（図示省略）に接続されている。制御装置は、温度センスダイオード素子５０による検知に基づいて、温度を測定することができる。
センスアノード電極５３、センスカソード電極５４および層間膜５６の上には、保護膜５７が形成されている。保護膜５７は、絶縁性を有している。保護膜５７の材料としては、例えば、ポリイミドを用いることができる。保護膜５７は、センスアノード電極５３、センスカソード電極５４および層間膜５６を覆っている。保護膜５７は、温度センスダイオード素子５０を覆っている。
上述した構成を備える半導体装置１では、センスアノード電極５３とセンスカソード電極５４の間に、センスアノード領域５１側がプラスとなる電圧（温度センスダイオード素子５０に対する順方向の電圧）を印加すると、温度センスダイオード素子５０がターンオンする。これによって、センスカソード電極５４からセンスアノード電極５３へキャリア（電子）が流れる（すなわち、センスアノード電極５３からセンスカソード電極５４へ電流が流れる。）。温度センスダイオード素子５０により温度を検知するときは、センスアノード電極５３からセンスカソード電極５４へ一定の電流を流しておく。そして、温度センスダイオード素子５０の下の半導体基板１０の温度が変化すると、センスアノード電極５３とセンスカソード電極５４の間の順方向の電圧が変化する。この電圧の変化により温度の変化を検知することができる。温度の変化に基づいて、図示しない制御装置が、半導体基板１０の温度を測定する。
また、半導体装置１では、表面側共通電極４１と裏面側共通電極４２の間に、裏面側（コレクタ領域２１側）がプラスとなる電圧（すなわち、ＩＧＢＴに対する順方向の電圧）を印加すると共に、ゲート電極６３にオン電位を印加すると、ＩＧＢＴがターンオンする。これによって、ボディ領域２３にキャリアが通過するチャネルが形成され、表面側共通電極４１から、エミッタ領域２４、ボディ領域２３に形成されたチャネル、ドリフト領域２２、及びコレクタ領域２１を介して、裏面側共通電極４２へキャリア（電子）が流れる。また、これとは逆に、表面側共通電極４１と裏面側共通電極４２の間に、表面側（アノード領域３２側）がプラスとなる電圧（すなわち、ダイオード（ＦＷＤ）に対する順方向の電圧）を印加すると、ダイオード（ＦＷＤ）がターンオンする。これによって、裏面側共通電極４２から、カソード領域３１、ドリフト領域２２、及びアノード領域３２を介して表面側共通電極４１へキャリア（電子）が流れる。表面側共通電極４１、裏面側共通電極４２及びゲート電極６３は、図示しない外部回路に接続されている。外部回路の動作によって、表面側共通電極４１、裏面側共通電極４２及びゲート電極６３の電圧が変化し、これらの電圧に応じて半導体装置１のＩＧＢＴ及びダイオードが動作する。
本実施形態に係る半導体装置１では、ＩＧＢＴ素子２０に対する通電時間が、ダイオード素子３０に対する通電時間より長くなるように使用される。すなわち、ＩＧＢＴがオン状態になっている時間が、ダイオード（ＦＷＤ）がオン状態になっている時間より長くなるように使用される。通電時間の長短は、デューティー比により比較することができる。デューティー比は、下記の式（１）により表される。デューティー比が大きい場合は、通電時間が長くなる。デューティー比が小さい場合は、通電時間が短くなる。通電時間は、外部の制御装置（図示省略）により制御することができる。外部の制御装置（図示省略）により、ＩＧＢＴ素子２０およびダイオード素子３０に対する通電時間の長短を調整可能である。また、通電時間の長短は、配線の引き回しや半導体素子の配置によっても調整可能である。
（デューティー比：Ｄ）＝（通電時間：ｔ）／（通電周期：Ｔ） 式（１）
本実施形態に係る半導体装置１では、図５に示すように、ＩＧＢＴ素子２０に対する通電おけるデューティー比（Ｄ２０＝ｔ２０／Ｔ２０）が、ダイオード素子３０に対する通電おけるデューティー比（Ｄ３０＝ｔ３０／Ｔ３０）より大きい。これにより、ＩＧＢＴ素子２０に対する通電時間が長くなり、半導体基板１０のうちＩＧＢＴ素子２０が形成されている部分が、ダイオード素子３０が形成されている部分より高温になり易い。すなわち、ＩＧＢＴ領域２における半導体基板１０が、ダイオード領域３における半導体基板１０より高温になり易い。ＩＧＢＴ領域２内に形成されている温度センスダイオード素子５０は、ＩＧＢＴ領域２における半導体基板１０の温度の変化を検知する。
また、本実施形態に係る半導体装置１では、ＩＧＢＴ素子２０における発熱量が、ダイオード素子３０における発熱量より大きくなるように使用される。発熱量の大小は、例えば、素子が発熱したときの最高温度や単位時間あたりの平均温度などにより比較することができる。また、発熱量の大小は、素子に対する通電時間の長短によっても比較することができる。例えば、素子に対する通電時間が長い場合は、単位時間あたりの平均温度が高くなり、発熱量が大きくなる。本実施形態では、ＩＧＢＴ素子２０に対する通電時間が、ダイオード素子３０に対する通電時間より長いので、ＩＧＢＴ素子２０における発熱量が、ダイオード素子３０における発熱量より大きくなる。したがって、ＩＧＢＴ領域２における半導体基板１０が、ダイオード領域３における半導体基板１０より高温になり易い。 上記の説明から明らかなように、上記の構成を備える半導体装置１によれば、ＩＧＢＴ素子２０に対する通電時間が、ダイオード素子３０に対する通電時間より長いので、ＩＧＢＴ素子２０における発熱量が、ダイオード素子３０における発熱量より大きくなる。これにより、ダイオード領域３よりもＩＧＢＴ領域２で半導体基板１０が高温になる。温度センスダイオード素子５０がＩＧＢＴ領域２内に形成されているので、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３のうち、高温になる領域（ＩＧＢＴ領域２）内の半導体基板１０の温度を検知することができる。ＲＣ−ＩＧＢＴの制御においては、半導体基板１０の中のより高温になっている領域の温度を検知することが重要である。半導体装置１によれば、より高温になっているＩＧＢＴ領域２の温度を精度良く検知することができるので、より好適に半導体装置１を制御することができる。
以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
［第２実施形態］
上記実施形態では、温度センスダイオード素子５０がＩＧＢＴ領域２内に包含されており、ダイオード領域３内に配置されていなかったが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、図６に示すように、温度センスダイオード素子５０がダイオード領域３内に配置されていてもよい。この場合、温度センスダイオード素子５０は、ＩＧＢＴ領域２内には配置されていない。また、この場合、ダイオード素子３０に対する通電時間が、ＩＧＢＴ素子２０に対する通電時間より長くなるように半導体装置１が使用される。すなわち、ダイオード素子３０における発熱量が、ＩＧＢＴ素子２０における発熱量より大きくなるように半導体装置１が使用される。これにより、半導体基板１０のうちダイオード素子３０が形成されている部分が、ＩＧＢＴ素子２０が形成されている部分より高温になる。すなわち、ダイオード領域３における半導体基板１０が、ＩＧＢＴ領域２における半導体基板１０より高温になる。温度センスダイオード素子５０は、ダイオード領域３における半導体基板１０の温度変化を検知する。このような構成によれば、上記と同様により高温になっている領域の温度変化を検知するので、精度良く温度を検知することができる。
［第３実施形態］
また、上記実施形態では、温度センスダイオード素子５０に１つのセンスアノード領域５１と１つのセンスカソード領域５２が形成されていたが、センスアノード領域５１およびセンスカソード領域５２の数は限定されるものではない。他の実施形態では、図７および図８に示すように、温度センスダイオード素子５０に複数のセンスアノード領域５１と複数のセンスカソード領域５２が形成されていてもよい。複数のセンスアノード領域５１と複数のセンスカソード領域５２は、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３が交互に並ぶ方向に沿って、交互に並んでいる。また、複数のセンスアノード領域５１と複数のセンスカソード領域５２は、ゲート配線６５に沿って交互に並んでいる。すなわち、センスアノード領域５１とセンスカソード領域５２は、ゲート配線６５が延びる方向に沿って配置されている。１つのセンスアノード領域５１と１つのセンスカソード領域５２により組２５０（すなわち、１つのダイオード）が形成され、複数の組２５０が間隔をあけて並んで形成されている。複数の組２５０は、ＩＧＢＴ領域２とダイオード領域３が交互に並ぶ方向に沿って並んでいる。温度センス半導体基板１５０の上には、接続配線５９が形成されている。接続配線５９は、隣り合う組２５０のセンスアノード領域５１とセンスカソード領域５２を電気的に接続している。隣り合う組２５０のセンスアノード領域５１とセンスカソード領域５２は電気的に接続されている。すなわち、複数の組２５０（すなわち、複数のダイオード）は直列に接続されている。また、温度センスダイオード素子５０は、半導体基板１０の中心部の表面上に形成されている。温度センスダイオード素子５０は、半導体基板１０の中心部の温度を検知する。温度センスダイオード素子５０は、ゲート配線６５を避けた位置に形成されている。温度センスダイオード素子５０は、ゲート配線６５から離間して形成されている。温度センスダイオード素子５０は、ゲート配線６５の近傍に配置されている。ゲート配線６５は、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３が交互に並ぶ方向に沿って延びている。
このような構成によれば、複数のセンスアノード領域５１およびセンスカソード領域５２が形成されていても、ゲート配線６５と重なることなく、半導体基板１０の中心部の温度を検知することができる。これにより、温度検知の精度を向上させることができる。また、このようにセンスアノード領域５１とセンスカソード領域５２がゲート配線６５に沿って配列されていると、温度センスダイオード素子５０の長手方向がゲート配線６５の長手方向とが略平行となる。このような配置によれば、温度センスダイオード素子５０の全体をゲート配線６５の近傍に配置することができるため、温度センスダイオード素子５０の全体を半導体基板１０の中央部に配置することができる。このため、温度センスダイオード素子５０によって半導体基板１０のより高温の領域の温度を検出することができ、半導体装置１をより好適に制御することができる。
［第４実施形態］
また、上記実施形態では、半導体基板１０の上に絶縁膜５５を介して温度センスダイオード素子５０が形成されていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、半導体基板１０の内部に温度センスダイオード素子５０が形成されていてもよい（図示省略）。
［第５実施形態］
また、上記実施形態では、ＩＧＢＴ領域２の幅ｗ２がダイオード領域３の幅ｗ３より広い構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、ｙ方向において、ダイオード領域３の幅ｗ３がＩＧＢＴ領域２の幅ｗ２より広い構成であってもよい。また、更に他の実施形態では、図９に示すように、温度センスダイオード素子５０が配置される領域の幅が、他の領域の幅より広い構成であってもよい。図９に示す例では、温度センスダイオード素子５０が配置されるＩＧＢＴ領域２の幅ｗ２が、他のＩＧＢＴ領域２の幅ｗ２´およびダイオード領域３の幅ｗ３の幅より広い。
［第６実施形態］
上記実施形態では、ＩＧＢＴのエミッタ電極とダイオードのアノード電極が、表面側共通電極４１によって共通化されていた。しかしながら、ＩＧＢＴのエミッタ電極とダイオードのアノード電極がそれぞれ独立して形成されていてもよい。すなわち、ＩＧＢＴのエミッタ電極がダイオードのアノード電極から分離されていてもよい。
［第７実施形態］
また、上記実施形態では、素子の発熱量の大小が、素子に対する通電時間の長短に起因していたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、素子の発熱量の大小は、素子における損失の大小に起因していてもよい。例えば、ＩＧＢＴ素子２０における損失が、ダイオード素子３０における損失より大きい場合、ＩＧＢＴ素子２０における発熱量が、ダイオード素子３０における発熱量より大きくなる。素子における損失の大小は、電気抵抗の大小に起因している。例えば、ＩＧＢＴがオン状態になるときの電気抵抗が、ダイオード（ＦＷＤ）がオン状態になるときの電気抵抗より大きいと、ＩＧＢＴ素子２０における損失が、ダイオード素子３０における損失より大きくなる。また、ＩＧＢＴ素子２０およびダイオード素子３０における発熱量の大小は、ＩＧＢＴ素子２０およびダイオード素子３０の構造や、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３の大きさの比率に起因していてもよい。
［第８実施形態］
また、上記実施形態では、ＩＧＢＴ素子２０における発熱量がダイオード素子３０における発熱量より大きい構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、ダイオード素子３０における発熱量がＩＧＢＴ素子２０における発熱量より大きくてもよい。
［第９実施形態］
また、上記実施形態では、ゲート配線６５が、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３が交互に並ぶ方向に沿って延びていたが、ゲート配線６５の方向は、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、ゲート配線６５が、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３が延びる方向に沿って延びていてもよい。
［第１０実施形態］
また、上記実施形態では、温度センスダイオード素子５０のセンスアノード領域５１およびセンスカソード領域５２が、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３が交互に並ぶ方向に沿って並んでいたが、並び方向は、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、図１０に示すように、温度センスダイオード素子５０の複数のセンスアノード領域５１およびセンスカソード領域５２が、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３が延びる方向に沿って並んでいてもよい。複数のセンスアノード領域５１および複数のセンスカソード領域５２は、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３が交互に並ぶ方向（ｙ方向：縦方向）と直交する方向（ｘ方向：横方向）において交互に並んでいる。温度センスダイオード素子５０は、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３が延びる方向に沿って延びている。温度センスダイオード素子５０は、ＩＧＢＴ領域２およびダイオード領域３と並行するように形成されている。図１０に示す例では、温度センスダイオード素子５０は、ＩＧＢＴ領域２の中に形成されている。温度センスダイオード素子５０の幅ｗ５０がＩＧＢＴ領域２の幅ｗ２より広い。温度センスダイオード素子５０がダイオード領域３の中に形成されているときは、温度センスダイオード素子５０の幅ｗ５０がダイオード領域３の幅ｗ３より広い。このような構成によれば、温度センスダイオード素子５０の幅ｗ５０がＩＧＢＴ領域２の幅ｗ２あるいはダイオード領域３の幅ｗ３より広い場合であっても、温度センスダイオード素子５０をＩＧＢＴ領域２あるいはダイオード領域３の中に収めることができる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
１；半導体装置
２；ＩＧＢＴ領域
３；ダイオード領域
１０；半導体基板
２０；ＩＧＢＴ素子
２１；コレクタ領域
２２；ドリフト領域
２２ａ；ＩＧＢＴドリフト領域
２２ｂ；ダイオードドリフト領域
２３；ボディ領域
２４；エミッタ領域
２５；コンタクト領域
３０；ダイオード素子
３１；カソード領域
３２；アノード領域
３３；境界
４１；表面側共通電極
４２；裏面側共通電極
５０；温度センスダイオード素子
５１；センスアノード領域
５２；センスカソード領域
５３；センスアノード電極
５４；センスカソード電極
５５；絶縁膜
５６；層間膜
５７；保護膜
５８；配線
５９；接続配線
６０；トレンチゲート
６１；トレンチ
６２；ゲート絶縁膜
６３；ゲート電極
６４；層間膜
６５；ゲート配線
７１；信号電極
１５０；温度センス半導体基板
１５６；開口部

Claims (4)

  1. ＩＧＢＴ領域およびダイオード領域が隣接して交互に並んでいる半導体基板と、
    前記半導体基板の表面に形成されている温度センスダイオード素子と、を備え、
    前記ＩＧＢＴ領域内の前記半導体基板にはＩＧＢＴ素子が形成されており、
    前記ダイオード領域内の前記半導体基板にはダイオード素子が形成されており、
    前記ＩＧＢＴ素子および前記ダイオード素子の一方の発熱量が他方の発熱量より大きく、発熱量が大きい素子が形成されている領域の表面に前記温度センスダイオード素子が配置されている、半導体装置。
  2. 前記半導体基板を上面視したときに前記半導体基板の中心部において直線状に延びるゲート配線を更に備え、
    前記温度センスダイオード素子は、前記ゲート配線に沿って交互に並んでおり、直列に接続された複数のセンスアノード領域およびセンスカソード領域を備えている、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記ゲート配線は、前記ＩＧＢＴ領域および前記ダイオード領域が交互に並ぶ方向に沿って延びており、
    複数の前記センスアノード領域および前記センスカソード領域は、前記方向に沿って交互に並んでいる、請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記温度センスダイオード素子は、前記ＩＧＢＴ領域および前記ダイオード領域が延びる方向に沿って交互に並んでおり、直列に接続された複数のセンスアノード領域およびセンスカソード領域を備えている、請求項１に記載の半導体装置。
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