特開 2025-129932 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025129932

(43)【公開日】2025-09-05

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H10D 89/00 20250101AFI20250829BHJP

   H10D 8/50 20250101ALI20250829BHJP

   H10D 84/80 20250101ALI20250829BHJP

   H10D 12/00 20250101ALI20250829BHJP

   H10D 30/66 20250101ALI20250829BHJP

   H10D 84/83 20250101ALI20250829BHJP

   H10D 84/40 20250101ALI20250829BHJP

   G01K 7/01 20060101ALN20250829BHJP

【ＦＩ】

H01L27/04 F

H01L29/91 L

H01L29/78 657A

H01L29/78 655Z

H01L29/78 652Z

H01L27/06 102A

H01L27/088 E

H01L27/06 321A

G01K7/01 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024026916

(22)【出願日】2024-02-26

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水野 健太朗

(72)【発明者】

【氏名】山下 侑佑

(72)【発明者】

【氏名】秋山 博則

【テーマコード（参考）】

5F038

5F048

【Ｆターム（参考）】

5F038AZ08

5F038BH04

5F038BH16

5F038CA08

5F038DT12

5F048AC06

5F048AC07

5F048AC10

5F048CC06

5F048CC18

5F048CC20

(57)【要約】

【課題】温度センスダイオードを内蔵した半導体装置において、半導体チップの面積増加を抑えながら半導体チップの最高温度を測定することが可能な技術を提供する。
【解決手段】半導体装置は、半導体チップと、電圧測定回路と、を備えている。半導体チップは、アノードパッドと、カソードパッドと、アノードパッドとカソードパッドの間に並列接続された複数の温度センスダイオードと、を有している。電圧測定回路は、アノードパッドとカソードパッドの間に接続されており、アノードパッドとカソードパッドの間の電圧に基づいて複数の温度センスダイオードのうちの最高温度を測定するように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体チップと、
電圧測定回路と、を備えており、
前記半導体チップは、
アノードパッドと、
カソードパッドと、
アノードパッドとカソードパッドの間に並列接続された複数の温度センスダイオードと、を有しており、
前記電圧測定回路は、前記アノードパッドと前記カソードパッドの間に接続されており、前記アノードパッドと前記カソードパッドの間の電圧に基づいて前記複数の温度センスダイオードのうちの最高温度を測定するように構成されている、半導体装置。

【請求項2】

前記半導体チップは、ゲート電極、入力電極及び出力電極を有するトランジスタ、をさらに有しており、
前記トランジスタの前記ゲート電極は、前記複数の温度センスダイオードの各々のアノードとカソードのいずれか一方に電気的に接続されている、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記半導体チップは、前記複数の温度センスダイオードの各々のカソードと前記トランジスタの前記出力電極の間に接続されている抵抗部、をさらに有しており、
前記トランジスタの前記ゲート電極は、前記複数の温度センスダイオードの各々のアノードに電気的に接続されている、請求項２に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、半導体チップに温度センスダイオードを内蔵した半導体装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１１１６８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

半導体チップの温度は、半導体チップの面内位置において異なる値を示す。このため、半導体チップ内の温度を把握するためには、半導体チップ内に複数の温度センスダイオードを分散して配置するのが望ましい。しかしながら、半導体チップ内に複数の温度センスダイオードを内蔵させた場合、パッドを設置するための面積の増加が懸念される。例えば、Ｎ個の温度センスダイオードを内蔵させた場合、Ｎ個の温度センスダイオードの各々のアノード及びカソードから配線を引き回し、それら配線に接続される２×Ｎ個のパッドが必要となる。このようなパッドの設置は、半導体チップの面積を増加させ、半導体チップの製造コストを増加させる要因となる。

【0005】

半導体チップに搭載されるデバイスの制御は、半導体チップの最高温度に基づいて行われることが多い。このため、半導体チップの温度測定では、半導体チップ内の最高温度を把握できれば十分なことが多い。本明細書は、温度センスダイオードを内蔵した半導体装置において、半導体チップの面積増加を抑えながら半導体チップの最高温度を測定することが可能な技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書が開示する半導体装置は、半導体チップと、電圧測定回路と、を備えていてもよい。半導体チップは、アノードパッドと、カソードパッドと、アノードパッドとカソードパッドの間に並列接続された複数の温度センスダイオードと、を有していてもよい。電圧測定回路は、アノードパッドとカソードパッドの間に接続されており、アノードパッドとカソードパッドの間の電圧に基づいて複数の温度センスダイオードのうちの最高温度を計測するように構成されていてもよい。なお、電圧計測回路は、半導体チップ内に一体的に形成されていてもよい。

【0007】

上記半導体装置では、複数の温度センスダイオードが並列接続されている。このため、複数の温度センスダイオードに対して２つのパッド（即ち、アノードパッドとカソードパッド）のみが設置されているので、半導体基板の面積増加を抑えることができる。また、複数の温度センスダイオードに供給される測定電流は、複数の温度センスダイオードのうち最高温度の温度センスダイオードを主として流れる。このため、電圧測定回路で測定される測定電圧は、最高温度の温度センスダイオードの順方向電圧に基づいた値となる。このように、上記半導体装置は、半導体チップの面積増加を抑えながら半導体チップの最高温度を測定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態の半導体装置の構成を示す図である。

【図2】複数の温度センスダイオードに対する測定電流と測定電圧を説明するための図である。

【図3】複数の温度センスダイオードに対する測定電流と測定電圧を説明するための図である。

【図4】第２実施形態の半導体装置の構成を示す図である。

【図5】第１実施形態の半導体装置の変形例の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態の半導体装置１は、半導体チップ４と、ゲート駆動回路５と、電圧測定回路６と、電流源７と、を備えている。

【0010】

半導体チップ４は、ゲート電極１２、入力電極１４及び出力電極１６を有するトランジスタ１０を有している。トランジスタ１０は、特に限定されるものではないが、例えば絶縁ゲートを有するトラジスタであってもよい。この例では、トランジスタ１０がＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。この例に代えて、トランジスタ１０はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Eeffect Transistor）であってもよい。

【0011】

半導体チップ４はさらに、ゲートパッドＧＰと、入力パッドＩＰと、出力パッドＯＰと、を有している。ゲートパッドＧＰは、トランジスタ１０のゲート電極１２に電気的に接続されている。入力パッドＩＰは、トランジスタ１０の入力電極１４に電気的に接続されている。出力パッドＯＰは、トランジスタ１０の出力電極１６に電気的に接続されている。ゲート駆動回路５は、ゲートパッドＧＰと出力パッドＯＰの間に接続されており、トランジスタ１０を制御するためのゲート電圧をゲートパッドＧＰに出力するように構成されている。

【0012】

半導体チップ４はさらに、アノードパッドＡＰと、カソードパッドＫＰと、複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３と、を有している。複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、半導体チップ４内に分散して配置されている。この例では、３つの温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３を例示しているが、この例に代えて、２以上の任意の個数の温度センスダイオードが設けられていてもよい。例えば、半導体チップ４を平面視したときの中心点と、半導体チップ４を平面視したときに上下左右に２分割したときの各々の領域の４つの中心点と、の計５個の温度センスダイオードが半導体チップ４内に分散して配置されていてもよい。

【0013】

複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、アノードパッドＡＰとカソードパッドＫＰの間に並列接続されている。複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の各々のアノードがアノードパッドＡＰに電気的に接続されており、複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の各々のカソードがカソードパッドＫＰに電気的に接続されている。このように、複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の各々は、アノードパッドＡＰからカソードパッドＫＰに向けて順方向となるように接続されている。複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の各々は、特に限定されるものではないが、例えばｐ型のポリシリコンとｎ型のポリシリコンのｐｎ接合を備えたｐｎダイオードであってもよい。

【0014】

電圧測定回路６は、アノードパッドＡＰとカソードパッドＫＰの間に接続されており、アノードパッドＡＰとカソードパッドＫＰの間の電圧、即ち、測定電圧Ｖｍを測定するように構成されている。電流源７は、アノードパッドＡＰとカソードパッドＫＰの間に接続されており、測定電流ＩｍをアノードパッドＡＰに吐き出すように構成されている。測定電流Ｉｍは、定電流であってもよい。

【0015】

次に、図２及び図３を参照して、半導体装置１による温度測定について説明する。図２に示すように、半導体装置１では、複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３に対して測定電流Ｉｍが順方向に供給され、複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３のアノード・カソード間の順方向電圧が測定電圧Ｖｍとして測定される。

【0016】

ここで、第１温度センスダイオードＤ１の温度が２７℃、第２温度センスダイオードＤ２の温度が３７℃、第３温度センスダイオードＤ３の温度が４７℃の場合について説明する。よく知られているように、温度センスダイオードは、常温（即ち、２７℃）の順方向電圧が６００ｍＶであり、温度変化に対して約－２ｍＶ／℃の負特性を有する。このため、第１温度センスダイオードＤ１の順方向電圧ＶＴ１は０．６Ｖであり、第２温度センスダイオードＤ２の順方向電圧ＶＴ２は０．５８Ｖであり、第３温度センスダイオードＤ３の順方向電圧ＶＴ３は０．５６Ｖである。

【0017】

温度センスダイオードの電圧－電流特性は、順方向電圧を境に電流が急激に変化するスイッチ的な挙動を示す。このため、図３に示すように、温度が異なる複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３に測定電流Ｉｍを流すと、測定電流Ｉｍは最も順方向電圧の低い第３温度センスダイオードＤ３、即ち、複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３のなかで最高温度である第３温度センスダイオードＤ３を流れる。測定電圧Ｖｍは、最高温度である第３温度センスダイオードＤ３の順方向電圧ＶＴ３となる。

【0018】

このように、並列接続された複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３に測定電流Ｉｍを供給したときの測定電圧Ｖｍは、複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３のなかで最高温度の温度センスダイオードの順方向電圧となる。複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３が半導体チップ４内に分散配置されていることから、測定電圧Ｖｍに基づいて半導体チップ４内の最高温度を測定することが可能となる。

【0019】

半導体チップ内の最高温度を測定するためには、例えば、Ｎ個の温度センスダイオードを半導体チップ内に内蔵させ、Ｎ個の温度センスダイオードの各々のアノード及びカソードから配線を引き回し、それら配線に接続された２×Ｎ個のパッドを設置し、Ｎ個の温度センスダイオードの各々の温度を測定し、測定された温度の中から最高温度を求めることによっても半導体チップ内の最高温度を測定することが可能である。しかしながら、このような構成は、半導体チップの面積を増加させ、半導体チップの製造コストを増加させる要因となる。また、複数の温度測定回路が必要となり、回路規模が大きくなる。半導体装置１では、複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３が並列接続されている。このため、複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３に対して２つのパッド（即ち、アノードパッドＡＰとカソードパッドＫＰ）のみが設置され、１つの電圧測定回路６によって半導体チップ４内の最高温度を測定することができる。半導体装置１は、半導体チップ４の面積増加を抑えながら半導体チップ４の最高温度を測定することが可能である。

【0020】

（第２実施形態）
図４に、第２実施形態の半導体装置２を示す。なお、第１実施形態の半導体装置１と共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略する。

【0021】

半導体装置２では、トランジスタ１０のゲート電極１２が、複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の各々のアノードに電気的に接続されていることを特徴とする。さらに、半導体装置２では、ゲート駆動回路５が出力パッドＯＰとアノードパッドＡＰの間に接続されていることを特徴とする。

【0022】

半導体装置２では、アノードパッドＡＰがゲート電圧を入力するためのゲートパッドの機能を兼用することができる。このため、半導体装置２は、半導体チップ４の面積増加をさらに抑えることができる。

【0023】

この例に代えて、トランジスタ１０のゲート電極１２が複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の各々のカソードに電気的に接続され、ゲート駆動回路５が出力パッドＯＰとカソードパッドＫＰの間に接続されてもよい。この場合も同様に、カソードパッドＫＰがゲートパッドの機能を兼用することができる。

【0024】

（第２実施形態の変形例）
図５に、第２実施形態の半導体装置２の変形例を示す。半導体装置２の変形例は、電流源７が設けられていないことを特徴とする。また、半導体装置２の変形例は、抵抗部８を備えていることを特徴とする。抵抗部８は、複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３の各々のカソードとトランジスタ１０の出力電極１６の間に接続されている。

【0025】

半導体装置２の変形例では、ゲート駆動回路５が電流源の機能を兼用することができる。即ち、ゲート電圧がハイ（Ｈｉ）のときに複数の温度センスダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３に測定電流Ｉｍが流れ、測定電圧Ｖｍを測定することができる。半導体装置２の変形例は、電流源７を設ける必要がないので、より簡易な構成とすることができる。

【0026】

以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。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。

【0027】

（特徴１）
半導体チップと、
電圧測定回路と、を備えており、
前記半導体チップは、
アノードパッドと、
カソードパッドと、
アノードパッドとカソードパッドの間に並列接続された複数の温度センスダイオードと、を有しており、
前記電圧測定回路は、前記アノードパッドと前記カソードパッドの間の電圧に基づいて前記複数の温度センスダイオードのうちの最高温度を測定するように構成されている、半導体装置。

【0028】

（特徴２）
前記半導体チップは、ゲート電極、入力電極及び出力電極を有するトランジスタ、をさらに有しており、
前記トランジスタの前記ゲート電極は、前記複数の温度センスダイオードの各々のアノードとカソードのいずれか一方に電気的に接続されている、特徴１に記載の半導体装置。

【0029】

（特徴３）
前記半導体チップは、前記複数の温度センスダイオードの各々のカソードと前記トランジスタの前記出力電極の間に接続されている抵抗部、をさらに有しており、
前記トランジスタの前記ゲート電極は、前記複数の温度センスダイオードの各々のアノードに電気的に接続されている、特徴２に記載の半導体装置。

【0030】

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。また、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。

【符号の説明】

【0031】

１：半導体装置、 ４：半導体チップ、 ５：ゲート駆動回路、 ６：電圧測定回路、 ７：電流源、 １０：トランジスタ、 １２：ゲート電極、 １４：入力電極、 １６：出力電極、 ＡＰ：アノードパッド、 Ｄ１：第１温度センスダイオード、 Ｄ２：第２温度センスダイオード、 Ｄ３：第３温度センスダイオード、 ＧＰ：ゲートパッド、 ＫＰ：カソードパッド、 ＯＰ：出力パッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】