DE102006005033A1 - Halbleiterbauelementanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Temperaturmessanordnung - Google Patents

Halbleiterbauelementanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Temperaturmessanordnung Download PDF

Info

Publication number
DE102006005033A1
DE102006005033A1 DE102006005033A DE102006005033A DE102006005033A1 DE 102006005033 A1 DE102006005033 A1 DE 102006005033A1 DE 102006005033 A DE102006005033 A DE 102006005033A DE 102006005033 A DE102006005033 A DE 102006005033A DE 102006005033 A1 DE102006005033 A1 DE 102006005033A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zone
temperature measuring
semiconductor
measuring resistor
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102006005033A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006005033B4 (de
Inventor
Rainald Sander
Markus Dr. Zundel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE102006005033A priority Critical patent/DE102006005033B4/de
Priority to US11/701,248 priority patent/US7843006B2/en
Publication of DE102006005033A1 publication Critical patent/DE102006005033A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006005033B4 publication Critical patent/DE102006005033B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
    • G01K3/005—Circuits arrangements for indicating a predetermined temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • G01K7/226—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor using microstructures, e.g. silicon spreading resistance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692—Surface layout
    • H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterbauelementanordnung, die aufweist: - einen Leistungstransistor, mit einer Gate-Elektrode (1), einer Source-Zone (2), einer Drain-Zone (3) und einer Body-Zone (4), wobei die Body-Zone in einer ersten Halbleiterzone (5) eines ersten Leitungstyps (p) angeordnet ist, - eine Temperaturmessanordnung mit einem Temperaturmesswiderstand (13), der durch einen Teil der ersten Halbleiterzone (4) gebildet ist, und mit einer an den Temperaturmesswiderstand (13) gekoppelten Auswerteschaltung (20).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Halbleiterbauelementanordnung mit einem Leistungstransistor, insbesondere einem Trench-Transistor, und einer Temperaturmessanordnung.
  • Trench-Transistoren sind Leistungstransistoren, die eine in einem Graben eines Halbleiterkörpers angeordnete Gateelektrode aufweisen und bei denen eine Stromflussrichtung in einer vertikalen Richtung eines Halbleiterkörpers, in dem der Transistor integriert ist, verläuft. Derartige Trench-Transistoren sind beispielsweise in B. J. Baliga: Kap. 7.10.2 UMOS Structure, In: Power Semiconductor Devices, PWS Publishing Company, Boston, 1995, S. 412ff beschrieben.
  • Derartige Leistungstransistoren werden zum Schalten von Spannungen im Bereich von einigen 10 Volt bis zu einigen hundert Volt und entsprechend großen Strömen eingesetzt. Die während solcher Schaltvorgänge in dem Transistor in Wärme unvermeidlich umgesetzte Verlustleistung führt zu einer Erhitzung des Halbleiterkörpers bzw. Halbleitersubstrats in dem der Transistor integriert ist. Im Extremfall kann eine Überhitzung auftreten, durch welche das Bauelements selbst und gegebenenfalls auch weitere mit dem überhitzten Bauelement in einer Baugruppe angeordnete Bauelemente beschädigt werden.
  • Um einen Leistungstransistor vor unzulässig hohen Temperaturen und damit vor einer thermischen Zerstörung zu schützen, ist es bekannt, die Temperatur in dem Halbleiterkörper des Transistors zu erfassen und bei Erreichen oder Überschreiten einer kritischen Temperatur geeignete Maßnahmen zu ergreifen, beispielsweise das Bauelement abzuschalten.
  • Zur Temperaturmessung in einem Halbleiterkörper können sowohl in Sperr- als auch in Durchlassrichtung gepolte Dioden verwendet werden. Man macht sich hierbei zu Nutze, dass sowohl der Sperrstrom einer in Sperrrichtung gepolten Diode, als auch der Spannungsabfall über einer in Durchlassrichtung gepolten und mit einem konstanten Strom beaufschlagten Diode eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit besitzen, so dass diese Größen zur Temperaturmessung genutzt werden können. Ein Halbleiterbauelement mit einer in Sperrrichtung verschalteten, als Temperatursensor dienenden Diode ist beispielsweise in der DE 203 15 053 U beschrieben.
  • Darüber hinaus ist es bekannt, ein polykristallines Halbleitermaterial zur Realisierung eines Temperaturmesswiderstandes zu verwenden. Eine solche, aus einem polykristallinen Material bestehende Struktur kann elektrisch isoliert gegenüber weiteren Bauelementstrukturen, beispielsweise in einer Verdrahtungsebene, angeordnet sein, wodurch parasitäre Halbleiterstrukturen, die aus der Realisierung des Temperaturmesswiderstandes und den weiteren Bauelementstrukturen resultieren können, weitgehend ausgeschlossen sind. Nachteilig sind herstellungsbedingte starke Schwankungen des Widerstandswertes und die vergleichsweise geringe Temperaturabhängigkeit dieses Widerstandswertes. Durch eine bei Leistungshalbleiterbauelementen auftretende hohe Temperaturbelastung kann darüber hinaus eine temperaturbedingte Drift des Widerstandswertes auftreten, was eine regelmäßige Kalibrierung erforderlich macht.
  • Die DE 38 31 012 A1 sowie die US 6,948,847 B2 beschreiben jeweils Bauelementanordnungen mit einem MOS-Transistor, bei denen der ohmsche Widerstand einer aus Polysilizium bestehenden Gate-Elektrode des Transistors als Messwiderstand verwendet wird.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Halbleiterbauelementanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Temperaturmessanordnung mit einem Temperaturmesswiderstand zur Verfügung zu stellen, bei der der Temperaturmesswiderstand einfach durch zur Herstellung von Leistungstransistoren verwendete Technologien realisierbar ist und eine hohe Temperaturempfindlichkeit aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Diese Halbleiterbauelementanordnung umfasst einen Leistungstransistor mit einer Gate-Elektrode, einer Source-Zone, einer Drain-Zone und einer Body-Zone, wobei die Body-Zone in einer ersten Halbleiterzone eines ersten Leitungstyps angeordnet ist. Die Bauelementanordnung umfasst außerdem eine Temperaturmessanordnung mit einem Temperaturmesswiderstand und mit einer an den Messwiderstand gekoppelten Auswerteschaltung. Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, den Temperaturmesswiderstand durch einen Teil der ersten Bauelementzone, in der auch die Body-Zone angeordnet ist, zu realisieren.
  • Ein solcher Temperaturmesswiderstand ist mittels herkömmlicher Verfahren zur Herstellung einer dotierten Halbleiterzone in einem Halbleiterkörper realisierbar. Die Verwendung derselben Halbleiterzone zur Realisierung des Messwiderstandes wie zur Realisierung der Body-Zone bietet den Vorteil, dass bei üblichen Dotierstoffdosen, wie sie für Body-Zonen in Leistungsbauelementen verwendet werden, ein Temperaturmesswiderstand erreicht werden kann, der einen größeren Temperaturkoeffizienten aufweist als zum Beispiel polykristallines Halbleitermaterial. Übliche Dotierstoffdosen für die Herstellung der Body-Zone eines Leistungs-MOSFET liegen im Bereich von 5·1013 cm-2, Änderungen des Widerstandswertes liegen dann etwa im Bereich von 50% pro 100K.
  • Eine Temperaturmessung kann unter Verwendung der Auswerteschaltung dadurch erfolgen, dass dem Temperaturmesswiderstand ein konstanter Stromes einer Stromquelle eingeprägt wird, wo durch über dem Messwiderstand eine von dessen Widerstandswert und damit von der Temperatur abhängige Spannung anliegt. Diese Spannung kann nun entweder direkt gemessen, oder mit einer Referenzspannung, welche einem kritischen Temperaturwert entspricht, verglichen werden. Ist die Spannung am Messwiderstand größer als die Referenzspannung, so liegt eine Übertemperatur vor, was auf einer Signalleitung mit einem entsprechenden Logikpegel angezeigt werden kann. Abhängig von diesem Logikpegel können Gegenmaßnahmen ergriffen, beispielsweise der Leistungstransistor abgeschaltet werden.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt im Querschnitt (1A) und in Draufsicht (1B) einen Halbleiterkörper mit einem in dem Halbleiterkörper integrierten, als Trench-Transistor realisierten Leistungstransistor und mit einem Strommesswiderstand.
  • 2 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementanordnung bei Realisierung des Leistungstransistors als ein Kanal-MOSFET.
  • 3 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementanordnung bei Realisierung des Leistungstransistor als p-Kanal-MOSFET.
  • 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer an den Temperaturmesswiderstand angeschlossenen Auswerteschaltung.
  • 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Auswerteschaltung.
  • 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementanordnung in Draufsicht (5A) und im Querschnitt in Schnittebenen A-A (5B) und B-B (5C).
  • 7 zeigt eine Abwandlung der in 6 dargestellten Anordnung.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche und Bauelemente mit gleicher Bedeutung.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung anhand von Querschnitten durch einen Halbleiterkörper 100, in dem aktive Bauelementbereiche eines Trench-MOSFET und ein Temperaturmesswiderstand integriert sind.
  • Bezugnehmend auf 1A, die den Halbleiterkörper in einer vertikalen Schnittebene zeigt, weist der Trench-MOSFET eine Drain-Zone 2, eine Driftzone 3 eine komplementär zu der Driftzone 3 dotierte Body-Zone 5 und eine komplementär zu der Body-Zone 5 dotierte Source-Zone 6 auf, die in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 100 übereinander angeordnet sind. Eine Gate-Elektrode 11 ist in einem Graben (Trench) angeordnet, der sich ausgehend von einer Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers durch die Source-Zone 6 und die Body-Zone 5 bis in die Driftzone 3 erstreckt. Die Gate-Elektrode 11 ist mittels eines Gate-Dielektrikums 12, beispielsweise einem Oxid, gegenüber den dotierten Bauelementzonen isoliert und dient in bekannter Weise zur Steuerung eines Inversionskanals in der Body-Zone 5 zwischen der Source-Zone 6 und der Driftzone 3.
  • Die Drain-Zone 2 ist an einer Rückseite 102 des Halbleiterkörpers 100 durch eine Drain-Elektrode 1 kontaktiert, die einen Drain-Anschluss D des MOSFET bildet. Die Source-Zone 6 ist im Bereich der Vorderseite 101 durch eine Source-Elektrode 7 kontaktiert, die einen Source-Anschluss S des MOSFET bildet. Diese Source-Elektrode 7, die beispielsweise aus einem Metall besteht, schließt außerdem die Source-Zone 6 und die ausgehend von der Vorderseite 101 unter der Source-Zone 6 angeordnete Body-Zone 5 kurz. Die Source-Elektrode 7 kontaktiert hierfür eine Body-Anschlusszone 8, die vom selben Leitungstyp wie die Body-Zone 5 ist und die sich von der Vorderseite 101 – in dem Beispiel benachbart zu der Source-Zone 6 – bis an die Body-Zone 5 erstreckt. Die Body-Anschlusszone 8 ist hierbei höher dotiert als die Body-Zone 5.
  • Die Gate-Elektrode 11 verläuft in einer zu der in 1A dargestellten Zeichenebene senkrecht verlaufenden Richtung als langgestreckte streifenförmige Elektrode, wie dies in 1B dargestellt ist, die eine Draufsicht auf die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 zeigt. Diese Längsrichtung der Gate-Elektrode 11 wird nachfolgend als erste laterale Richtung bezeichnet. In nicht näher dargestellter Weise kann die Gate-Elektrode 11 an einer oder mehreren Positionen durch einen Anschlusskontakt kontaktiert sein, der den Gate-Anschluss G (in 1A nur schematisch dargestellt) bildet.
  • Die Drain-Zone des dargestellten MOSFET kann durch ein hochdotiertes Halbleitersubstrat gebildet sein, auf das eine Epitaxieschicht aufgebracht ist, in der die Driftzone 3, die Body-Zone 5 und die Source-Zone 6 realisiert sind.
  • Die Body-Zone 5 ist bei dem dargestellten Bauelement durch eine in vertikaler Richtung oberhalb der Driftzone 3 angeordnete Halbleiterzone 4 gebildet. Diese Halbleiterzone 4 bildet bei der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung außerdem einen Temperaturmesswiderstand 13 einer Temperaturmessanordnung. Die Halbleiterzone 4 wird hierbei an zwei Kontaktstellen durch zwei elektrisch gegeneinander isolierte und beabstandet zueinander angeordnete erste und zweite Anschlusselektroden 10, 14 kontaktiert. Zur Verringerung des Kontaktwiderstandes sind hochdotierte erste und zweite Anschlusszonen 15, 8 desselben Leitungstyps wie die Halbleiterzone 4 vorgesehen, über welche die Anschlusselektroden 10, 14 die Halbleiterzone 4 kontaktieren und von denen die zweite Anschlusszone der Anschlusszone 8 zum Kurzschließen der Source-Zone 6 und der Body-Zone 5 entspricht. In nicht näher dargestellter Weise können allerdings auch separate Anschlusszonen zum Kurzschließen von Source 6 und Body 5 und zum Kontaktieren des Temperaturmesswiderstandes vorgesehen werden.
  • Zwischen den beiden Anschlusszonen ist in dem Beispiel eine komplementär zu diesen Anschlusszonen dotierte Halbleiterzone vorgesehen, die die beiden Anschlusszonen 8, 15 durch pn-Übergänge gegeneinander isoliert. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine oberhalb dieser Halbleiterzone 16 angeordnete Isolationsschicht.
  • Die Anschlusskontakte 10, 14 und die Anschlusszonen sind in dem Beispiel in einer zweiten lateralen Richtung, die senkrecht zu der ersten lateralen Richtung verläuft, beabstandet zueinander angeordnet. Der Temperaturmesswiderstand 13 ist durch den Bereich der Halbleiterzone 4 gebildet, der bei Anlegen einer Spannung zwischen den Anschlusselektroden 10, 14 von einem Messstrom durchflossen wird. Dieser Bereich entspricht in etwa dem Bereich, der sich unter den Anschlusszonen 8, 15 zwischen diesen beiden Anschlusszonen 8, 15 erstreckt.
  • Die zweite Anschlusselektrode 14 kann als separate Anschlusselektrode oder kann als Teil der Source-Elektrode 7 realisiert sein, was gestrichelt in 1A dargestellt ist. Die erste Anschlusselektrode 10 bildet einen Messanschluss M der Bauelementanordnung.
  • Der dargestellte MOSFET kann zellenartig aufgebaut sein, d.h. es können eine Vielzahl gleichartig aufgebauter Transistorzellen mit jeweils einer in einem Graben angeordneten Gate- Elektrode 11, einer Source-Zone 6, einer Body-Zone 5, einer Driftzone 3 und einer Drain-Zone 2 vorhanden sein, wie dies in 1A dargestellt ist. Die Drain-Zone 2 und die Driftzone 3 kann dabei allen Transistorzellen gemeinsam sein.
  • Entsprechend können mehrere Temperaturmesswiderstände in dem Halbleiterkörper 100 vorhanden sein, wobei diese Messwiderstände 13 jeweils separat angeschlossen sein können, um die Temperatur innerhalb des Zellenfeldes an mehreren Positionen separat erfassen zu können, oder wobei die einzelnen Messwiderstände parallel geschaltet werden können, indem deren erste Anschlüsse und deren zweite Anschlüsse jeweils gemeinsam kontaktiert werden.
  • Der in 1 dargestellte MOSFET ist als n-Kanal-MOSFET realisiert und weist n-dotierte Drain-Drift- und Source-Zonen 2, 3, 6 und eine p-dotierte Body-Zone 5 auf. Das erfindungsgemäße. Konzept, nämlich in einer die Body-Zone 5 eines MOSFET bildenden Halbleiterzone 4 gleichzeitig einen Temperaturmesswiderstand 13 zu integrieren ist selbstverständlich auch auf p-leitende MOSFET oder IGBT anwendbar. Bei einem p-MOSFET sind die bei der Anordnung gemäß 1 vorhandenen dotierten Zonen jeweils komplementär zu den Zonen gemäß 1 zu dotieren. Ein IGBT unterscheidet sich von einem MOSFET dadurch, dass dessen Drainzone, die bei einem IGBT auch als Emitterzone bezeichnet wird, komplementär zu der Driftzone dotiert ist.
  • 2 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der in den 1 dargestellten Anordnung unter der Annahme, dass die Source-Elektrode (6 in 1A) einen der Anschlüsse des Messwiderstandes 13 bildet. Das Bezugszeichen T bezeichnet hierbei das Schaltsymbol des Trench-MOSFET. Der Temperaturmesswiderstand 13 ist zwischen den Messanschluss M und den Source-Anschluss S des MOSFET geschaltet. Das Bezugszeichen D1 bezeichnet eine Diode, die zwischen den Messanschluss M und den Drain-Anschluss D des MOSFET geschaltet ist und die durch den pn-Übergang zwischen dem durch die erste Anschlusselektrode (10 in 1A) kontaktierten Abschnitt der Halbleiterzone 4 und der Driftzone (3 in 1A) gebildet ist.
  • 3 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild für eine einen p-Kanal-MOSFET aufweisende entsprechende Anordnung. Die Polung der Diode D1 ist hierbei gegenüber dem Schaltbild in 2 vertauscht.
  • 4 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der zuvor erläuterten Halbleiteranordnung und eine Ansteuerschaltung, die an den Messwiderstand 13 angeschlossen ist und die dazu dient, die Temperatur als temperaturabhängige Spannungswert zu messen und mit einer Referenzspannung zu vergleichen.
  • Der Aufbau und die Funktionsweise dieser Auswerteschaltung 20 wird nachfolgend für den Betriebsfall erläutert, bei dem der Leistungstransistor T zum Schalten einer Last 17 dient, die in Reihe zu der Drain-Source-Strecke D-S des Transistors T zwischen Klemmen für ein erstes und ein zweites positives Versorgungspotential VDD, VSS geschaltet ist. Der Transistor T ist in dem Beispiel als Low-Side-Schalter verschaltet und als n-Kanal-MOSFET ausgebildet. Das erste Versorgungspotential VDD ist in diesem Fall positiver als das zweite Versorgungspotential VSS.
  • In dem dargestellten Beispiel ist einer erster Anschluss des Messwiderstandes 13 an den Source-Anschluss S des Transistors T angeschlossen. Ein zweiter Anschluss des Messwiderstandes 13 ist über die Diode D1 an den Drain-Anschluss D des Transistors T und direkt an den Messanschluss M angeschlossen.
  • Die Auswerteschaltung 20 weist in dem Beispiel eine Stromquelle 21, einen Komparator 22 und eine Referenzspannungsquelle 23 auf. Die Stromquelle 21 ist an den Messanschluss M angeschlossen und dazu ausgebildet, einen konstanten Messstrom IM in den Messwiderstand 13 einzuprägen. Dieser Strom IM bewirkt an dem Messwiderstand 13 einen temperaturabhängigen Spannungsabfall UTH zwischen dem Mess-Anschluss M und dem Source-Anschluss S.
  • Diese temperaturabhängige Messspannung UTH wird durch den Komparator 22 mit einer durch die Referenzspannungsquelle 23 gelieferten Referenzspannung UREF verglichen. Ein erster Anschluss der Referenzspannungsquelle 23 ist hierbei mit dem invertierenden Eingang (-) des Komparators K1 verbunden, und ein zweiter Anschluss ist mit dem zweiten Versorgungspotential VSS verbunden ist. Der nicht-invertierende Eingang (+) des Komparators 22 ist an den Messanschluss M angeschlossen.
  • Der Widerstandswert RTH des Messwiderstandes variiert für einen vorgegebenen Temperaturbereich innerhalb eines Wertebereiches, der unter anderem von der Dimensionierung des Messwiderstandes 13 in dem Halbleiterkörper abhängig ist. Der aus einem dotierten Halbleitermaterial gebildete Messwiderstand besitzt einen positiven Temperaturkoeffizienten, so dass die Messspannung mit steigender Temperatur ansteigt. Der Messstrom IM ist vorzugsweise so auf den Wertebereich des Widerstandswertes RTH abgestimmt, dass der Spannungsabfall UTH über dem Messwiderstand 13 geringer ist als die Summe der Drain-Source-Spannung UDS des Transistors T und der Durchlassspannung der Diode D1. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Diode D1 immer in Sperrrichtung gepolt ist, so dass der Messstrom IM ausschließlich den Messwiderstand 13 durchfließt. Andernfalls würde ein Teil des konstanten Stromes IM über die parasitäre Diode D1 abfließen und so das Messergebnis dahingehend verfälschen, dass die temperaturabhängige Spannung UTH erst bei höheren Temperaturen den durch die Referenzspannung UREF definierten Grenzwert übersteigt.
  • Allerdings ist bei kleinen Drain-Source-Spannungen UDS die Verlustleistung im Transistor T und damit auch die Wärmeentwicklung ohnehin gering.
  • Übersteigt die Temperatur im Halbleiterkörper eine kritische Temperatur, bei der die Messspannung UTH den Wert der Referenzspannung UREF erreicht, so wird das Erreichen dieser kritischen Temperatur durch einen entsprechenden Logikpegel am Ausgang des Komparators 23, in dem Beispiel durch einen High-Pegel, signalisiert.
  • Ist eine komplexere Auswertung der Temperatur, d.h. beispielsweise eines Temperaturverlaufs oder eines Temperaturanstiegs über der Zeit, erwünscht, kann das analoge temperaturabhängige Signal UTH direkt am Mess-Anschluss M abgegriffen und einer geeigneten, beispielsweise digitalen, Verarbeitungseinheit (nicht dargestellt) zugeführt werden. Auf den Komparator und die Referenzspannungsquelle kann in diesem Fall verzichtet werden.
  • Die Auswerteschaltung 20 kann in nicht näher dargestellter Weise in demselben Halbleiterkörper wie der Transistor T und der Messwiderstand 13 integriert sein. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Auswerteschaltung 20 in einem separaten Halbleiterkörper zu integrieren, der beispielsweise in Chip-On-Chip-Technologie auf dem Halbleiterkörper oder in Chip-By-Chip-Technologie neben dem Halbleiterkörper mit dem Transistor und dem Messwiderstand angeordnet sein kann.
  • In der 5 ist eine erweiterte Variante der anhand von 4 erläuterten Auswerteschaltung dargestellt. Um sicher zu gehen, dass keine Temperatur-Auswertung bei leitender parasitärer Diode D1 erfolgt, ist in der Auswerteschaltung 20 ein zweiter Komparator 24 vorgesehen, der eine Spannung über der Diode D1 auswertet und der in dem Beispiel nur dann einen High-Pegel an seinem Ausgang erzeugt, wenn die Diode in Sperrrichtung gepolt ist, wenn also das elektrische Potential an dem Messausgang M kleiner ist als an dem Drain-Anschluss D des Transistors T. Der invertierende Eingang (-) des zweiten Komparators 24 ist hierzu an den Messanschluss M angeschlos sen, und dessen nicht-invertierender Eingang (+) ist an den Drain-Anschluss D des Transistors angeschlossen.
  • Ausgangssignale der ersten und zweiten Komparatoren 22, 24 durch ein UND-Gatter 24 verknüpft, das sicherstellt, dass das Vergleichsergebnis am Ausgang des ersten Komparators 22 nur bei in Sperrrichtung gepolter Diode D1 zum Ausgang OUT durchgeschaltet wird.
  • Die Sachverhalte wurden bisher anhand von n-Kanal-MOSFETs erläutert, es ist jedoch ohne weitere Einschränkung möglich, durch Vertauschen der Dotierungstypen und der Polung der Versorgungspotentiale die erfindungsgemäße Anordnung auch für p-Kanal-Transistoren zu erreichen.
  • Anhand der 6A bis 6C wird nachfolgend ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halbleiterbauelementanordnung mit einem Trench-Transistor und mit einem in der Body-Zone des Transistors integrierten Messwiderstand 13 erläutert. 6A zeigt einen lateralen, parallel zu der Vorderseite 101 verlaufenden Querschnitt. 6B zeigt einen vertikalen Querschnitt in einer in 6A dargestellten Schnittebene A-A und 6C zeigt einen vertikalen Querschnitt in einer in 6A dargestellten Schnittebene B-B.
  • Der dargestellte Trench-Transistor weist bezugnehmend auf 6A eine Anzahl parallel zueinander verlaufender Gräben mit darin angeordneten Gate-Elektroden 11 auf (auf die Darstellung des Gate-Dielektrikums ist aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet). In einer Längsrichtung der Gräben, die der ersten lateralen Richtung des Halbleiterkörpers 100 entspricht, sind aufeinanderfolgend eine Anzahl Source-Zonen 6 und Body-Anschlusszonen 8 angeordnet, die in der zweiten lateralen Richtung jeweils von Graben zu Graben reichen. Diese Source-Zonen 6 und Body-Anschlusszonen 8 sind bezugnehmend auf 6B gemeinsam durch eine Source-Elektrode 7 kontaktiert.
  • Die in vertikaler Richtung unterhalb der Source-Zonen 6 und der Body-Anschlusszonen 8 liegende Body-Zone 5 ist bezugnehmend auf 6B durch eine Halbleiterzone 4 gebildet. Diese Halbleiterzone 4 endet in der ersten lateralen Richtung vor den Gräben mit den Gate-Elektroden 11. Zum besseren Verständnis ist in 6B die Position einer solchen Gate-Elektrode 11 gestrichelt eingezeichnet.
  • Der Temperaturmesswiderstand 13 wird in dem Beispiel durch einen Abschnitt Halbleiterzone 4 gebildet, der im Bereich eines Endes dieser Halbleiterzone 4 liegt. Der als Temperaturmesswiderstand 13 genutzte Bereich der Halbleiterzone 4 ist durch zwei hochdotierte Anschlusszonen 8, 15 kontaktiert, von denen eine erste an die Source-Elektrode 7 angeschlossen ist und gleichzeitig dazu dient, die Source-Elektrode 7 an die Body-Zone 5 anzuschließen. Eine zweite Anschlusszone 15 ist an eine separate Elektrode 10 angeschlossen, die den Messanschluss bildet. Die erste und zweite Anschlusszone 8, 15 des Temperaturmesswiderstandes sind in der ersten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordnet, wobei in der ersten lateralen Richtung zwischen diesen beiden Anschlusszonen 8, 15 eine komplementär dotierte Zwischenzone 16 angeordnet ist.
  • Diese Zwischenzone 16 ist ebenfalls an die Source-Elektrode angeschlossen und bewirkt bei einem Stromfluss durch den Widerstandsbereich ein teilweises Abschnüren des in lateraler Richtung in der Halbleiterzonen 4 verlaufenden Kanals. In entsprechender Weise sorgt die unterhalb der Halbleiterzone 4 angeordnete Driftzone 3 im Widerstandsbereich für ein solches Einengen des Kanals. Dieses Einengen des Kanals wird auch Body-Pinch-Effekt bezeichnet und bewirkt, dass der Temperaturmesswiderstand hochohmiger wird und dadurch einen größeren Temperaturkoeffizienten aufweist.
  • Bei einer in 7 dargestellten Variante ist die Zwischenzone floatend angeordnet, und damit nicht an die Source-Elektrode 7 angeschlossen. Ein Pinch-Effekt resultiert hier bei nur aus den unterschiedlichen Dotierungen der Zwischenzone und des den Temperaturmesswiderstand bildenden Abschnitts der Halbleiterzone 4 bzw. Body-Zone 5.
  • Der Widerstandswert des durch die dotierte Halbleiterzone 4 bzw. die Body-Zone 5 gebildete Messwiderstand 13 unterliegt ist temperaturabhängig und unterliegt darüber hinaus auch einem "Bulk-Steuereffekt", der dazu führt, dass sich der Widerstandswert mit steigendem Drain-Source-Spannung UDS bei konstanter Temperatur erhöht.
  • Dies hat zur Folge, dass die Spannung am Messwiderstand 13 die Referenzspannung bereits bei niedrigeren Temperaturen erreicht. Dieser Zusammenhang kann benutzt werden, um bei großen Spannungen UDS zwischen Drain- und Source-Anschluss des Transistors und damit bei großer Verlustleistung die Übertemperaturschwelle herabzusetzen. Falls dies nicht erwünscht ist, kann dieser Effekt durch Variation des Messstromes IM der Stromquelle abhängig von der Drain-Source-Spannung kompensiert werden. Die anhand der 4 und 5 erläuterte Stromquelle ist in diesem Fall als spannungsgesteuerte Stromquelle zu realisieren, die einen von der Drain-Source-Spannung UDS abhängigen Messstrom liefert, der zumindest abschnittsweise mit steigender Drain-Source-Spannung UDS abnimmt.
    • 1
    Drain-Elektrode
    2
    Wafer
    3
    Epitaxieschicht
    4
    p- oder n-dotierte Wanne
    5
    Body-Zone
    6
    Source-Zone
    7
    Source-Elektrode
    8
    Body-Anschlusszone
    9
    Oxidschicht
    10
    Mess-Elektrode
    11
    Gate-Elektrode
    12
    Gate-Isolation
    13
    Temperaturmesswiderstand
    14
    weitere Elektrode
    15
    Messwiderstands-Anschlusszone
    16
    n+-dotierte Zone
    17
    Last
    20
    Auswerteschaltung
    21
    Komparator
    22
    Stromquelle
    23
    Referenzspannungsquelle
    24
    Komparator
    25
    UND-Glied
    D
    Drain-Anschluss
    D1
    parasitäre Diode
    G
    Gate-Anschluss
    IM
    Strom der Konstantstromquelle
    M
    Messanschluss
    OUT
    Signalleitung
    Q
    Logik-Gatter
    RTH
    Widerstandswert des Messwiderstand
    S
    Source-Anschluss
    T
    Transistor
    UREF
    Referenzspannung
    UTH
    Spannung am Messwiderstands
    UDS
    Drain-Source-Spannung
    VDD
    erstes Versorgungspotential
    VSS
    zweites Versorgungspotential

Claims (9)

  1. Halbleiterbauelementanordnung, die aufweist: – einen Leistungstransistor, mit einer Gate-Elektrode (1), einer Source-Zone (2), einer Drain-Zone (3) und einer Body-Zone (4), wobei die Body-Zone in einer ersten Halbleiterzone (5) eines ersten Leitungstyps (p) angeordnet ist, – eine Temperaturmessanordnung mit einem Temperaturmesswiderstand (13), der durch einen Teil der ersten Halbleiterzone (4) gebildet ist, und mit einer an den Temperaturmesswiderstand (13) gekoppelten Auswerteschaltung (20).
  2. Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 1, bei der der temperaturabhängige Widerstand (13) in der ersten Halbleiterzone (4) durch erste und zweite Anschlusszonen (8, 15) kontaktiert ist, die von dem gleichen Leitungstyp sind wie die erste Halbleiterzone (4), die jedoch höher dotiert sind, und die durch erste und zweite Anschlusselektroden (14, 10; 7, 10) kontaktiert sind.
  3. Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 2, bei der der Leistungstransistor eine Source-Elektrode (7) aufweist und bei der eine (8) der ersten und zweiten Anschlusszonen (8, 15) des Temperaturmesswiderstandes (13) an die Source-Elektrode (7) angeschlossen ist.
  4. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der zwischen den Anschlusszonen (8, 15) eine komplementär zu den Anschlusszonen (8, 15) dotierte Zwischenzone (16) vorgesehen ist, die sich an die erste Halbleiterzone (14) anschließt.
  5. Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 4, bei dem die Zwischenzone (16) floatend angeordnet ist.
  6. Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 4, bei dem die Zwischenzone (16) an eine (7) der ersten und zweiten Anschlusselektroden angeschlossen ist.
  7. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Auswerteschaltung (20) eine Konstantstromquelle (21) aufweist, die in Reihe zu dem Temperaturmesswiderstand (13) geschaltet ist.
  8. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Auswerteschaltung (20) dazu ausgebildet ist, eine über dem Temperaturmesswiderstand (13) anliegende Spannung (UTH) mit einer Referenzspannung (UREF) zu vergleichen und das Ergebnis dieses Vergleichs auf einer Steuerleitung (OUT) zu signalisieren.
  9. Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 8, bei der die Auswerteschaltung (20) einen Komparator (22) mit einem ersten und zweiten Eingang und einem Ausgang aufweist, dessen erster Eingang an den Temperaturmesswiderstand (13) angeschlossen ist, an dessen zweiten Eingang eine Referenzspannungsquelle (23) angeschlossen ist und dessen Ausgang an die Signalleitung (OUT) angeschlossen ist.
DE102006005033A 2006-02-03 2006-02-03 Halbleiterbauelementanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Temperaturmessanordnung Expired - Fee Related DE102006005033B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006005033A DE102006005033B4 (de) 2006-02-03 2006-02-03 Halbleiterbauelementanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Temperaturmessanordnung
US11/701,248 US7843006B2 (en) 2006-02-03 2007-02-01 Semiconductor component arrangement having a power transistor and a temperature measuring arrangement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006005033A DE102006005033B4 (de) 2006-02-03 2006-02-03 Halbleiterbauelementanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Temperaturmessanordnung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006005033A1 true DE102006005033A1 (de) 2007-08-30
DE102006005033B4 DE102006005033B4 (de) 2013-12-05

Family

ID=38319589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006005033A Expired - Fee Related DE102006005033B4 (de) 2006-02-03 2006-02-03 Halbleiterbauelementanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Temperaturmessanordnung

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7843006B2 (de)
DE (1) DE102006005033B4 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115356009A (zh) * 2022-07-05 2022-11-18 北京遥测技术研究所 一种双腔室结构的声表面波温度压力复合传感器

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110182324A1 (en) * 2008-05-19 2011-07-28 X-Fab Semiconductor Foundries Ag Operating temperature measurement for an mos power component, and mos component for carrying out the method
DE102015104570B4 (de) * 2015-03-26 2019-07-11 Infineon Technologies Ag Leistungs-chip und chipanordnung
DE102016104256B3 (de) * 2016-03-09 2017-07-06 Infineon Technologies Ag Transistorzellen und Kompensationsstruktur aufweisende Halbleitervorrichtung mit breitem Bandabstand
US20230015578A1 (en) * 2021-07-01 2023-01-19 Microchip Technology Incorporated Temperature sensor integrated in a transistor array

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004026233A1 (de) * 2004-05-28 2005-12-22 Infineon Technologies Ag Trenchtransistor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3831012A1 (de) 1988-09-12 1990-03-15 Siemens Ag Verfahren und anordnung zur bestimmung der temperatur innerhalb von mosfet-strukturen integrierter mos-schaltungen
US5444219A (en) * 1990-09-24 1995-08-22 U.S. Philips Corporation Temperature sensing device and a temperature sensing circuit using such a device
GB2248151A (en) * 1990-09-24 1992-03-25 Philips Electronic Associated Temperature sensing and protection circuit.
US5336943A (en) * 1991-07-19 1994-08-09 U.S. Philips Corporation Temperature sensing circuit
US5691555A (en) * 1993-05-19 1997-11-25 Consorzio Per La Ricerca Sulla Microelettronica Nel Mezzogiorno Integrated structure current sensing resistor for power devices particularly for overload self-protected power MOS devices
DE10220587B4 (de) * 2002-05-08 2007-07-19 Infineon Technologies Ag Temperatursensor für MOS-Schaltungsanordnung
DE20315053U1 (de) 2003-09-29 2003-12-11 Infineon Technologies Ag Bauelementanordnung mit einem Leistungs-Halbleiterbauelement und einer Defekterkennungsschaltung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004026233A1 (de) * 2004-05-28 2005-12-22 Infineon Technologies Ag Trenchtransistor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115356009A (zh) * 2022-07-05 2022-11-18 北京遥测技术研究所 一种双腔室结构的声表面波温度压力复合传感器

Also Published As

Publication number Publication date
US20070205464A1 (en) 2007-09-06
US7843006B2 (en) 2010-11-30
DE102006005033B4 (de) 2013-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3821065C3 (de) Integrierte Schaltung mit einem Leistungs-MOSFET und einer Überlastschutzschaltung
US5796290A (en) Temperature detection method and circuit using MOSFET
DE102014106695B4 (de) Leistungstransistor mit integriertem temperatursensorelement, leistungstransistorschaltkreis, verfahren zum betrieb eines leistungstransistors und verfahren zum betrieb eines leistungstransistorschaltkreises
EP1540748B1 (de) Magnetfeldsensor mit einem hallelement
DE102008064686B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE112010002754B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102010028275B4 (de) Integrierter Seebeck-Differenztemperatursensor und Verfahren zur Herstellung desselben
DE69832954T2 (de) Temperaturmessschaltung
DE19704995B4 (de) Integrierte Hochspannungs-Leistungsschaltung
DE102016102493B3 (de) Halbleitervorrichtung mit einem temperatursensor, temperatursensor und verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung mit einem temperatursensor
DE69834315T2 (de) Integrierte Schaltung mit einem VDMOS-Transistor, der gegen Überspannungen zwischen Source und Gate geschützt ist
DE4110369C2 (de) MOS-Halbleiterbauelement
EP0262530A1 (de) Halbleiterbauelemente mit Leistungs-MOSFET und Steuerschaltung
EP0780672B1 (de) Durch Feldeffekt steuerbares Leistungs-Halbleiterbauelement mit Temperatursensor
DE102014112823B4 (de) Halbleiterschalter mit integriertem Temperatursensor
DE102006005033B4 (de) Halbleiterbauelementanordnung mit einem Leistungstransistor und einer Temperaturmessanordnung
DE102005010013B4 (de) Stromregler mit einem Transistor und einem Messwiderstand
DE102010001512B4 (de) Stromsteuerschaltung und Verfahren zum Schutz einer Stromsteuerschaltung
DE4405482A1 (de) Halbleiterbauelement
DE69825095T2 (de) Elektronische Temperaturmessvorrichtung und elektronisches Schaltungsgerät dieselbe enthaltend
DE10106073C2 (de) SOI-Bauelement
DE10345556B4 (de) Halbleiterbauelement und Halbleiterbauelementanordnung mit verbessertem Temperaturverhalten
DE102004026233B4 (de) Trenchtransistor
DE4429903B4 (de) Leistungshalbleiteranordnung mit Überlastschutzschaltung
US7439582B2 (en) Semiconductor device with sense structure

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R082 Change of representative
R020 Patent grant now final

Effective date: 20140306

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee