WO2023210857A1 - 반도체 장치 - Google Patents

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WO2023210857A1
WO2023210857A1 PCT/KR2022/007160 KR2022007160W WO2023210857A1 WO 2023210857 A1 WO2023210857 A1 WO 2023210857A1 KR 2022007160 W KR2022007160 W KR 2022007160W WO 2023210857 A1 WO2023210857 A1 WO 2023210857A1
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electrode
transistor
disposed
semiconductor device
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PCT/KR2022/007160
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이상훈
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주식회사 웨이브피아
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    • H01L27/10—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/105—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including field-effect components
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    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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    • G01K2217/00—Temperature measurement using electric or magnetic components already present in the system to be measured

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device, and more specifically, to a semiconductor device capable of measuring the temperature of a transistor.
  • GaN Gallium Nitride
  • PA Power Amplifier
  • GaN HEMT High Electron Mobility Transistor
  • the temperature measurement technology of conventional semiconductor devices has the problem that accurate temperature measurement is not possible because the temperature sensor is far away from the gate-channel region of the transistor, which is the main heat source.
  • the temperature measurement technology of conventional semiconductor devices has the problem that the temperature sensor is greatly affected by the temperature of the air and cannot accurately measure the temperature at the highest heat source of the transistor.
  • the above-described background technology is technical information that the inventor possessed for deriving the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and cannot necessarily be said to be known technology disclosed to the general public before filing the application for the present invention. .
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the performance and lifespan of the semiconductor device by precisely measuring the temperature of the semiconductor device without being affected by the air temperature outside the device.
  • Another problem that the present invention aims to solve is to accurately measure the temperature at the highest heat source of the transistor by placing a temperature sensor adjacent to the gate-channel region.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device that reduces costs by not requiring a separate process or securing additional space to form a temperature sensor.
  • the present invention includes a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention, an active layer disposed on the semiconductor substrate, a transistor disposed on the active layer, and at least one temperature sensor disposed in a partial area of the active layer,
  • a transistor includes a semiconductor device that includes a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode disposed on a semiconductor substrate, and an active layer includes a channel region created between the source electrode and the drain electrode on the semiconductor substrate.
  • the present invention further includes at least one pad disposed on the active layer, wherein the at least one pad includes at least one temperature measurement pad, and the temperature measurement pad is connected to the temperature sensor and the transistor. It may include a semiconductor device that receives temperature information from a temperature sensor.
  • the source electrode and the drain electrode may be in ohmic contact with the active layer
  • the temperature sensor may include a semiconductor device in which the temperature sensor is grounded to a ground electrode disposed below the semiconductor substrate.
  • the temperature sensor may include a semiconductor device spaced from the closest electrode among the source electrode and the drain electrode by 0.5 to 5 times the width of the electrode closest to the temperature sensor.
  • the temperature sensor may include a semiconductor device disposed inside the channel region.
  • an active layer disposed on a semiconductor substrate a plurality of transistor units including at least one transistor disposed on the active layer, and at least one disposed in a partial region of the active layer
  • a semiconductor device includes a temperature sensor, the transistor includes a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode disposed on a semiconductor substrate, and the active layer includes a channel region created between the source electrode and the drain electrode on the semiconductor substrate.
  • the present invention further includes at least one pad disposed on the active layer, wherein the at least one pad includes at least one temperature measurement pad, and the temperature measurement pad is connected to the temperature sensor and the transistor. It may include a semiconductor device that receives temperature information from a temperature sensor.
  • the source electrode and the drain electrode may be in ohmic contact with the active layer
  • the temperature sensor may include a semiconductor device in which the temperature sensor is grounded to a ground electrode disposed below the semiconductor substrate.
  • the semiconductor device includes a transistor array including at least one transistor unit, and the temperature sensor has a width of 0.5 to 5 times the width of the electrode closest to the temperature sensor among the source electrode and the drain electrode. It may include a semiconductor device that is spaced apart from the nearest electrode.
  • each of the plurality of transistor units is spaced apart from each other, the temperature sensor is disposed between the plurality of transistor units, and one side of the temperature sensor is 0.5 of the width of the electrode closest to one side. It is spaced apart from the nearest electrode by 2 to 5 times, and is 0.5 times the width of the adjacent electrode closest to the other side of the temperature sensor in the transistor unit adjacent to the transistor unit including the other side corresponding to one side of the temperature sensor and the nearest electrode. It may include a semiconductor device spaced from the nearest adjacent electrode by a factor of 5.
  • the temperature sensor is disposed in the active layer and close to the channel region of the transistor, which is the main heat source, so that accurate temperature measurement can be performed.
  • the semiconductor device accurately and precisely measures the temperature at the highest heat source of the transistor without being affected by the temperature of the external air by a metal layer deposited to cover the upper side of the temperature sensor. can do.
  • the temperature sensor is formed in the same process as the active layer, the processes and costs required to place the temperature sensor in the semiconductor device can be reduced.
  • FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view taken along the dashed line II-II' of Figure 1.
  • FIG 3 is a plan view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view taken along the dashed line IV-IV' of Figure 3.
  • Figure 5 is a plan view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a cross-sectional view taken along the dashed line VI-VI' in Figure 5.
  • Figure 7 is a plan view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line VIII-VIII' in FIG. 7.
  • Figure 9 is a cross-sectional view taken along the dashed line IX-IX' of Figure 7.
  • first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Accordingly, the first component mentioned below may also be the second component within the technical spirit of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line II-II' of FIG. 1.
  • the semiconductor device 100 includes a semiconductor substrate 110, an active layer 115, a transistor 120, and at least one temperature sensor 140.
  • the transistor 120 is disposed at the center of the semiconductor substrate 110, and has a source electrode 124 and a drain electrode 126 disposed on both sides of the gate electrode 121 with the gate electrode 121 as the center. ) includes.
  • a plurality of pads 130, including the temperature measurement pad 135, are disposed surrounding the transistor 120, and the temperature sensor 140 is disposed between one end of the transistor 120 and the temperature measurement pad 135. .
  • the semiconductor substrate 110 is disposed on the ground electrode 105, and the active layer 115 is disposed on the semiconductor substrate 110.
  • the transistor 120 is disposed on the active layer 115 and includes a gate electrode 121, an oxide film 122 disposed between the gate electrode 121 and the active layer 115, a source electrode 124, and a drain electrode 126. Includes.
  • the channel region 128 may be formed when a voltage is applied to the gate electrode 121 and the drain electrode 126 and a current flows between the source electrode 124 and the drain electrode 126.
  • the temperature measurement pad 135 is disposed at both extremes on the active layer 115.
  • the temperature sensor 140 is disposed between one end of the transistor 120 and the temperature measurement pad 135 and inside the active layer 115.
  • the metal layer 145 is disposed on a partial area on the temperature sensor 140 and a partial area on the active layer 115, and is disposed to contact a portion of the temperature measurement pad 135.
  • the semiconductor substrate 110 may be made of various materials such as Si, SiC, Al 2 O 3 , GaAs, InP, InAs, and InSb. Additionally, an oxide dielectric layer may be additionally disposed inside the semiconductor substrate 110. Additionally, the semiconductor substrate 110 may undergo processes such as oxidation, photolithography, etching, and thin film.
  • the ground electrode 105 is an electrode that is connected to the ground and has a potential of 0. Referring to FIG. 2 , the ground electrode 105 may be disposed only in a partial area of the semiconductor substrate 110 below the semiconductor substrate 110 .
  • the ground electrode 105 may be connected to at least one component of the semiconductor device 100, and may preferably be connected to the source electrode 124. If the ground electrode 105 is connected to the temperature sensor 140, the measurement terminal outside the semiconductor device 100 is connected to the measurement terminal outside the semiconductor device 100 when measuring the voltage at the temperature measurement pad 135. Since only one can be used, there may be a cost saving effect.
  • the ground electrode 105 is a conductive material and may be made of a material with high electrical conductivity, such as gold (Au).
  • the active layer 115 refers to a layer where the channel region 128 is located in a cross-sectional view of the semiconductor device 100 on which the transistor 120 is disposed. Referring to Figure 2, the active layer 115 is disposed on the semiconductor substrate 110. Through the arrangement of the active layer 115, the transistor 120 of the semiconductor device 100 may be composed of a plurality of layers. Additionally, a temperature sensor 140 may be disposed on a portion of the active layer 115, and a transistor 120, a pad for temperature measurement 135, and a metal layer 145 may be disposed on an upper portion of the active layer 115.
  • a channel region 128 may be created in a portion of the active layer 115.
  • the active layer 115 may be made of various materials depending on the type of semiconductor substrate 110 and transistor 120.
  • the active layer 115 may be created through a process such as epitaxial growth, which supplies Ga, a Group 3 element, and N, a Group 5 element, to the semiconductor substrate 110.
  • the material of the active layer 115 may be a compound containing elements of groups 3 and 5.
  • the material of the active layer 115 may be AlGaN, GaN, or GaAs.
  • the active layer 115 has thermal conductivity and can transmit the temperature of the channel region 128 to the temperature sensor 140.
  • the transistor 120 is disposed on the active layer 115 and surrounded by a plurality of pads 130 including a pad 135 for temperature measurement.
  • the transistor 120 includes a gate electrode 121, an oxide film 122, a source electrode 124, and a drain electrode 126.
  • the arrangement and structure of the transistor 120 is shown and described as a MOSFET structure for convenience of explanation, but is not limited thereto and may be replaced with the arrangement and structure of various transistors.
  • the transistor 120 may be disposed in a certain area on the semiconductor substrate 110 and may have a HEMT structure or a structure divided into an upper electrode and a lower electrode.
  • the transistor 120 can control current or voltage flow to amplify a signal or perform a current switch function.
  • the gate electrode 121 may be polycrystalline silicon deposited on the oxide film 122.
  • the gate electrode 121 may be insulated by an oxide film 122 disposed between the active layer 115 and the gate electrode 121.
  • the gate electrode 121 may play a role in controlling the conductivity of the channel region 128.
  • the oxide film 122 is disposed between the source electrode 124 and the drain electrode 126 and under the gate electrode 121 on the active layer 115.
  • the semiconductor substrate 110 is formed through an oxidation process and may be made of oxide.
  • the oxide film 122 may be made of SiO 2 .
  • the oxide film 122 functions as a gate insulator that prevents current from flowing between the gate electrode 121 and the channel region 128.
  • the arrangement of the oxide film 122 such as horizontal or vertical, and the functions performed, such as insulation or dielectric, vary greatly, so the arrangement or function of the present embodiment is not limited.
  • the source electrode 124 and the drain electrode 126 are disposed on the active layer 115.
  • the source electrode 124 and the drain electrode 126 are disposed on the active layer 115 with the gate electrode 121 at the center and spaced apart from the gate electrode 121 .
  • the source electrode 124 and the drain electrode 126 may be made of the same material. Specifically, the source electrode 124 and the drain electrode 126 may be made of metal. Accordingly, the source electrode 124 and the drain electrode 126 may be in ohmic contact with the semiconductor active layer 115. The source electrode 124 and the drain electrode 126 are symmetrical elements, and the transistor 120 can operate normally even if their respective positions are changed.
  • drain current flows, and the drain current can be controlled by the voltage applied between the gate electrode 121 and the source electrode 124.
  • a linear relationship may be formed between the voltage and current applied to the drain electrode 126, and in this case, the source electrode 124 and the drain electrode 126 may operate like a variable resistor.
  • the source electrode 124 serves to supply charge carriers to the channel region 128, and the drain electrode 126 serves to absorb the charge carriers.
  • the channel region 128 refers to an area through which electrons can flow in the transistor 120.
  • the channel region 128 includes the lower active layer 115 region of the oxide film 122, the lower active layer 115 of the source electrode 124, and the lower active layer 115 of the drain electrode 126. It is created in the form of a thin layer in between.
  • the channel region 128 is created by an electric field formed when a voltage is applied to the gate electrode 121.
  • the channel region 128 may be created when a voltage higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 121 and no voltage is applied to the drain electrode 126. Thereafter, as the voltage applied to the gate electrode 121 increases, the carrier concentration in the channel region 128 increases, thereby increasing conductivity.
  • the channel region 128 is conductive and has a certain resistance. In general, the change in potential that occurs when applying or disconnecting the voltage to the gate electrode 121 generates the most heat energy in the transistor 120, so the area close to the gate electrode 121 of the channel region 128 is a semiconductor region. This may be the part with the highest temperature in the device 100.
  • Pad 130 refers to a portion where a measurement terminal external to the semiconductor device 100 is electrically connected to the semiconductor device 100. Referring to FIG. 1, the pad 130 is disposed on the outside of the semiconductor device 100, surrounding the transistor 120. The pad 130 may be made of metal, and transmits information about the temperature and RF characteristics of the semiconductor device 100 to the outside of the semiconductor device 100 and transmits various electrical signals, voltages, and currents supplied from the outside to the semiconductor device. Can be supplied at (100).
  • the temperature measuring pad 135 is disposed outside the semiconductor device 100 and on the active layer 115 .
  • the temperature measurement pad 135 is a part of at least one pad 130 and transmits temperature information of the semiconductor device 100 to the outside of the semiconductor device 100.
  • the temperature measurement pad 135 is electrically connected to the temperature sensor 140 and can receive temperature information of the transistor 120 from the temperature sensor 140.
  • the temperature information of the transistor 120 refers to the electrical characteristics of the temperature sensor 140 that change according to the heat generated from the transistor 120.
  • the temperature information of the transistor 120 may be the resistance or capacitance of the temperature sensor 140 that changes due to heat generated from the transistor 120.
  • the measurement terminal outside the semiconductor device 100 is electrically connected to the temperature measurement pad 135 to apply a current to the temperature sensor 140 to measure the voltage of the temperature sensor 140 or to measure the voltage of the temperature sensor 140.
  • the temperature information of the transistor 120 can be received as an electrical signal through a change in the resistance or capacitance of the temperature sensor 140.
  • the arrangement, number or shape of the temperature measurement pads 135 is not limited to the arrangement in FIGS. 1 and 2, and is determined by taking into account the contact position with the external measurement terminal, the spacing and connection relationship with the temperature sensor 140. can be placed. The closer the arrangement of the temperature measurement pad 135 and the temperature sensor 140 is, the more heat from the channel area 128 is transferred to the temperature sensor 140 without loss, so that the temperature of the channel area 128, which is the highest heat generating part, is accurate. It can be measured precisely.
  • the temperature sensor 140 is disposed between one end of the transistor 120 and the temperature measurement pad 135, and is inserted into a portion of the active layer 115.
  • the temperature sensor 140 may be arranged to be spaced apart from the electrode closest to the temperature sensor 140 among the source electrode 124 and the drain electrode 126 by 0.5 to 5 times the width of the electrode closest to the temperature sensor 140.
  • the electrode closest to the plurality of temperature sensors 140a and 140b is the source electrode 124
  • the distance between each of the plurality of temperature sensors 140a and 140b and the source electrode 124 (d 11 , d 12 ) is 0.5 to 5 times the width (w 1 ) of the source electrode 124.
  • the temperature sensor 140 is arranged to be spaced apart from the closest electrode among the source electrode 124 and the drain electrode 126 by 0.9 to 1.1 times the width of the electrode closest to the temperature sensor 140. You can. More preferably, the temperature sensor 140 may be arranged to be spaced apart from the electrode closest to the temperature sensor 140 among the source electrode 124 and the drain electrode 126 by the width of the electrode closest to the temperature sensor 140.
  • the temperature sensor 140 is disposed in a partial area of the active layer 115. Since the temperature sensor 140 is formed to be inserted into the active layer 115 during the process of forming the active layer 115, the additional process required to place the temperature sensor 140 in the semiconductor device 100 is small and the resulting cost is small. Savings can also be achieved.
  • the temperature sensor 140 may be made of a material whose electrical properties change depending on temperature.
  • the temperature sensor 140 may be a p-n junction diode whose output voltage changes depending on the temperature of the junction, and may be a transistor other than the transistor 120, which is the main heat source in the semiconductor device.
  • the temperature sensor 140 may be a thermally variable resistor whose resistance value changes depending on temperature or a thermally variable capacitor.
  • the temperature sensor 140 can be placed inside the active layer 115 with less process and cost than a diode or transistor, and may occupy a small space.
  • the temperature sensor 140 which is composed of a thermally variable resistor, may be made of various materials.
  • the temperature sensor 140 may be a thin film resistor (TFR) and may be made of NiCr or TaN.
  • the temperature sensor 140 may be a mesa resistor.
  • mesa resistance has a high temperature coefficient of resistance (TCR), so the temperature sensor 140 composed of mesa resistance can measure the temperature of the transistor 120 more accurately.
  • the metal layer 145 is disposed in a portion of the upper area of the temperature sensor 140 and the upper portion of the active layer 115, and is disposed to contact a portion of the temperature measurement pad 135.
  • the metal layer 145 may be disposed to cover part or all of the upper area of the temperature sensor 140.
  • the metal layer 145 may be part of a barrier metal deposited to prevent contamination of the semiconductor device 100.
  • the metal layer 145 serves to electrically connect the temperature measurement pad 135 and the temperature sensor 140.
  • the metal layer 145 may be configured so that the thermal conductivity of the metal layer 145 is much lower than that of the active layer 115. According to this configuration, the temperature sensor 140 is disconnected from the external air on the top of the semiconductor device 100 by the metal layer 145, and changes in the electrical properties of the temperature sensor 140 are caused by heating by the operation of the semiconductor device 100. It depends more on the temperature change of the channel area 128 than on the temperature of the outside air. Accordingly, the temperature sensor 140 can accurately and precisely measure the temperature at the highest heat source of the transistor 120.
  • the temperature sensor 140 is spaced apart from the channel region 128 within the active layer 115 by a certain distance, so that the channel region 128, which is the highest heat generating portion, is stored without impairing the RF characteristics of the semiconductor device 100. ) heat is transmitted to the temperature sensor 140 without loss. Because of this, the semiconductor device 100 can accurately and precisely measure the temperature of the highest heating part on its own.
  • the temperature sensor 140 is formed in the same process as the active layer 115, use of the semiconductor device 100 requires placing the temperature sensor 140 in the semiconductor device 100. The processes and costs required to do this can be reduced.
  • the temperature sensor 140 is electrically connected to the ground electrode 105, so that only one measurement terminal outside the semiconductor device 100 is required to measure the voltage of the temperature sensor 140. , the cost of measuring the temperature of the semiconductor device 100 can be reduced.
  • the semiconductor device 100 is not affected by the temperature of the external air by the metal layer 145, which is deposited to cover the upper side of the temperature sensor 140 and has low thermal conductivity, and the transistor 120 ) can accurately and precisely measure the temperature at the highest heat source.
  • FIG. 3 is a plan view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line IV-IV' of FIG. 3. If some of the configurations of this embodiment overlap with some of the configurations of other embodiments described above, redundant description of the configurations will be omitted.
  • the semiconductor device 300 includes a semiconductor substrate 310, an active layer 315, a transistor 320, and at least one temperature sensor 340.
  • the temperature sensor 340 is disposed inside the channel region 328 and below the oxide film 322 of the semiconductor device 300.
  • the highest heat source in the transistor 32 may be an area close to the gate electrode 321 in the channel area 328. Accordingly, by placing the temperature sensor 340 in the channel region 328 close to the gate electrode 321, the temperature at the highest heat source of the transistor 320 can be measured more accurately.
  • the temperature measurement pad 335 may be placed on one side of the semiconductor device 300 of FIG. 3 . Since one temperature measurement pad 335 to measure the electrical properties of the temperature sensor 340 is sufficient, the semiconductor device 300 can be miniaturized or another configuration can be added by placing only one temperature measurement pad 335. Thus, the degree of integration can be increased. In this embodiment, it is placed on the left side of the semiconductor device 300 in FIG. 3, but the temperature measurement pad 335 can be freely placed so that the electrical properties of the temperature sensor 340 can be conveniently and accurately measured.
  • the distance between the temperature measurement pad 335 and the temperature sensor 340 is shorter, thereby enabling temperature measurement.
  • the pad 335 can more accurately measure the electrical properties of the temperature sensor 340.
  • other electrodes of the transistor 320 are not placed between the 335 temperature measurement pad 335 and the temperature sensor 340, it is easy to electrically connect the temperature measurement pad 335 and the temperature sensor 340. .
  • the metal layer 345 is disposed from the bottom of the temperature sensor 340 to the contact surface between the semiconductor substrate 310 and the active layer 315, and a partial area of the contact surface between the semiconductor substrate 310 and the active layer 315. It is arranged horizontally, from the contact surface between the semiconductor substrate 310 and the active layer 315 to the bottom of the temperature measurement pad 335.
  • the metal layer 345 electrically connects the temperature measurement pad 335 and the temperature sensor 340 so that the temperature measurement pad 335 can measure the electrical properties of the temperature sensor 340. In other words, it has the same function as the metal layer 145 in FIG. 2.
  • the temperature sensor 340 is disposed adjacent to the area closest to the gate electrode 321 among the channel region 328, which is the highest heat-generating portion, so that the semiconductor device 300 operates at the highest heat source of the transistor 320. Temperature can be measured very precisely.
  • the interval between the temperature measurement pad 335 and the temperature sensor 340 is short, and other electrodes of the transistor 320 are disposed between the temperature measurement pad 335 and the temperature sensor 340. Therefore, the temperature measurement pad 335 can be conveniently connected to the temperature sensor 340 to measure electrical properties more accurately.
  • FIG. 5 is a plan view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the dashed line VI-VI' of FIG. 5. If some of the configurations of this embodiment overlap with some of the configurations of other embodiments described above, redundant description of the configurations will be omitted.
  • the semiconductor device 500 includes a semiconductor substrate 510, a transistor array 550 consisting of a plurality of transistors 520, and at least one temperature sensor 540.
  • the gate line 528 is disposed in a line between the center of the semiconductor device 500 and the right pad 530, and the data lines 529a and 529b are disposed in the semiconductor device 500. They are arranged in a row between the center and the left pad 530.
  • a plurality of gate electrodes 521 extending vertically from the disposed gate line 528 and a plurality of source electrodes 524 and a drain electrode 526 extending vertically from the data lines 529a and 529b are connected to each other. They are arranged in parallel with an interposer to form a plurality of transistors 520. Then, a plurality of transistors 520 are arranged to form a transistor array 550.
  • gate line 528 and data lines 529a and 529b are merely means for efficiently forming a plurality of transistors 520, they can be freely arranged according to the properties and configuration of the target semiconductor device.
  • the plurality of transistors 520 may each be designed to have the same electrical characteristics, and the number of the plurality of transistors 520 and the width and length of each electrode may be designed arbitrarily. For example, in the semiconductor device 500, the current flowing between the source electrode and drain electrode of any one transistor 520 among the plurality of transistors 520 flows between the source electrode and drain electrode of each of the remaining transistors 520. If the current is smaller than the current flowing, the width and length of the electrode of one of the transistors 520 can be reduced or increased.
  • the channel area 528 includes the active layer 515 area below the transistor array 550, the active layer 515 below one electrode of the transistor array 550, and the active layer 515 below the other electrode of the transistor array 550. It is created in the form of a thin layer between the active layers 515. Although one channel area 528 is shown, this is shown for convenience to clearly show the configuration of this embodiment, and the channel area 528 is a plurality of channel areas generated by each transistor 520 of the transistor array 550. These may be overlapping areas.
  • the temperature sensor 540 is disposed between one end of the transistor 520 and the temperature measurement pad 535, and is inserted into a portion of the active layer 515. Specifically, the temperature sensor 540 is disposed between one temperature measurement pad 535 disposed adjacent to one side of the transistor array 550 and one end of the transistor array 550. Preferably, the temperature sensor 540 may be arranged to be spaced apart from the electrode closest to the source electrode 524 and the drain electrode 526 by 0.5 to 5 times the width of the electrode closest to the temperature sensor 540. For example, the temperature sensor 540 is disposed spaced apart (d 31 ) from the outermost source electrode of the transistor array 550 by 0.5 times the width of the source electrode 524. ) may be arranged to be spaced apart (d 31 ) from the outermost source electrode of the transistor array 550 by 5 times the width.
  • the temperature sensor 540 is arranged to be spaced apart from the closest electrode among the source electrode 524 and the drain electrode 526 by 0.9 to 1.1 times the width of the electrode closest to the temperature sensor 540. It can be. More preferably, the temperature sensor 540 may be arranged to be spaced apart from the electrode closest to the temperature sensor 540 among the source electrode 524 and the drain electrode 526 by the width of the electrode closest to the temperature sensor 540.
  • the metal layer 545 may be disposed over the entire upper area of the temperature sensor 540 and the active layer 515, and is disposed to contact a portion of the temperature measurement pad 535.
  • the temperature sensor 540 of the semiconductor device 500 is spaced apart from the channel region 528 by a certain distance, so that the channel region ( Since the temperature of 528) can be transmitted without loss, the temperature of the highest heat source can be measured accurately and precisely.
  • FIG. 7 is a plan view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the dot-dash line VIII-VIII' of FIG. 7
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the dot-dash line IX-IX' of FIG. 7. This is a cut cross-sectional view. If some of the configurations of this embodiment overlap with some of the configurations of other embodiments described above, redundant description of the configurations will be omitted.
  • the semiconductor device 700 is disposed between a semiconductor substrate 710, a plurality of transistor units 760 consisting of a plurality of transistors 720, and a plurality of transistor units 760. Includes at least one temperature sensor 740.
  • a plurality of transistors 720 are arranged to form a transistor unit 760.
  • the two transistor units 760 are spaced apart from each other. This configuration may be viewed as dividing the single transistor array 550 of FIGS. 5 and 6 into two transistor units 760 and placing them spaced apart. The number of transistor units 760 can be freely selected as needed.
  • the temperature measurement pad 737 is disposed between the temperature sensor 740 and the pad 730. As described above, the temperature measurement pad 737 can be freely arranged, so the distance between the temperature measurement pad 737 and the temperature sensor 740 is shortened by arranging the temperature measurement pad 737, and the temperature measurement pad 737 is arranged freely. The connection between 335 and the temperature sensor 340 can achieve a simplified effect.
  • the temperature sensor 740 is disposed between two transistor units 760 and is inserted into a portion of the active layer 715.
  • one side of the temperature sensor is spaced apart from the nearest electrode by 0.5 to 5 times the width of the electrode closest to the one side, and a transistor unit including the other side corresponding to one side of the temperature sensor and the nearest electrode. It may be arranged to be spaced apart from the nearest adjacent electrode by 0.5 to 5 times the width of the adjacent electrode closest to the other side of the temperature sensor in the adjacent transistor unit.
  • the distance (d 51 , d 52 ) between one side of each of the plurality of temperature sensors (740a, 740b) and the source electrode, which is the nearest electrode, is 0.5 times the width (w 5 ) of the source electrode, which is the nearest electrode. to 5 times.
  • the distance (d 61 , d 62 ) between the other side of each of the plurality of temperature sensors (740a, 740b) and the drain electrode, which is the nearest electrode is 0.5 times the width (w 6 ) of the drain electrode, which is the nearest electrode. It is 5 times.
  • the temperature sensor 740 is arranged to be spaced apart from the electrode closest to the source electrode 724 and the drain electrode 726 by 0.9 to 1.1 times the width of the electrode closest to the temperature sensor 740. It can be. More preferably, the temperature sensor 740 may be arranged to be spaced apart from the electrode closest to the temperature sensor 740 among the source electrode 724 and the drain electrode 726 by the width of the electrode closest to the temperature sensor 740.
  • This configuration corresponds to the arrangement of the temperature sensor 140 and the electrode closest to the temperature sensor 140 described in FIGS. 1 and 2.
  • the metal layer 745 is disposed on a portion of the upper side of the temperature sensor 740 and is disposed to contact a portion of the temperature measurement pad 737.
  • the metal layer 745 corresponding to the temperature sensor 740a and the metal layer 745 corresponding to the other temperature sensor 740b are arranged so as not to contact each other, so that the temperature sensor 740a and the other temperature sensor 740b are electrically connected to each other. It doesn't connect. Therefore, the electrical properties of the temperature sensor 740a and the electrical properties of the other temperature sensor 740b can be measured separately.
  • the temperature sensor 740 is separated from the channel area 728 by a certain distance, so that the temperature of the channel area 728, which is the highest heat generating part, is maintained without loss without impairing the RF characteristics of the semiconductor device 700. Since the temperature can be received, the semiconductor device 700 can accurately and precisely measure the temperature at the highest heat source of the transistor 720.
  • the heat generation area of a transistor is wider than the placement area of the transistor. Therefore, as the number of closely spaced transistors increases, the heat generation areas of each transistor overlap, making it difficult to accurately measure the temperature at the highest heat source of the semiconductor device.
  • the plurality of transistor units 760 are substantially the same as the divided and spaced arrangement of the single transistor array 550 in FIG. 5, so one transistor unit 760 has the same area of the semiconductor device 700.
  • the number of transistors 720 included is less than that of the single transistor array 550. Therefore, according to the above-described embodiment, the semiconductor device 700 can measure temperature more simply than a semiconductor device including a single transistor array.
  • the temperature sensor 740 is disposed between each transistor unit 760 and is close to the center of the semiconductor device 700, the temperature near the highest heat source inside the semiconductor device 700 can be easily measured.

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Abstract

본 발명은 반도체 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 반도체 기판, 반도체 기판 위에 배치된 활성층, 활성층 위에 배치된 트랜지스터, 및 활성층의 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 측온센서를 포함하고, 트랜지스터는 반도체 기판 위에 배치된 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 활성층은 반도체 기판 상에서 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 생성되는 채널영역을 포함하는, 반도체 장치를 포함한다.

Description

반도체 장치
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 트랜지스터의 온도를 측정하는 것이 가능한, 반도체 장치에 관한 것이다.
최근 전기차, 자율주행차, 5G, 고해상도 레이더 등의 분야에서 반도체 PA(Power Amplifier) 기술이나 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 기술에 많은 관심이 쏠리고 있다.
특히, 데이터를 고출력으로 송수신하기 위해 여러 기술과 소재가 개발되고 있다. 예를 들어 GaN(Gallium Nitride)은 3.4eV의 넓은 에너지 갭으로 인하여 고전압에서 동작이 가능하고, 전류밀도와 전력밀도가 높고, 고속동작이 가능하여, 최근 고주파·고출력·고효율·소형 PA(Power Amplifier) 소자의 재료로서 GaN HEMT(High Electron Mobility Transistor) 소자의 사용이 급격히 증가하고 있다.
하지만 반도체 장치의 고주파·고출력·고효율·소형화가 진행될수록 트랜지스터에서 더욱 많은 열을 발생시키고, 이러한 현상은 반도체 장치의 성능과 수명을 저하시킨다. 때문에 반도체 장치의 온도를 정밀하게 측정하기 위한 기술이 활발히 개발되었다.
하지만 종래의 반도체 장치의 온도측정 기술에는 측온센서가 주된 발열원인 트랜지스터의 게이트-채널영역과 멀리 떨어져 있어 정확한 온도측정이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
또한 종래의 반도체 장치의 온도측정 기술에는 측온센서가 공기의 온도에 영향을 많이 받아 트랜지스터의 최고 발열원에서의 온도를 정확히 측정을 못하는 문제점이 있다,
한편, 전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
(선행기술문헌) 한국등록특허 제10-0439891호 (2004.07.01)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 장치 외부의 공기 온도의 영향을 받지 않으면서 반도체 장치의 온도를 정밀하게 측정하여 반도체 장치의 성능과 수명을 향상시키는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 측온센서를 게이트-채널영역에 인접하게 배치하여 트랜지스터의 최고 발열원에서의 온도를 정확하게 측정하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 측온센서를 형성하는 데에 별도의 공정이나 추가 공간 확보가 필요하지 않아 비용 절감의 효과가 있는 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판, 반도체 기판 위에 배치된 활성층, 활성층 위에 배치된 트랜지스터, 및 활성층의 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 측온센서를 포함하고, 트랜지스터는 반도체 기판 위에 배치된 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 활성층은 반도체 기판 상에서 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 생성되는 채널영역을 포함하는, 반도체 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 활성층 상에 배치된 적어도 하나의 패드를 더 포함하고, 적어도 하나의 패드는 적어도 하나의 온도측정용 패드를 포함하고, 온도측정용 패드는 측온센서와 연결되고 트랜지스터의 온도정보를 측온센서로부터 수신하는 반도체 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 소스 전극과 드레인 전극은 활성층과 오믹(Ohmic) 컨택하고, 측온센서는 반도체 기판의 하부에 배치된 접지전극에 접지된, 반도체 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 측온센서는, 소스 전극 및 드레인 전극 중 측온센서와 가장 가까운 전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 가장 가까운 전극으로부터 이격된, 반도체 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 측온센서는 채널영역 내부에 배치된, 반도체 장치를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 기판 위에 배치된 활성층, 활성층 위에 배치된 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 복수의 트랜지스터 유닛들 및 활성층의 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 측온센서를 포함하고 트랜지스터는 반도체 기판 위에 배치된 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 활성층은 반도체 기판 상에서 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 생성되는 채널영역을 포함하는, 반도체 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 활성층 상에 배치된 적어도 하나의 패드를 더 포함하고, 적어도 하나의 패드는 적어도 하나의 온도측정용 패드를 포함하고, 온도측정용 패드는 측온센서와 연결되고 트랜지스터의 온도정보를 측온센서로부터 수신하는, 반도체 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 소스 전극과 드레인 전극은 활성층과 오믹(Ohmic) 컨택하고, 측온센서는 반도체 기판의 하부에 배치된 접지전극에 접지된, 반도체 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반도체 장치는 적어도 하나의 트랜지스터 유닛을 포함하는 트랜지스터 어레이를 포함하고, 측온센서는, 소스 전극 및 드레인 전극 중 측온센서와 가장 가까운 전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 가장 가까운 전극으로부터 이격된, 반도체 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 트랜지스터 유닛들 각각은 서로에 대해 이격되고, 측온센서는, 복수의 트랜지스터 유닛들 사이에 배치되고, 측온센서의 일측은 일측과 가장 가까운 전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 가장 가까운 전극으로부터 이격되고, 측온센서의 일측에 대응하는 타측과, 가장 가까운 전극을 포함하는 트랜지스터 유닛과 인접한 트랜지스터 유닛에서 측온센서의 타측과 가장 가까운 인접전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 가장 가까운 인접전극으로부터 이격되는, 반도체 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 측온센서가 활성층에 배치되고 주된 발열원인 트랜지스터의 채널영역과 근접하게 배치되어 정확한 온도측정을 할 수 있다.
본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면 측온센서의 상측면을 덮도록 증착된 금속층에 의해, 반도체 장치는 외부 공기의 온도에 영향을 받지 않고 트랜지스터의 최고 발열원에서의 온도를 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다.
본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 측온센서가 활성층이 형성되는 공정과 같은 공정에서 형성되므로, 측온센서를 반도체 장치에 배치하기 위해 소모되는 공정과 비용이 절감될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 일점 쇄선 Ⅱ-Ⅱ’을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 평면도이다.
도 4는 도 3의 일점 쇄선 Ⅳ-Ⅳ’을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 평면도이다.
도 6은 도 5의 일점 쇄선 Ⅵ-Ⅵ’을 따라 자른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 평면도이다.
도 8은 도 7의 일점 쇄선 VIII-VIII’을 따라 자른 단면도이다.
도 9는 도 7의 일점 쇄선 Ⅸ-Ⅸ’을 따라 자른 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
별도로 명시하지 않는 한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 일점 쇄선 Ⅱ-Ⅱ’을 따라 자른 단면도이다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 반도체 장치(100)는 반도체 기판(110), 활성층(115), 트랜지스터(120), 및 적어도 하나의 측온센서(140)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 트랜지스터(120)는 반도체 기판(110)의 중심에 배치되고, 게이트 전극(121)을 중심으로 게이트 전극(121)의 양측에 배치된 소스 전극(124) 및 드레인 전극(126)을 포함한다. 온도측정용 패드(135)를 포함한 복수의 패드(130)들은 트랜지스터(120)를 둘러싸며 배치되고, 측온센서(140)는 트랜지스터(120)의 일단과 온도측정용 패드(135) 사이에 배치된다.
도 2를 참조하면, 반도체 기판(110)은 접지전극(105)의 위에 배치되고, 활성층(115)은 반도체 기판(110)의 위에 배치된다. 트랜지스터(120)는 활성층(115) 위에 배치되고, 게이트 전극(121), 게이트 전극(121)과 활성층(115) 사이에 배치된 산화막(122), 소스 전극(124), 드레인 전극(126)을 포함한다. 채널영역(128)은 게이트 전극(121)과 드레인 전극(126)에 전압이 인가되어 소스 전극(124)과 드레인 전극(126) 사이에 전류가 흐를 때 형성될 수 있다. 온도측정용 패드(135)는 활성층(115) 위의 양 극단에 배치된다. 측온센서(140)는 트랜지스터(120)의 일단과 온도측정용 패드(135) 사이 및 활성층(115) 내부에 배치된다. 금속층(145)은 측온센서(140) 위의 일부 영역 및 활성층(115) 위의 일부 영역에 배치되며, 온도측정용 패드(135)의 일부와 닿도록 배치된다.
도1 및 도2를 참조하면, 반도체 기판(110)은 Si, SiC, Al2O3, GaAs, InP, InAs, InSb 등 다양한 소재로 이루어질 수 있다. 또한 반도체 기판(110) 내부에 산화막 유전층이 추가로 배치될 수 있다. 또한 반도체 기판(110)은 산화·포토·식각·박막 등의 공정을 거칠 수 있다.
접지전극(105)이란 지면과 연결되어 전위가 0인 전극이다. 도 2를 참조하면, 접지전극(105)은 반도체 기판(110) 아래에서 반도체 기판(110)의 일부 영역에만 배치될 수 있다. 접지전극(105)은 반도체 장치(100)의 적어도 하나의 구성과 연결되고, 바람직하게는 소스 전극(124)과 연결될 수 있다. 접지전극(105)이 측온센서(140)와 연결된다면, 반도체 장치(100) 외부의 측정용 단자가 온도측정용 패드(135)에서 전압을 측정할 때 반도체 장치(100) 외부의 측정용 단자를 하나만 사용할 수 있으므로 비용절감의 효과가 있을 수 있다. 접지전극(105)은 전도성물질이고, 금(Au)과 같이 전기전도도가 높은 물질로 이루어질 수 있다.
활성층(115)이란 트랜지스터(120)가 배치된 반도체 장치(100)의 단면도에서 채널영역(128)이 위치한 층을 의미한다. 도2를 참조하면, 활성층(115)은 반도체 기판(110) 위에 배치된다. 활성층(115)의 배치를 통해, 반도체 장치(100)의 트랜지스터(120)는 복수의 층들로 이루어질 수 있다. 또한, 활성층(115)의 일부에는 측온센서(140)가 배치될 수 있고, 활성층(115)의 상부에는 트랜지스터(120), 온도측정용 패드(135) 및 금속층(145)이 배치될 수 있다.
게이트 전극(121), 소스 전극(124) 및 드레인 전극(126)에 특정한 전압이 각각 인가되면 활성층(115)의 일부에 전자나 홀이 이동하면서 채널영역(128)이 생성된다. 활성층(115)의 일부에는 채널영역(128)이 생성될 수 있다.
활성층(115)은 반도체 기판(110)과 트랜지스터(120)의 종류에 따라 다양한 소재로 이루어질 수 있다. 활성층(115)은 반도체 기판(110)에 3족 원소인 Ga 및 5족 원소인 N 등을 공급하는 에피택셜 성장(Epitaxial Growth) 등의 공정을 거쳐 생성될 수 있다. 이에, 활성층(115)의 소재는 3족 및 5족의 원소들을 포함하는 화합물일 수 있다. 예를 들어, 활성층(115)의 소재는 AlGaN, GaN또는 GaAs일 수 있다. 활성층(115)은 열전도성을 가지며, 채널영역(128)의 온도를 측온센서(140)까지 전달할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 트랜지스터(120)는 활성층(115) 위에 배치되고 온도측정용 패드(135)를 포함한 복수의 패드(130)들로 둘러쌓여 배치된다. 트랜지스터(120)는 게이트 전극(121), 산화막(122), 소스 전극(124), 드레인 전극(126)을 포함한다. 트랜지스터(120)의 배치 및 구조는 설명 편의를 위하여 MOSFET의 구조로 도시하고 설명하였을 뿐, 이에 제한되지 않으며 다양한 트랜지스터들의 배치 및 구조로 대체될 수 있다. 예를 들어 트랜지스터(120)는 반도체 기판(110) 상에서 일정한 영역 내에 배치될 수 있고, HEMT의 구조 또는 상부 전극과 하부 전극으로 구분되는 구조일 수 있다. 트랜지스터(120)는 전류나 전압흐름을 조절하여 신호를 증폭하거나 전류의 스위치 기능을 수행할 수 있다.
도2를 참조하면, 게이트 전극(121)은 산화막(122) 위에 증착되어 배치된 다결정 실리콘일 수 있다. 게이트 전극(121)은 활성층(115)과 게이트 전극(121) 사이에 배치된 산화막(122)에 의해 절연될 수 있다. 게이트 전극(121)에 전압이 인가되면 게이트 전극(121)은 채널영역(128)의 전도도를 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
도2를 참조하면, 산화막(122)은 활성층(115) 상에서 소스 전극(124) 및 드레인 전극(126) 사이, 및 게이트 전극(121) 아래에 배치된다. 반도체 기판(110)이 산화공정을 거치며 형성되며, 산화물로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 산화막(122)은 SiO2로 이루어질 수 있다. 산화막(122)은 게이트 전극(121)과 채널영역(128) 사이에 전류가 흐르지 않게 하는 게이트 절연체로 기능한다. 다만, 반도체 장치(100)의 형성 공정에 따라 산화막(122)의 수평·수직 등 배치형태와 절연·유전 등 수행기능이 매우 다양하므로, 본 실시예의 배치나 기능에 한정되지 않는다.
도2를 참조하면, 소스 전극(124) 및 드레인 전극(126)은 활성층(115) 상에 배치된다. 소스 전극(124) 및 드레인 전극(126)은 활성층(115) 상에서 게이트 전극(121)을 중심에 두고 게이트 전극(121)으로부터 서로 이격되어 배치된다.
소스 전극(124) 및 드레인 전극(126)은 동일한 물질로 구성될 수 있다. 구체적으로, 소스 전극(124) 및 드레인 전극(126)은 금속으로 구성될 수 있다. 이에, 소스 전극(124) 및 드레인 전극(126)은 반도체인 활성층(115)과 오믹(ohmic) 컨택할 수 있다. 소스 전극(124)과 드레인 전극(126)은 대칭적인 소자로서 각각의 위치가 바뀌어도 트랜지스터(120)가 정상적으로 동작할 수 있다.
드레인 전극(126)과 소스 전극(124)간에 전압을 인가하면 드레인 전류가 흐르고, 게이트 전극(121)과 소스 전극(124)간에 인가된 전압에 의해 드레인 전류를 제어할 수 있다. 상술한 경우, 드레인 전극(126)에 인가되는 전압과 전류는 선형관계가 형성될 수 있는데, 이때 소스 전극(124)과 드레인 전극(126)은 가변 저항처럼 동작 할 수 있다. 소스 전극(124)은 채널영역(128)에 전하 캐리어를 공급하는 역할을 하며, 드레인 전극(126)은 상기 전하 캐리어를 흡수하는 역할을 한다.
채널영역(128)이란 트랜지스터(120)에서 전자가 흐를 수 있는 영역을 의미한다. 도 1 및 도2를 참조하면, 채널영역(128)은 산화막(122)의 하부 활성층(115) 영역 및 소스 전극(124)의 하부 활성층(115)과 드레인 전극(126)의 하부 활성층(115) 사이에 얇은 층 형태로 생성된다.
채널영역(128)은 게이트 전극(121)에 전압이 인가되어 형성된 전기장에 의해 생성된다. 구체적으로, 채널영역(128)은 게이트 전극(121)에 문턱전압보다 높은 전압이 인가되고 드레인 전극(126)에 전압이 안가될 때 생성될 수 있다. 이후, 게이트 전극(121)에 인가되는 전압이 증가할수록 채널영역(128)의 캐리어 농도가 증가하여 전도도가 증가될 수 있다. 채널영역(128)은 전도성 및 일정한 저항을 갖는다. 일반적으로 게이트 전극(121)에 전압을 인가하거나 전압을 끊을 때 발생하는 전위의 변화가 트랜지스터(120)에서 열에너지를 가장 많이 생성하므로, 채널영역(128) 중 게이트 전극(121)과 가까운 영역은 반도체 장치(100)에서 가장 온도가 높은 부분일 수 있다.
패드(130)란 반도체 장치(100) 외부의 측정용 단자가 반도체 장치(100)와 전기적으로 연결되는 부분을 의미한다. 도 1을 참조하면, 패드(130)는 반도체 장치(100)의 외측에서 트랜지스터(120)를 둘러쌓으며 배치된다. 패드(130)는 금속으로 이루어질 수 있고, 반도체 장치(100)의 온도 및 RF 특성 등에 대한 정보를 반도체 장치(100)의 외부로 송신하고 외부에서 공급되는 다양한 전기 신호, 전압 및 전류 등을 반도체 장치(100)에 공급할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 온도측정용 패드(135)는 반도체 장치(100)의 외측에 배치되고, 활성층(115) 위에 배치된다. 온도측정용 패드(135)는 적어도 하나의 패드(130) 중 일부로써 반도체 장치(100)의 온도 정보를 반도체 장치(100)의 외부로 전송한다. 온도측정용 패드(135)는 전기적으로 측온센서(140)와 연결되어 있어, 트랜지스터(120)의 온도정보를 측온센서(140)로부터 수신할 수 있다.
여기서, 트랜지스터(120)의 온도정보는 트랜지스터(120)에서 발생하는 열에 따라 변하는 측온센서(140)의 전기적 특성을 의미한다. 예를 들어, 트랜지스터(120)의 온도정보는 트랜지스터(120)에서 발생하는 열로 인해 변하는 측온센서(140)의 저항이나 커패시턴스(capacitance)일 수 있다. 이에, 반도체 장치(100) 외부의 측정용 단자는 온도측정용 패드(135)와 전기적으로 연결되어 측온센서(140)에 전류를 인가하여 측온센서(140)의 전압을 측정하거나 측온센서(140)의 저항을 측정함으로써, 측온센서(140)의 저항이나 커패시턴스의 변화를 통해 트랜지스터(120)의 온도정보를 전기적 신호로 전달받을 수 있다.
온도측정용 패드(135)의 배치, 개수 또는 모양은 도 1 및 도 2에서의 배치에 한정되지 않으며, 외부의 측정용 단자와 접촉하는 위치, 측온센서(140)와의 간격 및 연결관계를 고려하여 배치될 수 있다. 온도측정용 패드(135)와 측온센서(140)와의 배치가 밀접할수록 채널영역(128)의 열이 측온센서(140)로 손실없이 전달되어, 최고 발열부인 채널영역(128)의 온도가 정확하고 정밀하게 측정될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 측온센서(140)는 트랜지스터(120)의 일단과 온도측정용 패드(135) 사이에 배치되고, 활성층(115)의 일부에 삽입되어 배치된다. 바람직하게는 측온센서(140)는 소스 전극(124) 및 드레인 전극(126) 중 측온센서(140)와 가장 가까운 전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 가장 가까운 전극으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 측온센서들(140a, 140b)에 가장 가까운 전극은 소스 전극(124)이고, 복수의 측온센서들(140a, 140b) 각각과 소스 전극(124) 사이의 간격(d11, d12)은 소스 전극(124)의 폭(w1)의 0.5배 내지 5배이다.
측온센서(140)가 트랜지스터(120)으로부터 일정 간격 이상 이격되어야 반도체 장치(100)가 제조되기 편하고 측온센서(140)가 반도체 장치(100)의 RF특성을 저해하지 않는다. 그리고, 측온센서(140)가 트랜지스터(120)와 어느정도 밀접해야 트랜지스터(120)의 최고 발열부의 온도를 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 더 바람직하게는 측온센서(140)는 소스 전극(124) 및 드레인 전극(126) 중 측온센서(140)와 가장 가까운 전극의 폭의 0.9배 내지 1.1배만큼 가장 가까운 전극으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 더욱 바람직하게는 측온센서(140)는 소스 전극(124) 및 드레인 전극(126) 중 측온센서(140)와 가장 가까운 전극의 폭만큼 가장 가까운 전극으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 측온센서(140)는 활성층(115)의 일부 영역에 배치된다. 측온센서(140)는, 활성층(115)이 형성되는 공정에서 활성층(115) 내부에 삽입되도록 형성되므로, 측온센서(140)를 반도체 장치(100)에 배치하기 위해 필요한 추가 공정이 적고 이에 따른 비용도 절감될 수 있다.
측온센서(140)는 온도에 따라 전기적 성질이 변하는 소재로 구성될 수 있다. 측온센서(140)는 접합부의 온도에 따라 출력 전압이 변화하는 p-n접합 다이오드일 수 있고, 반도체 장치에서 주요 발열원인 트랜지스터(120)가 아닌 또 다른 트랜지스터일 수 있다. 바람직하게는 측온센서(140)는 온도에 따라 저항값이 변하는 열가변 저항 이거나 열가변 커패시터일 수 있다. 이러한 경우, 측온센서(140)는 다이오드나 트랜지스터에 비해, 적은 공정 및 비용으로 활성층(115) 내부에 배치될 수 있고, 차지하는 공간도 좁을 수 있다.
열가변 저항으로 구성된 측온센서(140)는 다양한 소재로 구성될 수 있다. 측온센서(140)는 박막 저항(Thin Film Resistor; TFR)일 수 있고, NiCr 또는 TaN으로 구성될 수 있다. 바람직하게는 측온센서(140)는 메사 저항(Mesa Resistor)일 수 있다. 일반적으로 메사 저항은 저항온도계수(Temperature Coefficient of Resistivity; TCR)가 높으므로 메사 저항으로 구성된 측온센서(140)는 트랜지스터(120)의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 2를 참조하면, 금속층(145)은 측온센서(140) 상측 영역 및 활성층(115) 상측의 일부 영역에 배치되며, 온도측정용 패드(135)의 일부와 닿도록 배치된다. 금속층(145)은 측온센서(140) 상측 영역의 일부 또는 전부를 덮도록 배치될 수 있다. 금속층(145)은 반도체 장치(100)의 오염을 방지하기 위해 증착된 배리어 메탈(Barrier Metal)의 일부일 수 있다. 금속층(145)은 온도측정용 패드(135)와 측온센서(140)를 전기적으로 연결시키는 역할을 한다.
또한, 금속층(145)의 열전도도가 활성층(115)의 열전도도보다 매우 낮도록 금속층(145)이 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 측온센서(140)는 반도체 장치(100) 상부의 외부 공기와 금속층(145)에 의해 단절되고, 측온센서(140)의 전기적 성질 변화는 반도체 장치(100)의 동작에 의해 가열된 외부 공기의 온도보다 채널영역(128)의 온도 변화에 더욱 의존한다. 이에, 측온센서(140)는 트랜지스터(120)의 최고 발열원에서의 온도를 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다.
상술한 실시예에 따르면, 측온센서(140)가 활성층(115) 내부에서 채널영역(128)과 일정한 거리만큼 이격되어, 반도체 장치(100)의 RF특성을 저해하지 않고도 최고 발열부인 채널영역(128)의 열이 측온센서(140)로 손실없이 전달된다. 이로인해, 반도체 장치(100)는 자체적으로 최고 발열부의 온도를 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다.
또한 상술한 실시예에 따르면, 측온센서(140)가 활성층(115)이 형성되는 공정과 같은 공정에서 형성되므로, 반도체 장치(100)의 사용은 측온센서(140)를 반도체 장치(100)에 배치하기 위해 소모되는 공정과 비용을 절감할 수 있다.
또한 상술한 실시예에 따르면, 측온센서(140)가 접지전극(105)과 전기적으로 연결되어 측온센서(140)의 전압을 측정하기 위해서 반도체 장치(100) 외부의 측정용 단자가 한 개만 필요하므로, 반도체 장치(100)의 온도를 측정하는 비용을 절감할 수 있다.
또한 상술한 실시예에 따르면, 측온센서(140)의 상측면을 덮도록 증착되고 열전도도가 낮은 금속층(145)에 의해, 반도체 장치(100)는 외부 공기의 온도에 영향을 받지 않고 트랜지스터(120)의 최고 발열원에서의 온도를 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 평면도이고, 도 4는 도 3의 일점 쇄선 Ⅳ-Ⅳ’을 따라 자른 단면도이다. 본 실시예의 일부 구성이 앞서 설명한 다른 실시예의 일부 구성과 중복된다면, 그 구성에 대한 중복설명은 생략한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 반도체 장치(300)는 반도체 기판(310), 활성층(315), 트랜지스터(320), 및 적어도 하나의 측온센서(340)를 포함한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 측온센서(340)는 반도체 장치(300)의 채널영역(328) 내부 및 산화막(322) 하부에 배치된다. 상술한대로, 트랜지스터(32)에서 최고 발열원은 채널영역(328) 중 게이트 전극(321)과 가까운 영역일 수 있다. 이에, 게이트 전극(321)과 가까운 채널영역(328)에 측온센서(340)를 배치함으로써, 트랜지스터(320)의 최고 발열원에서의 온도가 더욱 정확하게 측정될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 온도측정용 패드(335)는 도 3의 반도체 장치(300)의 일측에 배치될 수 있다. 측온센서(340)의 전기적 성질을 측정하는 온도측정용 패드(335)는 1개로 충분하므로, 온도측정용 패드(335)를 1개만 배치함으로써 반도체 장치(300)를 소형화하거나 다른 구성을 추가로 배치하여 집적도를 높일 수 있다. 본 실시예에서는 도 3에서 반도체 장치(300)의 좌측에 배치되었으나, 온도측정용 패드(335)는 측온센서(340)의 전기적 성질을 편리하고 정확하게 측정할 수 있도록 자유롭게 배치될 수 있다.
이로써, 온도측정용 패드(335)가 도 3에서 반도체 장치(300)의 상측 또는 하측에 배치되는 구조에 비해, 온도측정용 패드(335)와 측온센서(340)의 간격은 더욱 짧아지므로 온도측정용 패드(335)는 측온센서(340)의 전기적 성질을 더욱 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 335온도측정용 패드(335)와 측온센서(340)의 사이에 트랜지스터(320)의 다른 전극들이 배치되지 않으므로 온도측정용 패드(335)와 측온센서(340)를 전기적으로 연결하기 수월하다.
도 4를 참조하면, 금속층(345)이 측온센서(340)의 하단에서 반도체 기판(310)과 활성층(315)의 접촉면까지 배치되고, 반도체 기판(310)과 활성층(315)의 접촉면의 일부 영역에 수평으로 배치되고, 반도체 기판(310)과 활성층(315)의 접촉면에서 온도측정용 패드(335)의 하단까지 배치된다. 금속층(345)은, 온도측정용 패드(335)가 측온센서(340)의 전기적 성질을 측정할 수 있도록 온도측정용 패드(335)와 측온센서(340)를 전기적으로 연결한다. 즉, 도 2의 금속층(145)과 같은 기능을 한다.
상술한 실시예에 따르면, 측온센서(340)가 최고 발열부인 채널영역(328) 중 게이트 전극(321)과 가까운 영역에 인접하여 배치되므로 반도체 장치(300)는 트랜지스터(320)의 최고 발열원에서의 온도를 매우 정밀하게 측정할 수 있다.
또한 상술한 실시예에 따르면, 온도측정용 패드(335)와 측온센서(340)의 간격이 짧고 온도측정용 패드(335)와 측온센서(340)의 사이에 트랜지스터(320)의 다른 전극들이 배치되지 않으므로, 온도측정용 패드(335)는 측온센서(340)와 편리하게 연결되어 전기적 성질을 더욱 정확하게 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 평면도이고, 도 6은 도 5의 일점 쇄선 Ⅵ-Ⅵ’을 따라 자른 단면도이다. 본 실시예의 일부 구성이 앞서 설명한 다른 실시예의 일부 구성과 중복된다면, 그 구성에 대한 중복설명은 생략한다.
도 5 및 도 6를 참조하면, 반도체 장치(500)는 반도체 기판(510), 복수의 트랜지스터(520)들로 이루어진 트랜지스터 어레이(550) 및 적어도 하나의 측온센서(540)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 반도체 장치(500)에 게이트 라인(528)이 반도체 장치(500) 중심부와 오른쪽 패드(530) 사이에 일렬로 배치되고, 데이터 라인(529a, 529b)이 반도체 장치(500) 중심부와 왼쪽 패드(530) 사이에 일렬로 배치된다. 배치된 게이트 라인(528)에서 수직으로 뻗어 나온 복수의 게이트 전극(521)들과, 데이터 라인(529a, 529b)에서 수직으로 뻗어 나온 복수의 소스 전극(524)들 및 드레인 전극(526)이 서로를 사이에 두고 평행하게 배치되어 복수의 트랜지스터(520)들을 구성한다. 그리고 복수의 트랜지스터(520)들이 배열을 이뤄 트랜지스터 어레이(550)를 구성한다.
게이트 라인(528)과 데이터 라인(529a, 529b)은 복수의 트랜지스터(520)들을 효율적으로 형성하기 위한 수단에 불과하므로, 목표하는 반도체 장치의 성질과 구성에 따라 자유롭게 배치할 수 있다.
복수의 트랜지스터(520)들은 각각 동일한 전기적 특성을 갖도록 설계될 수 있고, 복수의 트랜지스터(520)들의 개수와 각 전극의 폭과 길이를 임의로 설계할 수 있다. 예를 들어 반도체 장치(500)는 복수의 트랜지스터(520)들 중 어느 하나의 트랜지스터(520)의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 흐르는 전류가 나머지 트랜지스터(520)들 각각의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 흐르는 전류보다 작을 경우, 상기 어느 하나의 트랜지스터(520)의 전극의 폭과 길이를 축소 혹은 증가시켜 배치할 수 있다.
도 6을 참조하면, 채널영역(528)은 트랜지스터 어레이(550) 하부의 활성층(515) 영역 및 트랜지스터 어레이(550) 중 일단 전극 하부의 활성층(515)과 트랜지스터 어레이(550) 중 타단 전극 하부의 활성층(515) 사이에 얇은 층 형태로 생성된다. 하나의 채널영역(528)을 도시하였지만, 이는 본 실시예의 구성을 명확히 보이기 위해 편의적으로 도시한 것으로서, 채널영역(528)은 트랜지스터 어레이(550)의 각 트랜지스터(520)가 생성하는 복수의 채널영역들이 겹쳐진 영역일 수 있다.
도 5 및 도 6를 참조하면, 측온센서(540)는 트랜지스터(520)의 일단과 온도측정용 패드(535) 사이에 배치되고, 활성층(515)의 일부에 삽입되어 배치된다. 구체적으로, 측온센서(540)는 트랜지스터 어레이(550)의 일측에 인접하게 배치된 하나의 온도측정용 패드(535)와 트랜지스터 어레이(550)의 일단 사이에 배치된다. 바람직하게는 측온센서(540)는 소스 전극(524) 및 드레인 전극(526) 중 측온센서(540)와 가장 가까운 전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 가장 가까운 전극으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 측온센서(540)는 소스 전극(524)의 폭의 0.5배만큼 트랜지스터 어레이(550)의 최외각 소스 전극으로부터 이격(d31)되어 배치되거나 측온센서(540)는 소스 전극(524)의 폭의 5배만큼 트랜지스터 어레이(550)의 최외각 소스 전극으로부터 이격(d31)되어 배치될 수도 있다.
상술한대로, 더 바람직하게는 측온센서(540)는 소스 전극(524) 및 드레인 전극(526) 중 측온센서(540)와 가장 가까운 전극의 폭의 0.9배 내지 1.1배만큼 가장 가까운 전극으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 더욱 바람직하게는 측온센서(540)는 소스 전극(524) 및 드레인 전극(526) 중 측온센서(540)와 가장 가까운 전극의 폭만큼 가장 가까운 전극으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
도 6을 참조하면, 금속층(545)은 측온센서(540) 및 활성층(515) 상측 영역 전체에 걸쳐서 배치될 수 있으며, 온도측정용 패드(535)의 일부와 닿도록 배치된다.
상술한 실시예에 따르면, 반도체 장치(500)는, 측온센서(540)가 채널영역(528)과 일정한 거리만큼 이격되어, 반도체 장치(500)의 RF특성을 저해하지 않고도 최고 발열부인 채널영역(528)의 온도를 손실없이 전달받을 수 있으므로, 최고 발열원의 온도를 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 평면도이고, 도 8은 도 7의 일점 쇄선 VIII-VIII’을 따라 자른 단면도이며, 도 9는 도 7의 일점 쇄선 Ⅸ-Ⅸ’을 따라 자른 단면도이다. 본 실시예의 일부 구성이 앞서 설명한 다른 실시예의 일부 구성과 중복된다면, 그 구성에 대한 중복설명은 생략한다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 반도체 장치(700)는 반도체 기판(710), 복수의 트랜지스터(720)들로 이루어진 복수의 트랜지스터 유닛(760)들 및 복수의 트랜지스터 유닛(760) 사이에 배치된 적어도 하나의 측온센서(740)를 포함한다.
도 7을 참조하면, 복수의 트랜지스터(720)들이 배열을 이뤄 트랜지스터 유닛(760)을 구성한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 두개의 트랜지스터 유닛(760)은 서로에 대해 이격된다. 이러한 구성은 도 5 및 도 6의 하나의 트랜지스터 어레이(550)를 두개의 트랜지스터 유닛(760)으로 분할하고 이격한 배치로 볼 수도 있다. 트랜지스터 유닛(760)의 개수는 필요에 의해서 자유롭게 선택할 수 있다.
도 7 및 도 9를 참조하면 온도측정용 패드(737)는 측온센서(740)와 패드(730) 사이에 배치된다. 상술한대로 온도측정용 패드(737)는 자유롭게 배치할 수 있으므로, 이러한 온도측정용 패드(737)의 배치로 온도측정용 패드(737)와 측온센서(740)의 간격이 짧아지고, 온도측정용 패드(335)와 측온센서(340)의 연결은 단순해지는 효과를 얻을 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 측온센서(740)은 두개의 트랜지스터 유닛(760) 사이에 배치되고, 활성층(715)의 일부에 삽입되어 배치된다. 바람직하게는 측온센서의 일측은 상기 일측과 가장 가까운 전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 상기 가장 가까운 전극으로부터 이격되고, 측온센서의 일측에 대응하는 타측과, 상기 가장 가까운 전극을 포함하는 트랜지스터 유닛과 인접한 트랜지스터 유닛에서 상기 측온센서의 타측과 가장 가까운 인접전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 상기 가장 가까운 인접전극으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
구체적으로, 복수의 측온센서들(740a, 740b) 각각의 일측 면과 가장 가까운 전극인 소스 전극과의 간격(d51, d52)은 가장 가까운 전극인 소스 전극의 폭(w5)의 0.5배 내지 5배이다. 또한, 복수의 측온센서들(740a, 740b) 각각의 타측 면과 가장 가까운 전극인 드레인 전극과의 간격(d61, d62)은 가장 가까운 전극인 드레인 전극의 폭(w6)의 0.5배 내지 5배이다.
상술한대로, 더 바람직하게는 측온센서(740)는 소스 전극(724) 및 드레인 전극(726) 중 측온센서(740)와 가장 가까운 전극의 폭의 0.9배 내지 1.1배만큼 가장 가까운 전극으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 더욱 바람직하게는 측온센서(740)는 소스 전극(724) 및 드레인 전극(726) 중 측온센서(740)와 가장 가까운 전극의 폭만큼 가장 가까운 전극으로부터 이격되어 배치될 수 있다.
이러한 구성은 도 1 및 도 2에서 설명한 측온센서(140) 및 측온센서(140)와 가장 가까운 전극과의 배치와 대응된다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 금속층(745)은 측온센서(740) 상측 일부 영역에 배치되고 온도측정용 패드(737)의 일부와 닿도록 배치된다. 또한 측온센서(740a)에 대응되는 금속층(745)과 다른 측온센서(740b)에 대응되는 금속층(745)이 서로 닿지 않도록 배치되어서, 측온센서(740a)와 다른 측온센서(740b)는 서로 전기적으로 연결되지 않는다. 따라서 측온센서(740a)의 전기적 성질과 다른 측온센서(740b)의 전기적 성질을 각각 따로 측정할 수 있다.
상술한 실시예에 따르면, 측온센서(740)가 채널영역(728)과 일정한 거리만큼 이격되어, 반도체 장치(700)의 RF특성을 저해하지 않고도 최고 발열부인 채널영역(728)의 온도를 손실없이 전달받을 수 있으므로, 반도체 장치(700)는 트랜지스터(720)의 최고 발열원에서의 온도를 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다.
한편, 일반적으로 트랜지스터의 발열영역은 상기 트랜지스터의 배치영역보다 넓다. 따라서 밀접하게 배치된 트랜지스터의 개수가 많을 수록 각 트랜지스터의 발열 영역이 서로 중복되어, 반도체 장치의 최고 발열원에서의 온도가 정확히 측정되기 어렵다. 하지만 상술한대로, 복수의 트랜지스터 유닛(760)들은 도 5의 하나의 트랜지스터 어레이(550)가 분할되고 이격된 배치와 실질적으로 동일하므로, 하나의 트랜지스터 유닛(760)은 동일한 면적의 반도체 장치(700)에서 하나의 트랜지스터 어레이(550)보다 포함하는 트랜지스터(720)의 개수가 적다. 따라서 상술한 실시예에 따르면 반도체 장치(700)는 하나의 트랜지스터 어레이를 포함하는 반도체 장치보다 단순하게 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에 따르면, 측온센서(740)가 각 트랜지스터 유닛(760) 사이에 배치되어 반도체 장치(700) 중심과 거리가 가깝기 때문에, 반도체 장치(700) 내부에서의 최고 발열원 근처의 온도가 쉽게 측정될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 위에 배치된 활성층;
    상기 활성층 위에 배치된 트랜지스터; 및
    상기 활성층의 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 측온센서를 포함하고,
    상기 트랜지스터는 상기 반도체 기판 위에 배치된 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고,
    상기 활성층은 상기 반도체 기판 상에서 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 사이에 생성되는 채널영역을 포함하는,
    반도체 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 활성층 상에 배치된 적어도 하나의 패드를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 패드는 적어도 하나의 온도측정용 패드를 포함하고,
    상기 온도측정용 패드는 상기 측온센서와 연결되고 상기 트랜지스터의 온도정보를 상기 측온센서로부터 수신하는,
    반도체 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소스 전극과 상기 드레인 전극은 상기 활성층과 오믹(Ohmic) 컨택하고,
    상기 측온센서는 상기 반도체 기판의 하부에 배치된 접지전극에 접지된,
    반도체 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 측온센서는,
    상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 중 상기 측온센서와 가장 가까운 전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 상기 가장 가까운 전극으로부터 이격된,
    반도체 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 측온센서는 상기 채널영역 내부에 배치된,
    반도체 장치.
  6. 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 위에 배치된 활성층;
    상기 활성층 위에 배치된 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 복수의 트랜지스터 유닛들; 및
    상기 활성층의 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 측온센서를 포함하고,
    상기 트랜지스터는 상기 반도체 기판 위에 배치된 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고,
    상기 활성층은 상기 반도체 기판 상에서 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 사이에 생성되는 채널영역을 포함하는,
    반도체 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 활성층 상에 배치된 적어도 하나의 패드를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 패드는 적어도 하나의 온도측정용 패드를 포함하고,
    상기 온도측정용 패드는 상기 측온센서와 연결되고 상기 트랜지스터의 온도정보를 상기 측온센서로부터 수신하는,
    반도체 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 소스 전극과 상기 드레인 전극은 상기 활성층과 오믹(Ohmic) 컨택하고,
    상기 측온센서는 상기 반도체 기판의 하부에 배치된 접지전극에 접지된,
    반도체 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 반도체 장치는 적어도 하나의 트랜지스터 유닛을 포함하는 트랜지스터 어레이를 포함하고,
    상기 측온센서는,
    상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 중 상기 측온센서와 가장 가까운 전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 상기 가장 가까운 전극으로부터 이격된,
    반도체 장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터 유닛들 각각은 서로에 대해 이격되고,
    상기 측온센서는,
    상기 복수의 트랜지스터 유닛들 사이에 배치되고,
    상기 측온센서의 일측은 상기 일측과 가장 가까운 전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 상기 가장 가까운 전극으로부터 이격되고,
    상기 측온센서의 일측에 대응하는 타측과, 상기 가장 가까운 전극을 포함하는 트랜지스터 유닛과 인접한 트랜지스터 유닛에서 상기 측온센서의 타측과 가장 가까운 인접전극의 폭의 0.5배 내지 5배만큼 상기 가장 가까운 인접전극으로부터 이격되는,
    반도체 장치.
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