DE102012105162A1 - Integriertes Leistungshalbleiterbauelement, Herstellungsverfahren dafür und Chopperschaltung mit integriertem Halbleiterbauelement - Google Patents

Integriertes Leistungshalbleiterbauelement, Herstellungsverfahren dafür und Chopperschaltung mit integriertem Halbleiterbauelement Download PDF

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Abstract

Es wird ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement (100–400) mit einem Halbleiterkörper (40) bereitgestellt. Der Halbleiterkörper (40) weist einen ersten Bereich (110) und einen zweiten Bereich (120) auf, die sich jeweils von einer ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (40) bis zu einer der ersten Oberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (102) des Halbleiterkörpers (40) erstrecken, wobei eine Normalenrichtung der ersten Oberfläche (101) eine vertikale Richtung definiert. Eine in dem ersten Bereich (110) ausgebildete Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) weist einen auf der ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (40) angeordneten ersten Lastanschluss (10) und einen auf der zweiten Oberfläche (102) des Halbleiterkörpers (40) angeordneten zweiten Lastanschluss (13) auf. Eine in dem zweiten Bereich (120) ausgebildete Leistungsdiode (DH1) weist einen auf der ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (40) angeordneten ersten Lastanschluss (12) und einen auf der zweiten Oberfläche (102) des Halbleiterkörpers (40) angeordneten zweiten Lastanschluss (13) aufweist, wobei der zweite Lastanschluss (13) der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) und der zweite Lastanschluss (13) der Leistungsdiode (DH1) von einem gemeinsamen Lastanschluss (13) gebildet werden. Mindestens eine Randabschlussstruktur (151, 152, 153, 9) ist benachbart zur ersten Oberfläche (101) und in einer horizontalen Richtung zwischen dem ersten Lastanschluss (10) der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) und dem ersten Lastanschluss (12) der Leistungsdiode (DH1) angeordnet. Außerdem werden ein Herstellungsverfahren für ein integrierte Leistungshalbleiterbauelement (100–400) und eine Chopperschaltung mit einem integrierten Halbleiterbauelement (100–400)

Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Leistungshalbleiterbauelement, insbesondere ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement mit einem Leistungsfeldeffekttransistor und einer Leistungsdiode, ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten Halbleiterbauelements, sowie eine Chopperschaltung mit einem integrierten Leistungshalbleiterbauelement.
  • HINTERGRUND
  • In Brückenschaltungen wird häufig nicht unbedingt eine Kombination aus einem IGBT und einer antiparalleler Freilaufdiode benötigt. In vielen Brückenschaltungen, z.B. in Brückenschaltungen zur Ansteuerung von geschalteten Reluktanzmotoren (engl. switched reluctance motor), die im Folgenden auch als SR-Motoren bezeichnet werden, Schrittmotoren oder in Beleuchtungsanwendungen, erweist sich eine Serienschaltung eines MOSFETs oder eines IGBTs mit einer Diode für die Funktion als vollkommen ausreichend. Um eine derartige Schaltung zu realisieren werden bisher üblicherweise diskrete IGBTs und Dioden verwendet, d. h. die Schaltung wird aus einer relativ hohen Anzahl von Einzelbauelementen aufgebaut. Dies führt zu erhöhten Kosten, insbesondere bei Ansteuerungen für Motoren mit hoher Polzahl und entsprechend vielen erforderlichen Chopperschaltungen, da für jedes Bauelement zusätzliche Montageleistung erforderlich wird.
  • Im Hinblick auf das oben Gesagte, schlägt die vorliegende Erfindung ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 1, eine Chopperschaltung nach Anspruch 15, eine Chopperschaltung nach Anspruch 17 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten Halbleiterbauelements nach Anspruch 20 vor.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform wird ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement bereitgestellt. Das monolithisch integrierte Leistungshalbleiterbauelement umfasst einen Halbleiterkörper mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, wobei sich der erste Bereich und der zweite Bereich jeweils von einer ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers bis zu einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers erstrecken, und wobei eine Normalenrichtung der ersten Oberfläche eine vertikale Richtung definiert. Das monolithisch integrierte Leistungshalbleiterbauelement umfasst weiter eine in dem ersten Bereich ausgebildete Leistungsfeldeffekttransistorstruktur, eine in dem zweiten Bereich ausgebildete Leistungsdiode und mindestens eine Randabschlussstruktur. Die Leistungsfeldeffekttransistorstruktur weist einen auf der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordneten ersten Lastanschluss und einen auf der zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordneten zweiten Lastanschluss auf. Die Leistungsdiode weist einen auf der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordneten ersten Lastanschluss und einen auf der zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordneten zweiten Lastanschluss auf, wobei der zweite Lastanschluss der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur und der zweite Lastanschluss der Leistungsdiode (DH1) von einem gemeinsamen Lastanschluss gebildet werden. Die mindestens eine Randabschlussstruktur ist benachbart zur ersten Oberfläche und in einer horizontalen Richtung zwischen dem ersten Lastanschluss der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur und dem ersten Lastanschluss der Leistungsdiode angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine Chopperschaltung zur Ansteuerung einer Last bereitgestellt. Die Chopperschaltung umfasst einen ersten Spannungsanschluss, einen zweiten Spannungsanschluss, einen Anschluss für die Last, und ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper. Der Halbleiterkörper weist einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, die sich jeweils von einer ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers bis zu einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers erstrecken, wobei eine Normalenrichtung der ersten Oberfläche eine vertikale Richtung definiert. Eine in dem ersten Bereich ausgebildete Leistungsfeldeffekttransistorstruktur weist einen auf der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordneten ersten Lastanschluss und einen auf der zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordneten zweiten Lastanschluss auf. Eine in dem zweiten Bereich ausgebildete Leistungsdiode weist einen auf der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordneten ersten Lastanschluss und einen auf der zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordneten zweiten Lastanschluss auf, wobei der zweite Lastanschluss der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur und der zweite Lastanschluss der Leistungsdiode von einem gemeinsamen Lastanschluss gebildet werden. Mindestens eine Randabschlussstruktur ist benachbart zur ersten Oberfläche und in einer horizontalen Richtung zwischen dem ersten Lastanschluss der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur und dem ersten Lastanschluss der Leistungsdiode angeordnet. Der Anschluss für die Last ist niederohmig mit dem gemeinsamen Lastanschluss verbunden. Der erste Spannungsanschluss ist niederohmig mit dem ersten Lastanschluss der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur verbunden. Der zweite Spannungsanschluss ist niederohmig mit dem ersten Lastanschluss der Leistungsdiode verbunden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Chopperschaltung zur Ansteuerung einer Last bereitgestellt. Die Chopperschaltung umfasst einen ersten Spannungsanschluss, einen zweiten Spannungsanschluss, mindestens einen Anschluss für die Last und mindestens ein integriertes Halbleiterleistungsbauelement. Das mindestens eine integrierte Halbleiterleistungsbauelement umfasst einen gemeinsamen Lastanschluss, der niederohmig mit dem ersten Spannungsanschluss verbunden ist, eine vertikale Diodenstruktur, die ein an den gemeinsamen Lastanschluss angrenzendes Anodengebiet und einen Kathodenanschluss, der niederohmig mit dem zweiten Spannungsanschluss verbunden ist, umfasst, und eine vertikale MOSFET-struktur oder ein vertikale IGBT-struktur. Die vertikale MOSFET-struktur umfasst ein an den gemeinsamen Lastanschluss angrenzendes Draingebiet und ein Sourcegebiet, das niederohmig mit dem ersten Spannungsanschluss verbunden ist. Die vertikale IGBT-struktur umfasst ein an den gemeinsamen Lastanschluss angrenzendes Kollektorgebiet und ein Emittergebiet, das niederohmig mit dem ersten Spannungsanschluss verbunden ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung Herstellen eines integrierten Halbleiterbauelements bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einer Oberseite und einer gegenüberliegenden Unterseite, wobei der Halbleiterkörper eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp umfasst. Eine Feldeffektstruktur und eine die Feldeffektstruktur kontaktierende erste Lastelektrode werden von der Oberseite in einem ersten Bereich des Halbleiterkörpers ausgebildet, wobei der Kanaltyp der Feldeffektstruktur dem ersten Leitfähigkeitstyp entspricht. Es wird eine Kontaktstruktur zu der ersten Halbleiterschicht von der Oberseite in einem zweiten Bereich des Halbleiterkörpers ausgebildet, wobei die Kontaktstruktur eine weitere Lastelektrode umfasst. Zwischen der ersten Lastelektrode und der weiteren Lastelektrode wird mindestens einer Randabschlussstruktur ausgebildet. Der Halbleiterkörpers wird an der Unterseite gedünnt, um eine Rückseite zu erzeugen. Es wird zumindest im zweiten Bereich ein vertikaler pn-Übergang ausgebildet. Eine gemeinsame Lastelektrode wird auf der Rückseite im ersten Bereich und im zweiten Bereich ausgebildet.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten, Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien von Ausführungsformen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise skaliert und dienen zu Veranschaulichungszwecken. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Der Übersichtlichkeit halber wurden die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte in den verschiedenen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, sofern nicht etwas anderes angegeben ist. Dabei zeigt:
  • 1A einen Schaltplan einer Chopperschaltung zur Ansteuerung einer Last gemäß einer Ausführungsform;
  • 1B einen Schaltplan einer Chopperschaltung zur Ansteuerung einer Last gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 2 einen Schaltplan einer Chopperschaltung zur Ansteuerung einer Last gemäß noch einer Ausführungsform;
  • 3 einen schematischen Querschnitt durch ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform;
  • 4 einen schematischen Querschnitt durch ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 5 einen schematischen Querschnitt durch ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 6 einen schematischen Querschnitt durch ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und
  • die 7 bis 11 schematische vertikale Querschnitte durch einen Halbleiterkörper während der Herstellung eines integriertes Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht werden Begriffe aus der Richtungsterminologie wie etwa „Oberseite“, „Unterseite“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „vorderer“, „hinterer“ usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Darstellung verwendet und ist in keinerlei Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen.
  • Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt sind. Jedes Beispiel dient zur Erläuterung und soll keine Beschränkung der Erfindung darstellen. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale mit oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen beinhaltet. Die Beispiele werden unter Verwendung einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht so auszulegen ist, dass sie den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche beschränkt.
  • Der Ausdruck „horizontal“, wie er vorliegend verwendet wird, soll eine Orientierung im Wesentlichen parallel zu einer ersten oder horizontalen Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats oder -körpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafer oder eines Chips sein.
  • Der Ausdruck „vertikal“, wie er vorliegend verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Hauptoberfläche angeordnet ist, d.h. parallel zu der normalen Richtung der horizontalen Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats oder -körpers.
  • Im Folgenden wird n-dotiert als ein erster Leitfähigkeitstyp bezeichnet, während p-dotiert als ein zweiter Leitfähigkeitstyp bezeichnet wird. Die Majoritätsladungsträger eines n-dotierten Gebiets und eines p-dotierten Gebiets sind Elektronen bzw. Löcher. In dieser Spezifikation wird ein negativer Ladungstyp als ein erster Ladungstyp bezeichnet, während ein positiver Ladungstyp als ein zweiter Ladungstyp bezeichnet wird. Natürlich können die Halbleiterbauelemente auch mit entgegengesetzten Dotierungen ausgebildet werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann. Dementsprechend kann der erste Ladungstyp auch den Ladungstyp von Löchern bezeichnen. Weiterhin veranschaulichen einige Figuren relative Dotierkonzentrationen durch an den Dotiertyp angefügte Symbole „–“ oder „+“. Beispielsweise bedeutet „n– “ eine Dotierkonzentration, die kleiner ist als die Dotierkonzentration eines „n“-Dotierungsgebiets, während ein „n+“-Dotierungsgebiet eine größere Dotierkonzentration als das „n“-Dotierungsgebiet aufweist. Das Angeben der relativen Dotierkonzentration bedeutet jedoch nicht, dass Dotierungsgebiete mit der gleichen relativen Dotierkonzentration die gleiche absolute Dotierkonzentration aufweisen müssen, sofern nicht etwas anderes angegeben ist. Beispielsweise können zwei verschiedene n+-Gebiete verschiedene absolute Dotierkonzentrationen besitzen. Das Gleiche gilt beispielsweise für ein n+- und ein p+-Gebiet.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsformen betreffen integrierte Leistungshalbleiterbauelemente mit einer Leistungsfeldeffekttransistorstruktur und einer Leistungsdiode, typischerweise einer pn-Leistungsdiode bzw. bipolaren Leistungsdiode, Herstellungsverfahren dafür sowie Chopperschaltungen mit einem oder mehrerer dieser Leistungshalbleiterbauelemente zur Ansteuerung einer Last.
  • Der Ausdruck „Chopperschaltung“, wie er vorliegend verwendet wird, soll eine als Brückenschaltung ausgeführte Treiberschaltung zur Versorgung einer elektrischen Last, z.B. eines Elektromotors oder einer Beleuchtungseinrichtung wie einer Leuchtstofflampe, beschreiben, die ein Gleichspannungseingangsspannung in ein Wechselspannungsausgangssignal bzw. ein gepulstes Gleichspannungsausgangssignal umwandelt und dabei typischerweise eine Impulssteuerung (Choppersteuerung) des Last ermöglicht. Die Chopperschaltung kann sowohl als Halbbrücke als auch als Vollbrücke ausgeführt sein.
  • Der Ausdruck „Feldeffekt“, wie er vorliegend verwendet wird, soll das durch ein elektrisches Feld vermittelte Ausbilden eines leitenden „Kanals“ von einem ersten Leitfähigkeitstyp und/oder eine Steuerung der Leitfähigkeit und/oder einer Form des Kanals in einem Halbleitergebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, typischerweise einem Bodygebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp, beschreiben. Auf Grund des Feldeffekts wird durch das elektrische Feld bei einem MOSFET ein unipolarer Strompfad durch das Kanalgebiet zwischen einem Sourcegebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp in ohmschem Kontakt mit einer Sourceelektrode und einem Driftgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet und/oder gesteuert. Das Driftgebiet ist in ohmschen Kontakt mit einem Draingebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp, das mit einer Drainelektrode in ohmschem Kontakt steht. Ohne Anlegen einer externen Spannung zwischen der Gateelektrode und der Sourceelektrode ist der Strompfad zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode durch das Halbleiterbauelement bei normalerweise ausgeschalteten Feldeffektbauelementen unterbrochen oder weist zumindest einen hohen Widerstand auf. Bei einem IGBT entspricht ein Emittergebiet dem Sourcegebiet des MOSFETs. Außerdem ist bei einem IGBT zwischen dem Driftgebiet und einer Kollektorelektrode anstelle der Drainelektrode ein weiterer pn-Übergang angeordnet, der zwischen einem Kollektorgebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp anstelle des Draingebiets und dem Driftgebiet gebildet sein kann.
  • Der Begriff „Feldeffektstruktur“, wie er vorliegend verwendet wird, soll eine in einem Halbleitersubstrat oder einem Halbleiterbauelement mit einer Gateelektrode ausgebildete Struktur zum Ausbilden und/oder Formen eines leitenden Inversionskanals, im Folgenden auch als Kanal bezeichnet, in dem Kanalgebiet beschreiben. Die Gateelektrode ist durch ein Dielektrikumsgebiet oder eine Dielektrikumsschicht zumindest von dem Kanalgebiet isoliert. Vorliegend wird dieses Dielektrikumsgebiet vereinfachend auch als Gateoxid bezeichnet, auch wenn es sich dabei nicht um ein Oxid wie Siliziumoxid (Si02) sondern ein anderes Dielektrikum wie etwa Siliziumnitrid (Si3N4) handelt.
  • Der Begriff „Feldplatte“, wie er vorliegend verwendet wird, soll eine Elektrode beschreiben, die benachbart zu einem Halbleitergebiet, typischerweise einem Driftgebiet oder einem Basisgebiet, angeordnet ist, von dem Halbleitergebiet isoliert ist, und eingerichtet ist, ein Raumladungsgebiet in dem Halbleitergebiet, d.h. einen ausgeräumten Abschnitt in dem Halbleitergebiet, durch Anlegen einer entsprechenden Spannung, in der Regel einer positiven Spannung für ein Driftgebiet vom n-Typ, zu erweitern. Die Ausdrücke „ausgeräumt“ und „vollständig ausgeräumt“ sollen beschreiben, dass ein Halbleitergebiet im Wesentlichen keine freien Ladungsträger umfasst. Typischerweise sind isolierte Feldplatten nahe zu pn-Übergängen angeordnet, die z.B. zwischen einem Driftgebiet und einem Bodygebiet ausgebildet sind. Dementsprechend kann die Sperrspannung des pn-Übergangs bzw. des Halbleiterbauelements erhöht werden. Die Dielektrikumsschicht oder das Dielektrikumsgebiet, die oder das die Feldplatte von dem Driftgebiet isoliert, wird nachfolgend auch als eine Felddielektrikumsschicht, ein Felddielektrikumsgebiet bzw. vereinfachend als Feldoxid bezeichnet, auch wenn es sich dabei nicht um ein Oxid sondern ein anderes Dielektrikum handelt. Zu Beispielen für Dielektrikumsmaterialien zum Ausbilden eines Dielektrikumsgebiets oder einer Dielektrikumsschicht zwischen der Gateelektrode oder einer Feldplatte und dem Halbleiterkörper bzw. zwischen der Gateelektrode und der Feldplatte zählen unter anderem SiO2, Si3N4, SiOxNy, Al2O3, ZrO2, Ta2O5, TiO2 und HfO2.
  • Der Ausdruck „Leistungsfeldeffekttransistor“, wie er vorliegend verwendet wird, soll einen Feldeffekttransistor auf einem einzelnen Chip mit Hochspannungs- und/oder Hochstromschaltfähigkeiten beschreiben. Mit anderen Worten sind Leistungsfeldeffekttransistoren für einen starken Strom typischerweise im Amperebereich und/oder hohe Spannungen von typischerweise über 20 V, besonders über 400 V, bestimmt.
  • Der Ausdruck „Randabschlussstruktur“, wie er vorliegend verwendet wird, soll eine Struktur beschreiben, die eingerichtet ist, eine Übergangregion zwischen Gebieten unterschiedlicher Spannung während des Betriebs eines Halbleiterbauelements, z.B. zwischen zwei integrierten Bauelementen oder einem Bauelement in einer aktiven Zone des Halbleiterbauelements und einem peripheren Gebiet des Halbleiterbauelements, derart bereitzustellen, dass die maximale Feldstärke zwischen den Gebieten unterschiedlicher Spannung im Betrieb verringert wird. Beispielsweise kann eine Randabschlussstruktur eingerichtet sein, den Abstand der Feldlinien während des Betriebs in kritischen Bereichen, d.h. Bereichen hoher elektrischer Feldstärke z.B. in der Nähe einer Oberfläche des Halbleiterbauelements, zu vergrößern.
  • 1A zeigt einen Schaltplan einer Chopperschaltung 500 zur Ansteuerung einer als Induktivität dargestellten Last 90, z.B. eines Elektromotors. Die Chopperschaltung 500 hat einen ersten Spannungsanschluss VL und einen zweiten Spannungsanschluss VH, an dem im Betrieb eine höhere Gleichspannung als an den ersten Spannungsanschluss VL angelegt wird. Beispielsweise kann der ersten Spannungsanschluss VL ein Masseanschluss sein und an der zweiten Spannungsanschluss VH mit einer positiven Spannung versorgt werden.
  • In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Chopperschaltung 500 als Vollbrücke mit einem low-side-Schalter TL1, z.B. einem low-side IGBT, und einem high-side-Schalter TH1, z.B. einem high-side IGBT, sowie einer in Sperrrichtung angeordneten low-side-Diode DL1 und einer in Sperrrichtung angeordneten high-side-Diode DH1 ausgeführt. Die beiden Schalter TL1 und TH1 und die beiden Dioden DL1 und DH1 sind dabei typischerweise als Leistungsbauelemente ausgelegt.
  • Die Chopperschaltung 500 hat zwei Anschlüsse 13‘ und 13‘‘ für die Last 90. Dabei entspricht der Anschluss 13‘ einem Abgriff zwischen den in Serie geschalteten low-side-Schalter TL1 und der high-side-Diode DH1 und der Anschluss 13‘‘ einem Abgriff zwischen den in Serie geschalteten high-side-Schalter TH1 und der low-side-Diode DL1.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden der low-side-Schalter TL1 und die high-side-Diode DH1 der Chopperschaltung 500 von einem monolithisch integrierten Leistungshalbleiterbauelement 100 bereitgestellt, typischerweise einem 4-Terminal Leistungshalbleiterbauelement mit einem gemeinsamen Lastanschluss für die Anode der high-side-Diode DH1 und den Kollektor- oder Drainanschluss des low-side-Schalters TL1. Der gemeinsamen Lastanschluss ist niederohmig mit dem Anschluss 13‘ für die Last 90 verbunden oder stellt diesen bereit. Dabei ist der low-side-Schalter TL1 ein Leistungsfeldeffekttransistorstruktur mit einem Gate- bzw. Steueranschluss 11‘, einem ersten Lastanschluss 10, der niederohmig mit dem ersten Spannungsanschluss VH verbunden ist, und einem vom gemeinsamen Lastanschluss gebildeten zweiten Lastanschluss. Außerdem ist der zweite Spannungsanschluss VH niederohmig mit dem Kathodenanschluss 12 einer als Leistungsdiode ausgeführten high-side-Diode DH1 verbunden. Im Folgenden wird der Kathodenanschluss 12 auch als erster Lastanschluss der Leistungsdiode DH1 bezeichnet.
  • Typischerweise sind die Leistungsdiode DH1 und die Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 als vertikale Strukturen in dem monolithisch integrierten Halbleiterbauelement ausgeführt. Außerdem ist zwischen der Leistungsdiode DH1 und der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 typischerweise mindestens eine Randabschlussstruktur vorgesehen. Dadurch kann eine hohe Sperrfähigkeit des monolithisch integrierten Halbleiterbauelements erreicht werden und / oder störende Einflüsse von Leistungsdiode DH1 und Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 aufeinander zumindest reduziert werden.
  • Da beim Aufbau der Chopperschaltung 500 die high-side-Diode DH1 nicht mehr mit dem low-side-Schalter TL1 verbunden werden muss, kann durch den Einsatz des monolithisch integrierten Leistungshalbleiterbauelements 100 eine kostengünstigere als Treiberschaltung bereitgestellt werden. Außerdem wird durch das monolithisch integrierten Leistungshalbleiterbauelements 100 eine sehr kurze Verbindung zwischen high-side-Diode DH1 und low-side-Schalter TL1 bereitgestellt, wodurch die Streuinduktivität erheblich reduziert und somit die Ansteuerung der Last 90 verbessert werden kann.
  • Monolithisch integrierte Halbleiterbauelemente, die für die Verwendung in der Chopperschaltung 500 geeignete sind, werden unten mit Bezug zu den 3 bis 6 detailliert erläutert.
  • 1B zeigt einen Schaltplan einer Chopperschaltung 501 zur Ansteuerung einer Last 90 1, 90 2, 90 3. Bei der Chopperschaltung 501 handelt es sich um eine Halbbrückentreiberschaltung die als Treiberschaltung für einen mehrpoligen Elektromotor, z.B. einen Schrittmotor oder einen geschalteten Reluktanzmotor (SR-Motor). In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die Chopperschaltung 501 drei monolithisch integrierte und in Reihe geschaltete Halbleiterbauelemente 100 deren jeweiliger Anschluss 13‘ mit einem der drei exemplarischen Phasen bzw. Pole 90 1, 90 2, 90 3 der Last verbunden ist. Der erste Spannungsanschluss VL ist niederohmig mit dem ersten Lastanschluss des jeweiligen low-side-Schalter TL1 verbunden. Außerdem ist der zweite Spannungsanschluss VH niederohmig mit dem jeweiligen Kathodenanschluss der jeweiligen high-side-Diode DH1 verbunden.
  • In weiteren Ausführungsformen weist die die Chopperschaltung 501 mehr als drei in Reihe geschaltete monolithisch integrierte Halbleiterbauelemente 100 auf, um z.B. SR-Motoren mit mehr als drei Phasen oder Schrittmotoren entsprechend hoher Polpaarzahl ansteuern zu können.
  • Da beim Aufbau der Chopperschaltung 501 je Phase bzw. Pol der Last eine elektrische Verbindung zwischen high-side-Diode DH1 und low-side-Schalter TL1 vom jeweiligen monolithisch integrierten Leistungshalbleiterbauelement 100 bereitgestellt wird, kann die Chopperschaltung 501 entsprechend kostengünstiger und mit einer kürzeren Verbindung zwischen high-side-Diode DH1 und low-side-Schalter TL1 aufgebaut werden, wodurch die Schaltungseigenschaften verbessert werden können.
  • 2 zeigt einen Schaltplan einer Chopperschaltung 502 zur Ansteuerung einer Last 90 90 1, 90 2, 90 3. Die Chopperschaltung 502 ist ähnlich wie die oben mit Bezug zur 1B erläuterte Chopperschaltung 501, wobei in den in Reihe geschalteten monolithisch integrierten Halbleiterbauelementen 200 der Chopperschaltung 502 jeweils eine zusätzliche Freilaufdiode DF, die im Folgenden auch als Inversdiode bezeichnet wird, integriert wurde. Wie unten mit Bezug zur 4 detailliert erläutert wird, lassen sich die Freilaufdiode DF einfach mit in die typischerweise verwendeten vertikalen IGBT-strukturen als low-side-Schalter TL1 integrieren.
  • Bei sogenannten single-ended IGBT-Schaltungen, wie sie z. B. in 1B dargestellt ist, kann der als low-side-Schalter TL1 eingesetzte IGBT durch Schaltungsparasiten kurz in negativer Richtung vorgepolt werden. Der Rückseiten-Emitter eines IGBT ist typischerweise aber nicht auf eine entsprechende Sperrbelastung ausgelegt, da er üblicherweise nur eine relativ geringe Dotierung und Eindringtiefe aufweist. Durch die antiparallele Diode DF kann der Strom im Fall eines in negativer Richtung vorgepolten IGBTs abgeleitet werden. An die Inversdioden DF werden dabei typischerweise keine besonderen dynamischen Anforderungen gestellt. Die Inversdioden DF können z.B. nur mit einem sehr kleinen Stromflusswinkel und / oder mit verglichen mit dem Laststrom niedrigen Stromhöhen betrieben werden.
  • Durch die zusätzliche Integration der Inversdioden DF in die monolithisch integrierten Halbleiterbauelemente 200 kann die Chopperschaltung 502 besonders kostengünstig aufgebaut werden.
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen von integrierten Leistungshalbleiterbauelementen und Herstellungsverfahrens dafür hauptsächlich unter Bezugnahme auf Halbleiterbauelemente aus Silizium (Si) beschrieben. Dementsprechend ist ein monokristallines Halbleitergebiet oder eine monokristalline Halbleiterschicht typischerweise ein monokristallines Si-Gebiet oder eine monokristalline Si-Schicht. Es versteht sich jedoch, dass der Halbleiterkörper aus einem beliebigen Halbleitermaterial hergestellt sein kann, das sich zum Herstellen eines Halbleiterbauelements eignet. Zu Beispielen für solche Materialien zählen unter anderem elementare Halbleitermaterialien wie etwa Silizium (Si) oder Germanium (Ge) und ihre Mischformen (SixGev), Gruppe-IV-Verbundhalbleitermaterialien wie etwa Siliziumcarbid (SiC) oder Silizium-Germanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien wie etwa Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indium-Galliumphosphid (InGaP) oder Indium-Galliumarsenidphosphid (InGaAsP) und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien wie etwa Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilber-Cadmiumtellurid (HgCdTe), um nur einige zu nennen. Die obenerwähnten Halbleitermaterialien werden auch als Homoübergangshalbleitermaterialien bezeichnet. Wenn zwei verschiedene Halbleitermaterialien kombiniert werden, entsteht ein Heteroübergangshalbleitermaterial. Zu Beispielen für Heteroübergangshalbleitermaterialien zählen unter anderem Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) und Galliumnitrid (GaN) oder Silizium-Siliziumcarbid (SixC1-x) und SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterial. Für Leistungshalbleiteranwendungen werden gegenwärtig hauptsächlich die Materialien Si, SiC und GaN verwendet. Falls der Halbleiterkörper ein Material mit großem Bandabstand wie etwa SiC oder GaN umfasst, das eine hohe Durchbruchspannung bzw. eine hohe kritische elektrische Feldstärke aufweist, ab der Lawinenmultiplikation einsetzt, kann die Dotierung der jeweiligen Halbleitergebiete höher gewählt werden, was den Einschaltwiderstand Ron reduziert.
  • 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement 100, dass in den oben mit Bezug zu den 1A und 1B erläuterten Chopperschaltungen 500, 501 eingesetzt werden kann. Das Leistungshalbleiterbauelement 100 weist einen Halbleiterkörper 40 mit einem ersten Bereich 110 und einem zweiten Bereich 120 auf, die sich jeweils von einer ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 40 bis zu einer der ersten Oberfläche 101 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 102 des Halbleiterkörpers 40 erstrecken. Eine Normalenrichtung en der ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung.
  • Der Halbleiterkörper 40 ist typischerweise ein Wafer 40 oder ein Chip 40. Der Halbleiterkörper 40 kann ein Halbleitersubstrat und eine oder mehrere darauf aufgewachsene Epitaxieschichten aufweisen.
  • Im ersten Bereich 110 ist eine vertikale Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 ausgebildet. In dem in 3 dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel wird die vertikale Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 von einem vertikalen n-Kanal IGBT gebildet. Ein auf der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 40 angeordneter Emitteranschluss 10 bildet den ersten Lastanschluss. Ein im ersten Bereich 110 angeordneter Teil eines auf der zweiten Oberfläche 102 des Halbleiterkörpers 40 angeordneten gemeinsamen Lastanschlusses 13 bildet einen zweiten Lastanschluss bzw. Kollektoranschluss der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1.
  • Der gemeinsame Lastanschluss 13 ist in ohmschen Kontakt mit einer stark p-dotierten Halbleiterschicht 4, die sich bis zur zweiten Oberfläche 102 erstreckt und im Folgenden auch als viertes Halbleitergebiet bezeichnet wird. Ein im ersten Bereich 110 angeordneter Teil der Halbleiterschicht 4 bildet ein Kollektorgebiet des n-Kanal IGBTs. Auf dem Kollektorgebiet ist ein n-dotiertes erstes Halbleitergebiet 1a, das im Folgenden auch als Driftgebiet bezeichnet wird, angeordnet, dass mit dem Kollektorgebiet einen pn-Übergang bildet. Das Driftgebiet 1a erstreckt sich typischerweise bis zur ersten Oberfläche 101. Ein p-dotiertes zweites Halbleitergebiet 2, das im Folgenden auch als Bodygebiet bezeichnet wird, bildet mit dem Driftgebiet 1a einen weiteren pn-Übergang 17, der im Folgenden auch als erster pn-Übergang bezeichnet wird, und erstreckt sich in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ebenfalls bis zur ersten Oberfläche 101. In das Bodygebiet 2 sind, im vertikalen Querschnitt, zwei stark n-dotierte Emittergebiete 3 eingebettet, die wie das Bodygebiet 2 in ohmschen Kontakt mit dem Emitteranschluss 10 stehen und mit dem Bodygebiet 2 einen zweiten pn-Übergang bilden. Das Bodygebiet 2 und/oder die Emittergebiete 3 können aber auch über einen Grabenkontakt mit dem Emitteranschluss 10 verbunden sein. Zum Steuern eines Laststroms zwischen dem Emitteranschluss 10 und dem gemeinsamen Lastanschluss 13 erstrecken sich zwei durch jeweilige Gateoxide 8 vom Halbleiterkörper 40 getrennte Gateelektroden 11 in vertikaler Richtung vom jeweiligen Emittergebiet 3 durch das Bodygebiet 2 bis teilweise in das Driftgebiet 1a. Alternativ dazu können die Gateelektroden 11 auch auf der ersten Oberfläche angeordnet sein, wenn die Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 als DMOS-Feldeffektransistor ausgebildet ist.
  • Typischerweise wird die Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 von einer Vielzahl ähnlich bzw. identisch aufgebauten Zellen im ersten Bereich 110 gebildet, um hohe Ströme schalten zu können.
  • Im zweiten Bereich 120 ist eine Leistungsdiode DH1 ausgebildet, typischerweise eine pn-Diode, deren Anodenanschluss vom einem sich im zweiten Bereich 120 angeordneter Teil des gemeinsamen Lastanschlusses 13 gebildet wird. Der im zweiten Bereich 120 angeordnete Teil der p-dotierten Schicht 4 bildet ein Anodengebiet der Leistungsdiode DH1, das mit einem n-dotierten Basisgebebiet 1b einen Last-pn-Übergang 18, typischerweise einen vertikalen pn-Übergang, der Leistungsdiode DH1 bildet. Durch die Verwendung des gemeinsamen Lastanschlusses 13 im integrierten Leistungshalbleiterbauelement 100 können Treiberschaltungen kostengünstiger und mit geringere Streukapazität aufgebaut werden.
  • Typischerweise werden das n-dotierten Basisgebebiet der Leistungsdiode DH1 und das Driftgebiet 1a der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 in einer ersten Halbleiterschicht 1 vom n-Typ bzw. aus Teilen der ersten Halbleiterschicht 1 gebildet. Dies vereinfacht die Herstellung des Halbleiterbauelements 100. Die maximalen Dotierstoffkonzentrationen von Driftgebiet 1a und Basisgebiet 1b können gleich oder aber auch unterschiedlich sein. Beispielsweise kann die Leistungsdiode DH1 eine pin- bzw. pn–n-Diode mit einer intrinsischen bzw. nahezu intrinsischen Dotierstoffkonzentration des Basisgebiets 1b sein und das Driftgebiet 1a ist höher dotiert als das Basisgebiets 1b.
  • Der den ersten Lastanschluss der Leistungsdiode DH1 bildende Kathodenanschluss 12 ist im zweiten Bereich 120 auf der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 40 angeordnet und ist über ein stark n-dotiertes Kontaktgebiet 5 mit dem Basistgebiet 1b der Leistungsdiode DH1 ohmsch kontaktiert.
  • In einer Chopperschaltung, wie sie oben mit Bezug zu den 1A bis 2 erläutert wurden, wird der erste Lastanschluss 10 der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 des Halbleiterbauelements 100 mit dem ersten Spannungsanschluss, der Kathodenanschluss 12 der Leistungsdiode DH1 des Halbleiterbauelements 100 mit dem zweiten Spannungsanschluss, und der gemeinsame Lastanschluss mit der Last verbunden.
  • Da im Betrieb der Chopperschaltung eine positive Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Spannungsanschluss und dem ersten Spannungsanschluss anliegt, die je nach Anwendung auch mehr als 100V oder sogar mehr als 400 V betragen kann, sind in horizontaler Richtung zwischen dem ersten Lastanschluss 10 der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 und dem ersten Lastanschluss 12 der Leistungsdiode DH1 typischerweise mindestens eine Randabschlussstruktur 15 1, 15 2, 15 3, 9 benachbart zur ersten Oberfläche 101 angeordnet. Dadurch können die Spannungsdifferenzen zwischen dem ersten Bereich 110 und dem zweiten Bereich 120 platz- und damit kostensparend aufgenommen werden.
  • Die mindestens eine Randabschlussstruktur kann dabei eine Feldplatte 15, und/oder eine VLD-Randabschlussstruktur (engl. Variation of Lateral Doping) und/oder eine JTE-Randabschlussstruktur (engl:. Junction Termination Extension) und/oder einen Feldring-Randabschlussstruktur und/oder eine vertikale Randabschlussstruktur, die jeweils benachbart zur ersten Oberfläche 101 angeordnet sind, umfassen.
  • Im exemplarischen Ausführungsbeispiel werden eine erste Feldplatte 15 1, die mit der ersten Lastelektrode 10 der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 verbunden ist, eine zweite Feldplatte 15 2, die mit dem gemeinsamen Lastanschluss 13 verbunden ist, und eine dritte Feldplatte 15 3, die mit der ersten Lastelektrode 12 der Leistungsdiode DH1 verbunden ist, zwischen der der ersten Lastelektrode 10 der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 und der ersten Lastelektrode 12 der Leistungsdiode DH1 auf der ersten Oberfläche 101 und von dieser und voneinander durch jeweilige als Feldoxid wirkende dielektrische Gebiete 9 getrennt angeordnet. Dabei ist die zweite Feldplatte 15 2 in der horizontalen Richtung zwischen der ersten Feldplatte 15 1 und der dritten Feldplatte 15 3 angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist ein p-dotiertes sechstes Halbleitergebiet 6, das sich von der ersten Oberfläche 101 bis zur vierten Halbleiterschicht 4 erstreckt, in der horizontalen Richtung zwischen dem ersten Lastanschluss 10 der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 und dem ersten Lastanschluss 12 der Leistungsdiode DH1 angeordnet. Das sechstes Halbleitergebiet 6 kann zum einen der Kontaktierung der zweite Feldplatte 15 2 mit dem gemeinsamen Lastanschluss 13 und zum anderen als eine laterale Isolation zwischen dem Driftgebiet 1a der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 und dem Basisgebiet 1b der Leistungsdiode DH1 dienen und damit auch als eine Randabschlussstruktur bzw. als ein Teil davon betrachtet werden. Während des Betriebs in einer Chopperschaltung liegen am IGBT TL1 entweder eine Sperrspannung an (dann ist die Spannungsdifferenz über der Diode DH1 nahezu Null) oder im umgekehrten Fall sieht die Diode DH1 eine Sperrspannung, was gleichbedeutend mit dem Durchlasszustand des IGBTs TL1 ist. Das vertikale sechste Halbleitergebiet 6 verhindert wirkungsvoll die Injektion von Ladungsträgern aus dem jeweils leitenden in das jeweils sperrende Bauelement TL1, DH1.
  • In Chopperschaltungen bildet die Rückseite des Halbleiterbauelements 100 den gemeinsamen Knoten von Kollektor des IGBTs TL1 und der Anode der Diode DH1. Das Leadframe, auf das die Rückseite des Halbleiterbauelements 100 typischerweise montiert wird, und auch der typischerweise als Rückseitenmetallisierung ausgeführte gemeinsame Lastanschluss 13 können als niederohmige Verbindung von Kollektor und Anode dienen. Streuinduktivitäten werden durch diese kürzeste Verbindung wirksam vermieden. Dadurch werden beim Kommutieren des Stromes vom IGBT TL1 auf die Diode DH1 oder umgekehrt Überspannungen reduziert, so dass die Schaltgeschwindigkeit erhöht werden kann, was die Schaltverluste reduziert. Dies verringert auch die Anforderungen an die Weichheit (Softness) der Diode beim Abschalten und ermöglicht so auch eine Dickenreduzierung der Basiszone 1b der Diode DH1, was die Schaltverluste weiter verringert. Die vertikale Ausdehnung der Basiszone 1b kann hierbei nicht nur über die Gesamtdicke des Halbleiterbauelements 100 sondern auch über die vertikale Ausdehnung des Kontaktgebiets 5 der Diode DH1 eingestellt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens eine weitere Randabschlussstruktur benachbart zur ersten Oberfläche 101 und in horizontalen Richtung nicht zwischen dem ersten Lastanschluss 10 der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 und dem ersten Lastanschluss 12 der Leistungsdiode DH1 angeordnet. Dadurch können Spannungen zu weiteren integrierten Bauelemente und/oder zum Rand des Halbleiterbauelements 100 abgebaut werden.
  • Im exemplarischen Ausführungsbeispiel von 3 werden dazu eine vierte Feldplatte 15 4, die mit der ersten Lastelektrode 12 der Leistungsdiode DH1 verbunden ist, und eine zu dieser benachbart angeordnete fünfte Feldplatte 15 5, die mit dem gemeinsamen Lastanschluss 13 verbunden ist, verwendet, wobei die Feldplatten 15 4, 15 5 jeweils auf der ersten Oberfläche 101 angeordnet und durch ein dielektrisches Gebiet 9 voneinander und von der ersten Oberfläche 101 beabstandet sind. Die fünfte Feldplatte 15 5 kann durch ein weiteres vertikales p-dotiertes Halbleitergebiet 6‘, das sich im zweiten Bereich 120 von der ersten Oberfläche 101 bis zur Halbleiterschicht 4 erstreckt und ebenfalls eine Randabschlussstruktur bilden kann, mit der gemeinsamen Lastanschluss 13 elektrisch verbunden sein.
  • 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement 200. Das Leistungshalbleiterbauelement 200 ist ähnlich wie das oben mit Bezug zur 3 erläuterte Halbleiterbauelement 100 aufgebaut. Zusätzlich zum vertikale IGBT TL1 ist im ersten Bereich 110 eine vertikale Freilaufdiode DF integriert, so dass das Halbleiterbauelement 200 auch in der oben mit Bezug zur 2 erläuterten Chopperschaltung 502 eingesetzt werden kann. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel wird durch ein stark n-dotiertes Gebiet 7 das Driftgebiet 1a des IGBTs TL1 ohmsch mit dem gemeinsamen Lastanschluss 13 verbunden, wodurch die Bodydiode des IGBTs TL1 als integrierte Freilaufdiode DF betrieben werden kann.
  • 5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement 300. Das Leistungshalbleiterbauelement 200 ist ähnlich wie das oben mit Bezug zur 3 erläuterte Halbleiterbauelement 100 aufgebaut und kann ebenfalls in den oben mit Bezug zu den 1A und 1B erläuterten Chopperschaltungen 500, 501 eingesetzt werden. Anstelle des vertikalen p-dotierten Halbleitergebiets, das sich in einem Grenzgebiet zwischen dem ersten Bereich 110 und dem zweiten Bereich 120 des Halbleiterbauelements 100 von der ersten Oberfläche 101 bis zur vierten Halbleiterschicht 4 erstreckt, werden das Driftgebiet 1a des IGBT TL1 und das Basisgebiet 1b der Diode DH1 lateral von einem isolierenden vertikalen Gebiet 19, das sich von der ersten Oberfläche 101 bis an die vierte Halbleiterschicht 4 erstreckt und in der horizontalen Richtung zwischen dem ersten Lastanschluss 10 der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 und dem ersten Lastanschluss 12 der Leistungsdiode DH1 angeordnet ist, voneinander getrennt. Dadurch kann das wechselseitige Eindringen von Ladungsträgern besonders effektiv verhindert werden.
  • In den 3 und 4 sind die Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 und die Leistungsdiode DH1 als NPT-Strukturen (engl.: non-punch through) ausgeführt. Wie in 5 für das Halbleiterbauelement 300 gezeigt, können n-dotierte Feldstoppgebiete 1c, 1d nahe der Rückseite des TL1 im ersten Bereich 110 und/oder nahe der vorderseitigen Kathode 12 der Leistungsdiode DH1 vorgesehen werden, um die aktive Dicke der Halbleiter und somit die Verluste im Betrieb zu reduzieren und die Softness der Leistungsdiode DH1 einzustellen. Die n-dotierten Feldstoppgebiete 1c, 1d können z. B. durch eine beidseitige maskierte Selendiffusion hergestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das vierte Halbleitergebiet 4 im zweiten Bereich 120 höher dotiert als im ersten Bereich 110. Dadurch erhält die Leistungsdiode DH1 eine höher dotierten rückseitigen p-Emitter, um eine verbesserte Sperrfähigkeit und Schaltrobustheit bzw. Höhenstrahlungsfestigkeit (Vermeidung des dynamischen Punch Through) der Diode zu gewährleisten, und der IGBT TL1 einen weniger effizienten Emitter, um die Abschaltverluste des IGBTs zu reduzieren.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird im ersten Bereich 110 zusätzlich eine vertikale Freilaufdiode DF integriert, wie dies mit Bezug zur 4 erläutert wurde.
  • Bei Freilaufdioden wird typischerweise zusätzlich die Ladungsträgerlebensdauer eingestellt, um einen günstigen Trade-Off zwischen Durchlass- und Schaltverlusten zu realisieren. Wird ein starker p-Emitter 4 im Bereich 110 für den IGBT TL1 verwendet, so kann ganzflächig der p-Emitterwirkungsgrad von IGBT TL1 und Diode DH1, z. B. durch eine rückseitige Implantation leichter Teilchen, insbesondere Protonen, Heliumkerne, oder leichte Ionen reduziert werden. Die Ladungsträgerlebensdauer kann aber auch nur lokal im Bereich 120 für die Anode der Diode, z. B. durch maskierte Implantation, reduziert werden. Da der rückseitige Feldstopp 1c des IGBTs TL1 ebenfalls durch maskierte Bestrahlung mit Protonen und einen Annealschritt hergestellt werden kann, wird die Herstellung des Halbleiterbauelements vereinfacht bzw. kostengünstiger, da die prinzipiell gleichen Prozesse mehrfach hintereinander und nur mit unterschiedlichen Ofen- und Temperprozesse angewendet werden können.
  • 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement 400. Das Leistungshalbleiterbauelement 400 ist ähnlich wie das oben mit Bezug zur 3 erläuterte Halbleiterbauelement 100 aufgebaut und kann ebenfalls in Chopperschaltungen, wie sie oben mit Bezug zu den 1A bis 2 erläuterten wurden, eingesetzt werden. Anstelle eines vertikalen IGBTs ist im ersten Bereich 110 des Leistungshalbleiterbauelements 400 jedoch eine vertikale n-Kanal MOSFET-struktur als Leistungsfeldeffekttransistorstruktur TL1 vorgesehen. Dabei bildet der gemeinsamen Lastanschluss 10 im ersten Bereich 110 einen Drainanschluss, der über ein hoch n-dotiertes Draingebiet 1e ohmsch mit dem Driftgebiet 1a des Leistungs-MOSFETs TL1 verbunden ist, und der erste Lastanschluss 10 einen Sourceanschluss, der mit den n-dotierten Sourcegebieten 3 und dem Bodygebiet 2 in ohmschen Kontakt steht.
  • In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel erstreckt sich das isolierende Gebiet 19 in vertikaler Richtung von der ersten Oberfläche 101 bis zur zweiten Oberfläche 102. Dadurch können das Driftgebiet 1a und das Basisgebiet lateral voneinander isoliert werden. Außerdem kann das isolierende Gebiet 19 als Stoppgebiet während der Herstellung dienen. Dies wird im Folgenden detailliert für ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelements mit einem IGBT als Leistungsfeldeffekttransistorstruktur erläutert.
  • Mit Bezug zu den 7 bis 11 werden in vertikalen Schnitten Verfahrensschritte zur Herstellung eines vertikalen integrierten Halbleiterbauelements 301 erläutert. In einem ersten Schritt wird ein Halbleiterkörper 40, typischerweise ein Wafer, mit einer ersten Oberfläche 101 bzw. Oberseite und einer gegenüberliegenden Unterseite 103 bereitgestellt. 7 zeigt den Halbleiterkörper 40 in einem schematischen vertikalen Querschnitt. Die Normalenrichtung en der Oberseite 101 verläuft im Wesentlichen parallel zu der vertikalen Richtung, d.h. definiert sie. Eine erste Halbleiterschicht 1 von einem ersten Leitfähigkeitstyp (n-Typ) erstreckt sich von der Oberseite 101 bis zur Unterseite 103.
  • Anschließend wird der Halbleiterkörper 40 zunächst von der Oberseite 101 prozessiert. Dabei wird in einem ersten Bereich 110 einer Feldeffektstruktur TL1 und in einem zweiten Bereich 120 des Halbleiterkörpers 40 eine Kontaktstruktur zur ersten Halbleiterschicht 1 ausgebildet.
  • Dabei entspricht der Kanaltyp der Feldeffektstruktur TL1 dem Leitfähigkeitstyp der ersten Halbleiterschicht 1. Dies bedeutet, dass im exemplarisch in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel eine n-Kanal Feldeffektstruktur TL1 im ersten Bereich 110 gebildet wird. Dazu werden im ersten Bereich 110 typischerweise ein Halbleitergebiet 2 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, das als Bodygebiet der Feldeffektstruktur TL1 betreiben werden kann, in der ersten Halbleiterschicht 1 sowie ein oder mehrere hoch n-dotierte dritte Halbleitergebiete 3 des ersten Leitfähigkeitstyps, die als Emitter- oder Sourcegebiete der Feldeffektstruktur TL1 betrieben werden können, im Halbleitergebiet 2 sowie eine oder mehrere isolierte Gateelektroden 11, 8 gebildet. Außerdem wird im ersten Bereich 110 auf Oberseite 101 eine erste Lastelektrode 10 gebildet, die in ohmschen Kontakt mit den zweiten und dritten Halbleitergebieten 2, 3 steht.
  • Typischerweise wird im ersten Bereich 110 eine Vielzahl identisch aufgebauter Zellen gebildet, um hohe Ströme schalten zu können.
  • Das Ausbilden der Kontaktstruktur im zweiten Bereich 120 umfasst typischerweise das Ausbilden eine hochdotierten Kontaktregion 5 vom ersten Leitfähigkeitstyp in der ersten Halbleiterschicht 1 und das Bilden einer weiteren Lastelektrode 12, die im gefertigten Halbleiterbauelement eine Kathode bzw. erste Lastelektrode der Diode bildet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Feldstoppregion 1d vom ersten Leitfähigkeitstyp zwischen dem Kontaktgebiet 5 und der ersten Halbleiterschicht 1 im zweiten Bereich 120 gebildet. Dies kann durch eine maskierte Implantation oder eine Selendiffusion durch die Oberseite 101 im zweiten Bereich 120 erfolgen.
  • Außerdem werden von der Oberseite 101 aus typischerweise eine oder mehrere Randabschlussstrukturen zwischen der ersten Lastelektrode 10 und der weiteren Lastelektrode 12 gebildet. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel werden eine erste Feldplatte 15 1, die mit der ersten Lastelektrode 10 verbunden ist, eine zweite Feldplatte 15 2, die später mit einem gemeinsamen Lastanschluss verbunden wird, und eine dritte Feldplatte 15 3 gebildet, die mit der weiteren Lastelektrode 12 verbunden ist, zwischen der der ersten Lastelektrode 10 und der weiteren Lastelektrode 12 auf der ersten Oberfläche 101 und von dieser und voneinander durch jeweilige dielektrische Gebiete 9 getrennt ist. Dabei ist die zweite Feldplatte 15 2 in der horizontalen Richtung zwischen der ersten Feldplatte 15 1 und der dritten Feldplatte 15 3 angeordnet.
  • Außerdem kann eine vierte Feldplatte 15 4, die mit der weiteren Lastelektrode 12 verbunden ist, und eine zu dieser benachbart angeordnete fünfte Feldplatte 15 5, die mit der zweiten Feldplatte 15 2 verbunden ist verwendet, auf der Oberseite 101 gebildet werden.
  • Vor dem Ausbilden der Feldplatten 15 1–15 5 werden typischerweise zwei vertikale Gräben 34, 35 von der Oberseite 101 in den Halbleiterkörper 40 geätzt, wobei der vertikale Graben 34 in einem Grenzgebiet zwischen dem ersten Bereich 110 und zweiten Bereich 120 geätzt wird, und zumindest teilweise gefüllt. In dem in 8 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel, wird der vertikale Graben 34 mit einem Dielektrikumsgebiet bzw. Isoliergebiet 19 gefüllt und der vertikale Graben 35 mit einem Halbleitermaterial vom zweiten Leitfähigkeitstyp, z.B. mit entsprechend dotierten poly-Silizium. Der vertikale Graben 34 kann alternativ dazu auch mit einem Halbleitermaterial vom zweiten Leitfähigkeitstyp gefüllt werden und/oder Hohlräume enthalten. Beispielsweise kann sich im Dielektrikumsgebiet 19 ein zentraler Hohlraum befinden.
  • Anschließend wird Halbleiterkörpers 40 an der Unterseite 103 gedünnt, z.B. durch einen CMP-Prozess (engl. chemical mechanical polishing), um eine Rückseite 102 zu erzeugen. Dabei kann das Dielektrikumsgebiet 19 als Stopper beim Dünnen des Halbleiterkörpers 40 verwendet werden. Die resultierende Halbleiterstruktur 301 ist schematisch in 9 dargestellt. Dadurch wird die erste Halbleiterschicht 1 in zwei Halbleitergebiete 1a und 2a geteilt.
  • Anschließend wird ein vertikaler pn-Übergang 18b, d.h. ein im Wesentlichen parallel zur Oberseite 101 orientierter pn-Übergang, zumindest im zweiten Bereich 120 gebildet, um eine vertikale Diode DH1 im zweiten Bereich 120 zu bilden. Wenn im ersten Bereich 110 eine vertikale IGBT-struktur gebildet werden soll, wird auch im ersten Bereich 110 ein vertikaler pn-Übergang 18a gebildet. Die pn-Übergange 18a, 18b können durch entsprechende Implantationen von Dotierstoffen von der Rückseite 102 und nachfolgendes Tempern erfolgen, wobei die Dotierstoffkonzentration und/oder die vertikale Ausdehnung der dabei gebildeten vierten Halbleitergebiete 4a, 4b unterschiedlich sein können. Beispielsweise kann eine maximale Dotierstoffkonzentration des Halbleitergebiete 4a im ersten Bereich geringer als eine maximale Dotierstoffkonzentration des Halbleitergebiete 4b im zweiten Bereich 120 sein. Die resultierende Halbleiterstruktur 301 ist schematisch in 9 dargestellt, wobei zusätzlich eine Feldstoppregion 1c vom ersten Leitfähigkeitstyp zwischen dem Halbleitergebiet 1a und dem vierten Halbleitergebiet 4a im zweiten Bereich 120 gebildet wurde, z.B. mittels maskierter Implantation oder Seleneindiffusion.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird der erste Bereich 110 und/oder der zweiten Bereich 120 des Halbleiterkörpers 40 von der Rückseite 102 mit Protonen und/oder leichten Ionen bestrahlt. Dadurch kann nach einen weiteren Temperprozess oder einem gemeinsamen Temperprozess für die Bildung der Feldstoppregion 1c die Ladungsträgerlebensdauer reduziert werden.
  • Anschließend wird eine gemeinsamen Lastelektrode 13, z.B. durch unmaskierte Abscheidung eines Metalls wie Aluminium oder einen auf die Montage abgestimmten Stapel von Metallen bzw. Legierungen auf den Halbleiterkörper 40, auf der Rückseite 102 im ersten Bereich 110 und im zweiten Bereich 120 gebildet. Typische Metalle, welche in Schichten und / oder Legierungen auf der Rückseite 102 des Halbleiterkörpers 40 aufgebracht werden können, umfassen Aluminium, Nicke, Titan, Vanadium, Silber, Gold und Platin. Die gemeinsame Lastelektrode 13 ist in ohmschen Kontakt mit dem ersten Bereich 110 und dem zweiten Bereich 120 des Halbleiterkörpers 40, z.B. in direktem mit den hochdotierten Halbleitergebiete 4a, 4b. 11 zeigt das resultierende integrierte Halbleiterbauelement 301 in einer schematischen Querschnittsdarstellung. Das integrierte Halbleiterbauelement 301 ist ähnlich wie das oben mit Bezug zur 5 erläuterte Halbleiterbauelement 300 und kann ebenfalls in Chopperschaltungen eingesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollten keinesfalls als einschränkend für die vorliegende Erfindung verstanden werden.

Claims (24)

  1. Monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement (100–400), umfassend: – einen Halbleiterkörper (40) mit einem ersten Bereich (110) und einem zweiten Bereich (120), wobei sich der erste Bereich (110) und der zweite Bereich (120) jeweils von einer ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (40) bis zu einer der ersten Oberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (102) des Halbleiterkörpers (40) erstrecken, und wobei eine Normalenrichtung (en) der ersten Oberfläche (101) eine vertikale Richtung definiert; – eine in dem ersten Bereich (110) ausgebildete Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1), die einen auf der ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (40) angeordneten ersten Lastanschluss (10) und einen auf der zweiten Oberfläche (102) des Halbleiterkörpers (40) angeordneten zweiten Lastanschluss (13) aufweist; – eine in dem zweiten Bereich (120) ausgebildete Leistungsdiode (DH1), die einen auf der ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (40) angeordneten ersten Lastanschluss (12) und einen auf der zweiten Oberfläche (102) des Halbleiterkörpers (40) angeordneten zweiten Lastanschluss (13) aufweist, wobei der zweite Lastanschluss (13) der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) und der zweite Lastanschluss (13) der Leistungsdiode (DH1) von einem gemeinsamen Lastanschluss (13) gebildet werden; und – mindestens eine Randabschlussstruktur (15 1, 15 2, 15 3, 9), die benachbart zur ersten Oberfläche (101) und in einer horizontalen Richtung zwischen dem ersten Lastanschluss (10) der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) und dem ersten Lastanschluss (12) der Leistungsdiode (DH1) angeordnet ist.
  2. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach Anspruch 1, wobei die Leistungstransistorstruktur eine Vielzahl von identisch aufgebauten Zellen umfasst, die im ersten Bereich (110) des Halbleiterkörpers (40) integriert und elektrisch parallel miteinander verbunden sind.
  3. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leistungsdiode (DH1) einen vertikalen pn-Übergang (18) aufweist.
  4. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Randabschlussstruktur eine Feldplatte (15), und/oder eine VLD-Randabschlussstruktur, und/oder eine JTE-Randabschlussstruktur, und/oder einen Feldring-Randabschlussstruktur und/oder eine vertikale Randabschlussstruktur, die jeweils benachbart zur ersten Oberfläche (101) angeordnet sind, umfasst.
  5. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Randabschlussstruktur eine erste Feldplatte (15 1), die mit der ersten Lastelektrode (10) der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) verbunden ist, umfasst, und/oder wobei die mindestens eine Randabschlussstruktur eine zweite Feldplatte (15 2), die mit der gemeinsamen Lastanschluss (13) verbunden ist, umfasst, und/oder wobei die mindestens eine Randabschlussstruktur eine dritte Feldplatte (15 3), die mit der ersten Lastelektrode (12) der Leistungsdiode (DH1) verbunden ist, umfasst.
  6. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach Anspruch 5, wobei die zweite Feldplatte (15 2) in der horizontalen Richtung zwischen der ersten Feldplatte (15 1) und der dritten Feldplatte (15 3) angeordnet ist.
  7. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die erste Feldplatte (15 1) und/oder die zweite Feldplatte (15 2) und/oder die dritte Feldplatte (15 3) von dem Halbleiterkörper (40) durch ein oder mehrere dielektrische Gebiete (9) getrennt ist.
  8. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) eine MOSFET-struktur oder eine IGBT-struktur ist.
  9. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) eine integrierte Freilaufdiode umfasst.
  10. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) ein erstes Halbleitergebiet (1a) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, ein zweites Halbleitergebiet (2) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, das einen ersten pn-Übergang (17) mit dem ersten Halbleitergebiet (1a) bildet und in ohmschen Kontakt mit dem ersten Lastanschluss (10) ist, und ein drittes Halbleitergebiet (3) vom ersten Leitfähigkeitstyp, das einen zweiten pn-Übergang mit dem zweiten Halbleitergebiet (2) bildet und in ohmschen Kontakt mit dem ersten Lastanschluss (10) ist, umfasst, und wobei die Leistungsdiode (DH1) ein Halbleitergebiet (1b, 1d, 5) vom ersten Leitfähigkeitstyp in ohmschem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss (12) der Leistungsdiode (DH1) umfasst.
  11. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der gemeinsame Anschluss (13) auf der zweiten Oberfläche (102) des Halbleiterkörpers (40) in ohmschen Kontakt mit einem vierten Halbleitergebiet (4, 4a, 4b) vom zweiten Leitfähigkeitstyp steht, das sich zumindest im zweiten Bereich (120) bis zu der zweiten Oberfläche (102) erstreckt.
  12. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach Anspruch 11, weiter umfassend ein sechstes Halbleitergebiet (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, das sich von der ersten Oberfläche (101) bis zu dem vierten Halbleitergebiet (4) erstreckt und in der horizontalen Richtung zwischen dem ersten Lastanschluss (10) der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) und dem ersten Lastanschluss (12) der Leistungsdiode (DH1) angeordnet ist.
  13. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach Anspruch 11, weiter umfassend ein isolierendes Gebiet (19), das sich von der ersten Oberfläche (101) zumindest bis nahe an das vierte Halbleitergebiet (4) erstreckt und in der horizontalen Richtung zwischen dem ersten Lastanschluss (10) der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) und dem ersten Lastanschluss (12) der Leistungsdiode (DH1) angeordnet ist.
  14. Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend mindestens eine weitere Randabschlussstruktur (15 4, 15 5, 9), die benachbart zur ersten Oberfläche (101) und in der horizontalen Richtung nicht zwischen dem ersten Lastanschluss (10) der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) und dem ersten Lastanschluss (12) der Leistungsdiode (DH1) angeordnet ist. Chopperschaltung (500, 501, 502) zur Ansteuerung einer Last (90, 90 1, 90 2, 90 3), umfassend: – einen ersten Spannungsanschluss (VL); – einen zweiten Spannungsanschluss (VH); – einen Anschluss für die Last (90, 90 1, 90 2, 90 3); und – ein monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anschluss für die Last (90, 90 1, 90 2, 90 3) niederohmig mit dem gemeinsamen Lastanschluss (13) verbunden ist, wobei der erste Spannungsanschluss niederohmig mit dem ersten Lastanschluss (10) der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) verbunden ist, und wobei der zweite Spannungsanschluss niederohmig mit dem ersten Lastanschluss (12) der Leistungsdiode (DH1) verbunden ist.
  15. Chopperschaltung (500, 501, 502) nach Anspruch 15, weiter umfassend: – einen Anschluss für eine weitere Last (90, 90 1, 90 2, 90 3); und – ein weiteres monolithisch integriertes Leistungshalbleiterbauelement (100–400) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Anschluss für die weitere Last (90, 90 1, 90 2, 90 3) mit dem gemeinsamen Lastanschluss (13) des weiteren monolithisch integrierten Leistungshalbleiterbauelements verbunden ist, wobei der erste Spannungsanschluss niederohmig mit dem ersten Lastanschluss (10) der Leistungsfeldeffekttransistorstruktur (TL1) des weiteren monolithisch integrierten Leistungshalbleiterbauelements verbunden ist, und wobei der zweite Spannungsanschluss mit dem ersten Lastanschluss (12) der Leistungsdiode (DH1) des weiteren monolithisch integrierten Leistungshalbleiterbauelements verbunden ist.
  16. Chopperschaltung (500, 501, 502) zur Ansteuerung einer Last (90, 90 1, 90 2, 90 3), umfassend: – einen ersten Spannungsanschluss (VL); – einen zweiten Spannungsanschluss (VH); – einen Anschluss für die Last (90); und – mindestens ein integriertes Halbleiterleistungsbauelement (100–400), umfassend: – einen gemeinsamen Lastanschluss (13), der niederohmig mit dem Anschluss für die Last (90) verbunden ist; – eine vertikale Diodenstruktur (DH1) umfassend ein an den gemeinsamen Lastanschluss (13) angrenzendes Anodengebiet (4) und einen Kathodenanschluss (12), der niederohmig mit dem zweiten Spannungsanschluss verbunden ist; und – eine vertikale MOSFET-struktur (TL1), umfassend ein an den gemeinsamen Lastanschluss (13) angrenzendes Draingebiet (1c) und ein Sourcegebiet (3), das niederohmig mit dem ersten Spannungsanschluss verbunden ist; – oder eine vertikale IGBT-struktur (TL1), umfassend ein an den gemeinsamen Lastanschluss (13) angrenzendes Kollektorgebiet (4) und ein Emittergebiet (3), das niederohmig mit dem ersten Spannungsanschluss verbunden ist.
  17. Chopperschaltung (500, 501, 502), nach Anspruch 17, wobei die vertikale IGBT-struktur eine integrierte Freilaufdiode umfasst.
  18. Chopperschaltung (500, 501, 502), nach Anspruch 17 oder 18, wobei das mindestens eine integrierte Halbleiterleistungsbauelement (100–400) eine Randabschlussstruktur umfasst, die zwischen der vertikalen Diodenstruktur (DH) und der vertikalen IGBT-struktur oder der vertikalen MOSFET-struktur (TL1) angeordnet ist.
  19. Verfahren zum Herstellen eines integrierten Halbleiterbauelements (100–400), umfassend: – Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (40) mit einer Oberseite (101) und einer gegenüberliegenden Unterseite (103), wobei der Halbleiterkörper (40) eine erste Halbleiterschicht (1) von einem ersten Leitfähigkeitstyp umfasst; – Ausbilden einer Feldeffektstruktur (TL1) und einer die Feldeffektstruktur (TL1) kontaktierenden ersten Lastelektrode (10) von der Oberseite (101) in einem ersten Bereich (110) des Halbleiterkörpers (40), wobei der Kanaltyp der Feldeffektstruktur dem ersten Leitfähigkeitstyp entspricht; – Ausbilden einer Kontaktstruktur zu der ersten Halbleiterschicht (1) von der Oberseite (101) in einem zweiten Bereich (120) des Halbleiterkörpers (40), wobei die Kontaktstruktur eine weitere Lastelektrode (12) umfasst; – Ausbilden mindestens einer Randabschlussstruktur zwischen der ersten Lastelektrode (10) und der weiteren Lastelektrode (12); – Dünnen des Halbleiterkörpers (40) an der Unterseite (103), um eine Rückseite (102) zu erzeugen; – Ausbilden mindestens eines vertikalen pn-Übergangs (18a, 18b) zumindest im zweiten Bereich (120); und, – Ausbilden einer gemeinsamen Lastelektrode (13) auf der Rückseite (102) im ersten Bereich (110) und im zweiten Bereich (120).
  20. Verfahren nach Anspruch 20, weiter umfassend Ausbilden eines mit einem Dielektrikumsgebiet (19) gefüllten oder ausgekleideten vertikalen Grabens (34), der sich von der Oberseite (101) in den Halbleiterkörper (40) erstreckt und in einem Grenzbereich zwischen dem ersten Bereich (110) und dem zweiten Bereich (120) angeordnet ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Dielektrikumsgebiet als Stopper beim Dünnen des Halbleiterkörpers (40) dient.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, weiter umfassend: – Ausbilden einer Feldstoppregion (1c) vom ersten Leitfähigkeitstyp, umfassend eine Selendiffusion durch die Rückseite (102) im ersten Bereich (110); und/oder – Ausbilden einer Feldstoppregion (1d) vom ersten Leitfähigkeitstyp, umfassend eine Selendiffusion durch die Oberseite (101) im zweiten Bereich (120); und/oder – Ausbilden einer Feldstoppregion (1c, 1d) vom ersten Leitfähigkeitstyp umfassend eine maskierte Implantation.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, weiter umfassend mindestens eine Bestrahlung des Halbleiterkörpers (40) im ersten Bereich (110) und/oder im zweiten Bereich (120) mit Protonen und/oder leichten Ionen von der Rückseite (102) her.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei das Ausbilden des mindestens einen vertikalen pn-Übergangs das Ausbilden eines Halbleitergebiets (4b) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, das sich zumindest im zweiten Bereich (120) bis zur Rückseite erstreckt (102) und eine erste maximale Dotierstoffkonzentration aufweist, umfasst, und/oder wobei das Ausbilden des mindestens einen vertikalen pn-Übergangs das Ausbilden eines weiteren Halbeleitergebiets (4a) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, das sich im ersten Bereich (110) bis zur Rückseite erstreckt (102) und eine zweite maximale Dotierstoffkonzentration aufweist, die niedriger als die erste maximale Dotierstoffkonzentration ist, umfasst.
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