DE102014106486A1

DE102014106486A1 - Integrierte Schaltung mit einer Klemmstruktur und Verfahren zum Einstellen einer Schwellenspannung eines Klemmtransistors

Info

Publication number: DE102014106486A1
Application number: DE102014106486.0A
Authority: DE
Inventors: Anton Mauder; Jens Barrenscheen
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-05-09
Also published as: US20150326217A1; US9490244B2; CN105097802A; CN105097802B; DE102014106486B4

Abstract

Eine integrierte Schaltung (100) umfasst einen Lasttransistor (102), der erste und zweite Lastanschlüsse und einen Laststeueranschluss aufweist. Die integrierte Schaltung (100) umfasst weiterhin eine Klemmstruktur (110). Die Klemmstruktur (110) umfasst einen Klemmtransistor (112), der erste und zweite Klemmtransistor-Lastanschlüsse und einen Gateanschluss aufweist. Der Klemmtransistor (112) ist elektrisch gekoppelt zwischen dem Laststeueranschluss und dem ersten Lastanschluss, und eine Klemmspannung des Lasttransistors (102) ist bestimmt durch eine Schwellenspannung Vth des Klemmtransistors (112).

Description

HINTERGRUND
In integrierten Schaltungen, die Schaltvorrichtungen wie Feldeffekttransistoren (FETs), Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), bipolare Junctiontransistoren bzw. Übergangtransistoren (BJTs), Junction-Feldeffekttransistoren (JFETs) und Zwischenverbindungen von Schaltvorrichtungen, wie Halbbrücken- oder Vollbrücken-Treiberschaltungen bzw. Ansteuerschaltungen aufweisen, können extreme Betriebsbedingungen bzw. Operationszustände, wie Überstrom, Überspannung oder Kurzschluss, während eines Ausschaltens auftreten. Solche extreme Betriebsbedingungen wie beispielsweise Hochspannungsspitzen können zu einer Vorrichtungszerstörung oder -fehlfunktion führen.
Es ist wünschenswert, die Robustheit von integrierten Schaltungen hinsichtlich extremen Betriebsbedingungen zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Aufgabe wird durch die Lehren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung umfasst diese einen Lasttransistor mit ersten und zweiten Lastanschlüssen und einem Laststeueranschluss. Die integrierte Schaltung umfasst weiterhin eine Klemmstruktur mit einem Klemmtransistor. Der Klemmtransistor umfasst erste und zweite Klemmtransistor-Lastanschlüsse und einen Steuergateanschluss. Der Klemmtransistor ist elektrisch zwischen dem Laststeueranschluss und dem ersten Lastanschluss gekoppelt, und eine Klemmspannung des Lasttransistors wird durch eine Schwellenspannung Vth des Klemmtransistors bestimmt.
Ein anderes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen einer Schwellenspannung Vth eines Klemmtransistors, der erste und zweite Klemmtransistor-Lastanschlüsse und einen Steuergateanschluss aufweist, wobei der Klemmtransistor elektrisch zwischen einem Laststeueranschluss und einem ersten Lastanschluss eines Lasttransistors gekoppelt ist und ein zwischen einer Ladungsspeicherstruktur und einem Halbleiterkörper angeordnetes Tunneldielektrikum und ein zwischen einer Steuergateelektrode und der Ladungsspeicherstruktur angeordnetes Gatedielektrikum aufweist. Das Verfahren umfasst ein Messen der Schwellenspannung des Klemmtransistors. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Einstellen der Schwellenspannung Vth des Klemmtransistors durch Ändern einer Ladung der Ladungsspeicherstruktur.
Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung der Erfindung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
1 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer integrierten Schaltung, die einen Lasttransistor und eine Klemmstruktur umfasst.
2 veranschaulicht einen Klemmtransistor mit einer Vielzahl von Klemmtransistorzellen C1, ..., Cn, die parallel verbunden sind.
3 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung mit einem Lasttransistor und einer Klemmstruktur veranschaulicht.
4 veranschaulicht ein Beispiel eines Teiles der Klemmstruktur 110 von 3 als eine Schnittdarstellung durch einen Halbleiterkörper.
5A bis 8 sind ein schematisches Schaltungsdiagramm, das verschiedene Ausführungsbeispiele einer integrierten Schaltung mit einem Lasttransistor und einer Klemmstruktur veranschaulicht.
9 ist ein schematisches Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Einstellens einer Schwellenspannung Vth eines Klemmtransistors veranschaulicht.
DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel dargestellt oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen einschließt. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
Die Ausdrücke ”haben”, ”enthalten”, ”umfassen”, ”aufweisen” und ähnliche Ausdrücke sind offene Ausdrücke, und die Ausdrücke geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen oder Merkmalen nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
Der Ausdruck ”elektrisch verbunden” beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Ausdruck ”elektrisch gekoppelt” schließt ein, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung geeignet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorhanden sein können, beispielsweise Elemente, die zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorsehen.
Die Zeichnungen veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von ”–” oder ”+” nächst zu dem Dotierungstyp ”n” oder ”p”. Beispielsweise bedeutet ”n^–” eine Dotierungskonzentration, die niedriger ist als die Dotierungskonzentration eines ”n”-Dotierungsbereiches, während ein Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein ”n”-Dotierungsbereich. Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene ”n”-Dotierungsbereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
In 1 ist ein Schaltungsdiagramm einer integrierten Schaltung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die integrierte Schaltung 100 umfasst einen Lasttransistor 102 mit ersten und zweiten Lastanschlüssen 103, 104 und einem Laststeueranschluss 105. Eine Klemmstruktur 110 der integrierten Schaltung 100 umfasst einen Klemmtransistor 112 mit ersten und zweiten Klemmtransistor-Lastanschlüssen 113, 114 und einem Klemmtransistor-Gateanschluss 115. Der Klemmtransistor 112 ist elektrisch zwischen dem Laststeueranschluss 105 und dem ersten Lastanschluss 103 gekoppelt, und eine Klemmspannung des Lasttransistors wird durch eine Schwellenspannung Vth des Klemmtransistors 112 bestimmt.
Die integrierte Schaltung kann weiterhin optionale Schaltungselemente 1201, ..., 1207 umfassen. Einige dieser Schaltungselemente 1201, ..., 1207 kann einen Teil der Klemmstruktur 110 bilden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Schaltungselement 1201 eine Diode, und der zweite Klemmtransistor-Lastanschluss 114 ist elektrisch mit dem Laststeueranschluss 105 über die Diode gekoppelt. Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Schaltungselement 1202 ein Widerstand, der elektrisch mit dem ersten Klemmtransistor-Lastanschluss 113 gekoppelt ist. Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Schaltungselement 1203 ein Widerstand, der elektrisch mit dem Klemmtransistor-Gateanschluss 115 gekoppelt ist. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfassen die Schaltungselemente 1204, 1205, 1206 Widerstände. Das Schaltungselement 1205 kann weiterhin beispielsweise eine Gatetreiberschaltung bzw. -ansteuerschaltung umfassen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Lasttransistor 102 ein Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGFET), wie beispielsweise ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Lasttransistor 102 ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT). Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Lasttransistor 102 ein bipolarer Junctiontransistor (BJT). Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Lasttransistor 102 ein Junction-Feldeffekttransistor (JFET).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Klemmstruktur 110 gestaltet, um eine Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss 103 und dem zweiten Lastanschluss 104 durch Einschalten des Klemmtransistors 112 über der Schwellenspannung Vth zwischen dem Klemmtransistor-Gateanschluss 115 und den zweiten Klemmtransistor-Lastanschlüssen 114 zu klemmen bzw. zu halten und somit das Potential an dem Laststeueranschluss 105 in einer Richtung des Einschaltens des Lasttransistors 102 zu ändern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel liegt die Schwellenspannung Vth zwischen 70% und 99% der Durchbruchspannung Vbr1 des Lasttransistors zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen 103, 104.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Durchbruchspannung Vbrc des Klemmtransistors 112 zwischen den ersten und zweiten Klemmtransistor-Lastanschlüssen 113, 114 bei einem abgeschalteten Gate größer als die Schwellenspannung Vth. Dadurch kann ein elektrischer Durchbruch zwischen den ersten und zweiten Klemmtransistor-Lastanschlüssen 113, 114, beispielsweise ein Avalanche- bzw. Lawinendurchbruch, aufgrund eines Ausschaltens des Klemmtransistors 112 vermieden werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Durchbruchspannung Vbrc des Klemmtransistors 112 zwischen den ersten und zweiten Klemmtransistor-Lastanschlüssen 113, 114 bei ausgeschaltetem bzw. abgeschaltetem Gate größer als 90% der Durchbruchspannung Vbr1 des Lasttransistors 102 zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen 103, 104. Gemäß einem Ausführungsbeispiel bezieht sich die Durchbruchspannung auf eine Nenndurchbruchspannung, wie diese in Produkt- oder Datenblättern angegeben ist. Die angegebene bzw. spezifizierte Durchbruchspannung kann leicht kleiner, beispielsweise um 10% bis 20%, als eine Spannung eines tatsächlichen elektrischen Durchbruchs sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Klemmtransistor 110 eine Steuergateelektrode, die elektrisch mit dem Klemmtransistor-Gateanschluss 115 und einer Ladungsspeicherstruktur zwischen der Steuergateelektrode und einem Halbleiterkörper verbunden ist. Ein Tunneldielektrikum kann zwischen der Ladungsspeicherstruktur und dem Halbleiterkörper angeordnet sein, und ein Gatedielektrikum kann zwischen der Steuergateelektrode und der Ladungsspeicherstruktur angeordnet sein. Eine Dicke des Tunneldielektrikums kann zwischen 3 nm und 15 nm liegen, und eine Dicke des Steuergatedielektrikums kann zwischen 150 nm und 30 um als Beispiel liegen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Ladungsspeicherstruktur eines aus einer floatenden bzw. potentialfreien Gateelektrode und einer Siliziumnitridschicht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Schwellenspannung Vth des Klemmtransistors größer als 30 V. Die Schwellenspannung Vth kann bezüglich eines Spannungssperr- bzw. -blockiererfordernisses des Lasttransistors 102 eingestellt werden und kann kleiner, beispielsweise um 2 bis 10% kleiner sein als die Spannungssperrfähigkeit, beispielsweise eine spezifizierte Rückwärtssperrspannung des Lasttransistors 102, beispielsweise um 2 bis 10% kleiner als 40 V oder um 2 bis 10% kleiner als 500 V oder um 2 bis 10% kleiner als 600 V oder um 2 bis 10% kleiner als 900 V oder um 2 bis 10% kleiner als 1200 V oder um 2 bis 10% kleiner als 1700 V oder um 2 bis 10% kleiner als 2500 V oder um 2 bis 10% kleiner als 3300 V oder um 2 bis 10% kleiner als 4500 V oder um 2 bis 10% kleiner als 6500 V als Beispiele.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Klemmtransistor 112 eine Randabschlussstruktur aus wenigstens einem aus Feldplatten, dotierten Ringstrukturen, einer Variation von lateralen Dotierungsstrukturen (VLD-Struktur), Übergangabschluss-Ausdehnungsstrukturen (JTE-Strukturen), Trenchstrukturen. Der Klemmtransistor und der Lasttransistor können einen gleichen Typ einer Randabschlussstruktur umfassen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Schaltungselement 1201 einen Sensorwiderstand, der elektrisch zwischen dem zweiten Klemmtransistor-Lastanschluss 114 und dem Laststeueranschluss 105 gekoppelt ist. Die integrierte Schaltung 100 kann weiterhin eine Stromsensorschaltung umfassen, die elektrisch mit dem Sensorwiderstand gekoppelt ist, wobei die Stromsensorschaltung gestaltet ist, um einen Strom durch den Sensorwiderstand zu detektieren bzw. zu erfassen.
Wie in einem Ausführungsbeispiel eines schematischen Schaltungsdiagramms von 2 gezeigt ist, umfasst der Klemmtransistor 112 eine Vielzahl von Klemmtransistorzellen C1, ..., Cn, n > 1, wobei jede der Klemmtransistorzellen C1, ..., Cn erste und zweite Klemmtransistorzell-Lastanschlüsse D1, ..., Dn, S1, Sn und einen Steuergatezellanschluss G1, ..., Gn umfasst. Die ersten Klemmtransistorzell-Lastanschlüsse D1, ..., Dn sind elektrisch beispielsweise durch eine leitende Struktur, wie z. B. eine Metallstruktur einschließlich beispielsweise Kontakten und Verdrahtungsleitungen, verbunden. Die zweiten Klemmtransistorzell-Lastanschlüsse S1, ..., Sn sind elektrisch beispielsweise durch eine leitende Struktur, wie z. B. eine Metallstruktur einschließlich Kontakten und Verdrahtungsleitungen als Beispiel verbunden. In gleicher Weise sind die Steuergatezellanschlüsse G1, ..., Gn elektrisch beispielsweise durch eine leitende Struktur, wie z. B. eine Metallstruktur einschließlich beispielsweise Kontakte und Verdrahtungsleitungen verbunden. Der Klemmtransistor kann durch eine Sequenz bzw. Folge von zwischenverbundenen bzw. untereinander verbundenen Klemmtransistorzellen gebildet sein.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind der Lasttransistor 102 und der Klemmtransistor 112 vertikale Transistoren, die einen Lastanschluss, beispielsweise Source oder Emitter, an einer ersten Seite eines Halbleiterkörpers und den anderen Lastanschluss, beispielsweise Drain oder Kollektor, an einer zweiten Seite des Halbleiterkörpers entgegengesetzt zu der ersten Seite umfassen. In einem vertikalen Transistor tritt ein Laststrom zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite auf. Beispielsweise können Klemmtransistorzellen des Klemmtransistors eine kontinuierliche Metallschicht oder einen Metallschichtstapel als einen Drainanschluss an der zweiten Seite, beispielsweise einer Rückseite des Halbleiterkörpers, teilen. An der ersten Seite, beispielsweise einer Front- bzw.
Vorderseite des Halbleiterkörpers, können Gate- und Sourceanschlüsse angeordnet sein. Die Transistorzellen, z. B. Transistorzellen C1, ..., Cn, können als Streifen, Segmente von Streifen, Kreise, Ellipsoide, Polygone, beispielsweise Quadrate, Rechtecke, Hexagone, Oktagone als Beispiele geformt sein.
Die anhand der 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiele erlauben ein genaues Spannungsklemmen bzw. -halten des Lasttransistors 102. Eine Spannungserfassung bzw. -detektion durch Potentialteiler und/oder Zenerdiodenketten und ein unerwünschtes Auftreffen durch Quer- oder Kreuzströme, Fluktuationen einer Durchbruchspannung von Zenerdiodenketten, verursacht durch Prozessfluktuationen oder Temperatur, können reduziert oder vermieden werden, da eine Klemmfunktionalität durch Einschalten des Klemmtransistors ausgelöst wird.
Das in 3 dargestellte schematische Schaltungsdiagramm bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung 1001. Die integrierte Schaltung 1001 umfasst einen n-Typ-Kanal-Last-FET 1021, der ein Beispiel des in 1 gezeigten Lasttransistors 102 ist. Der n-Typ-Kanal-Last-FET 1021 umfasst einen Last-FET-Drainanschluss 1031, einen Last-FET-Sourceanschluss 1041 und einen Last-FET-Gateanschluss 1051, die Beispiele für die ersten und zweiten Lastanschlüsse 103, 104 und den Laststeueranschluss 105 des in 1 dargestellten Lasttransistors 102 sind.
Die Klemmstruktur 110 der integrierten Schaltung 1001 umfasst einen n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121, der ein Beispiel des in 1 gezeigten Klemmtransistors 112 ist. Der n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121 umfasst einen Klemm-FET-Drainanschluss 1131, einen Klemm-FET-Sourceanschluss 1141 und einen Klemm-FET-Gateanschluss 1151, die Beispiele der ersten und zweiten Klemmtransistor-Lastanschlüsse 113, 114 und des Klemmtransistor-Gateanschlusses 115, dargestellt in 1, sind. Der n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121 umfasst eine einstellbare Schwellenspannung Vthc. Die Schwellenspannung Vthc ist größer als 30 V und kann bezüglich des Spannungssperrerfordernisses des n-Typ-Kanal-Last-FET 1021 eingestellt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Schwellenspannung Vthc während beispielsweise eines Produktionstests eingestellt werden. Die Klemmstruktur 110 umfasst weiterhin einen Widerstand 130 und eine Diode 131. Der Widerstand 130, der n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121 und die Diode 131 sind elektrisch in Reihe verbunden. Eine monolithische Integration des Widerstandes 130, des n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121 und der Diode 131 erlaubt eine Reduktion des Flächenerfordernisses einer gedruckten Schaltungsplatte (PCB) sowie eine Reduktion einer Ausfall- bzw. Fehlerwahrscheinlichkeit aufgrund schwacher elektrischer Verbindungen, wie beispielsweise kalter Lotverbindungen bzw. -punkte.
Wenn eine Spannung zwischen dem Klemm-FET-Gateanschluss 1151 und dem Klemm-FET-Sourceanschluss 1141 die Schwellenspannung Vthc überschreitet, beispielsweise beim Auftreten einer Überspannung bzw. von Überspannungen, wird der n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121 eingeschaltet und klemmt bzw. hält eine Spannung zwischen dem Last-FET-Drainanschluss 1131 und dem Last-FET-Sourceanschluss 1141 über bzw. via ein Einschalten des Last-FET-Gates 1051. Der Widerstand 130 wirkt als ein Strombegrenzungselement. Eine Kanalbreite des n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121 kann klein genug gewählt werden, um einen niedrigen Kurzschlussstrompegel einzustellen. Der Widerstand 130 ist ein Beispiel für das in 1 dargestellte Schaltungselement 1202. Die Diode D verhindert eine Entladung des Last-FET-Gateanschlusses 1051 in einem Ein-Zustand des n-Typ-Kanal-Last-FET 1021. In dem Ein-Zustand kann eine Spannung an dem Last-FET-Gateanschluss 1051 größer sein als eine Spannung an dem Last-FET-Drainanschluss 1031. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel veranschaulicht der n-Typ-Kanal-Last-FET 1021 ein Beispiel des Lasttransistors 102 von 1. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann der Lasttransistor 102 ein BJT, ein IGBT oder ein JFET 20 sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Lasttransistor 102 ein Leistungstransistor, der Ströme größer als 2 A in einem Ein-Zustand-Transistormodus leitet.
Die Klemmstruktur 110 kann elektrisch mit einem Knoten 132 an einer Seite eines ersten Gatewiderstands 1330, ausgerichtet zu dem n-Typ-Kanal-Last-FET 1121, gekoppelt sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein gesamter Gatewiderstand in eine Vielzahl von Gatewiderständen, z. B. den ersten Gatewiderstand 1330 und einen optionalen zweiten Gatewiderstand 1331, aufgespalten sein. Dies erlaubt eine Einrichtung bzw. Implementierung einer Tiefpassfilterfunktion, die den Knoten 132 zwischen den ersten und zweiten Gatewiderständen 1330, 1331 hat.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Durchbruchspannung Vbds des n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1112 zwischen dem Klemm-FET-Drainanschluss 1131 und dem Klemm-FET-Sourceanschluss 1141 bei einem abgeschalteten Klemm-FET-Gateanschluss 1151 größer als die Schwellenspannung Vthc. Bei ansteigenden Spannungen zwischen dem Klemm-FET-Gateanschluss 1151 und dem Klemm-FET-Sourceanschluss 1141 dreht bzw. schaltet sich der n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121 in einen leitenden Modus durch Überschreiten der Schwellenspannung Vthc, wodurch ein unerwünschter Avalanche-Durchbruch zwischen dem Klemm-FET-Drainanschluss 1131 und dem Klemm-FET-Sourceanschluss 1141 vermieden wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Durchbruchspannung Vbdc des n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121 zwischen dem Klemm-FET-Drainanschluss 1131 und dem Klemm-FET-Sourceanschluss 1141 bei ausgeschaltetem Klemm-FET-Gateanschluss 1151 größer als 90% der Durchbruchspannung Vbdc des n-Typ-Kanal-Last-FET 1021 zwischen dem Last-FET-Drainanschluss 1031 und dem Last-FET-Sourceanschluss 1041.
Die integrierte Schaltung 1001 kann weiterhin eine Gatetreiber- bzw. ansteuerschaltung 134 und eine Lasttransistor-Gate-Schutzschaltung 135 umfassen.
4 veranschaulicht eine schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterkörpers 202, der eine erste Oberfläche 204 und eine zweite Oberfläche 205 parallel zu der ersten Oberfläche 204 hat. Der Halbleiterkörper 202 kann ein einkristalliner Halbleiterkörper aus beispielsweise Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Germanium (Ge), Silizium-Germanium (SiGe), Galliumnitrid (GaN) oder Galliumarsenid (GaAs) sein. Ein Abstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 204, 205 kann in einem Bereich von einigen zehn Mikrometern bis einigen hundert Mikrometern abhängig von beispielsweise einem Sperrspannungserfordernis des Lasttransistors 102 sein. Eine normale bzw. senkrechte Richtung zu den ersten und zweiten Oberflächen 204, 205 definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen senkrecht zu der vertikalen Richtung sind laterale Richtungen.
Die Schnittdarstellung von 4 veranschaulicht ein Beispiel eines Teiles der Klemmstruktur 110 von 3. Das Beispiel eines Teiles des n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121 von 3 ist als ein n-Typ-Kanal-Klemm-FET-Teil 2121 veranschaulicht. In einem Zellgebiet 240 umfasst der Halbleiterkörper 202 p-Typ-Bodybereiche 241, die an die erste Oberfläche 204 angrenzen. Der Halbleiterkörper 202 umfasst weiterhin n⁺-Typ-Sourcebereiche 242 und p⁺-Typ-Bodykontaktbereiche 243. Elektrische Kontakte 244 sind elektrisch mit den n⁺-Typ-Sourcebereichen 242 gekoppelt und weiterhin elektrisch mit den p-Typ-Bodybereichen 241 über die p⁺-Typ-Bodykontaktbereiche 243 gekoppelt. Die elektrischen Kontakte 244 sind elektrisch mit einer Verdrahtung 254 verbunden, die beispielsweise Teil einer gemusterten bzw. strukturierten Metallisierungsschicht ist.
Eine Steuergateelektrode 245 ist elektrisch von dem Halbleiterkörper 202 durch eine dielektrische Struktur 246 isoliert. Die dielektrische Struktur 246 umfasst ein Tunneldielektrikum 247 und ein Gatedielektrikum 248. Das Tunneldielektrikum 247 ist zwischen einer Ladungsspeicherstruktur 249 und dem Halbleiterkörper 202 angeordnet, und das Gatedielektrikum 248 ist zwischen der Steuergateelektrode 245 und der Ladungsspeicherstruktur 249 angeordnet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Ladungsspeicherstruktur 249 eine Siliziumnitridschicht. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Ladungsspeicherstruktur 249 eine floatende bzw. potentialfreie Gateelektrode, beispielsweise eine floatende Gateelektrode aus Polysilizium. Gemäß einem Ausführungsbeispiel liegt eine Dicke des Tunneldielektrikums 247 in einem Bereich zwischen 3 Nanometer und 15 Nanometer im Falle eines thermisch gewachsenen Oxides, und eine Dicke des Gatedielektrikums 248 liegt in einem Bereich zwischen 150 Nanometer und 30 Mikrometer. Die Dicke des Gatedielektrikums kann in geeigneter Weise hinsichtlich einer maximalen Sperrspannung in einem Betriebsmodus eingestellt werden. Ein Kanalbereich 250 ist in dem p-Typ-Bodybereich 241 an der ersten Oberfläche 204 gegenüber zu der Ladungsspeicherstruktur 249 gelegen. Ein n^–-Typ-Driftbereich 251 ist zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 204, 205 in dem Halbleiterkörper 202 gelegen. Der n^–-Typ-Driftbereich 251 ist elektrisch mit einer Drainelektrode 252 an der zweiten Oberfläche 205 durch einen n⁺-Typ-Drainbereich 253 gekoppelt. Eine Dotierungskonzentration des n^–-Typ-Driftbereiches 251 kann einer Grund- bzw. Basisdotierungskonzentration eines Substratmaterials, beispielsweise eines Wafers, oder beispielsweise einer Dotierungskonzentration einer auf einem Substrat gebildeten Halbleiterschicht entsprechen.
In einem eingeschalteten bzw. Ein-Zustand des n-Typ-Kanal-Klemm-FET-Teiles 2121 fließt ein Strom zwischen den n⁺-Typ-Sourcebereichen 242 und dem n⁺-Typ-Draitbereich 253 durch den Kanalbereich 250 und den n^–Typ-Driftbereich 251. In dem n-Typ-Kanal-Klemm-FET-Teil 2121 ist der in 3 dargestellte Widerstand 130 durch einen Pfadwiderstand des n^–-Typ-Driftbereiches 251 bestimmt. Ein Widerstandswert des Widerstandes kann durch eine Anzahl von Klemmtransistorzellen, einen spezifischen Widerstand und Abmessungen, wie beispielsweise die Dicke des n^–-Typ-Driftbereiches 251, bestimmt werden.
Das Zellgebiet 240 ist ganz oder wenigstens teilweise durch eine Randabschlussstruktur 255 in einem Randabschlussgebiet 256 umgeben, das das Zellgebiet 240 umgibt oder wenigstens teilweise umgibt. Die Randabschlussstruktur 255 kann wenigstens eines umfassen aus Feldplatten, dotierten Ringstrukturen, Variation bzw. Veränderung von lateralen Dotierungsstrukturen, Übergang- bzw. Junctionabschluss-Ausdehnungsstrukturen und Trenchstrukturen als Beispiele.
Die n⁺-Typ-Sourcebereiche 242 sind elektrisch mit einer pn-Übergangsdiode 231 über die elektrischen Kontakte 244, die Verdrahtung 254 und einen Kontakt 259 verbunden. Die pn-Übergangsdiode umfasst einen p⁺-Typ-Anodenkontaktbereich 261, einen p-Typ-Anodenbereich 262 und einen n⁺-Typ-Kathodenbereich 263. Beispielsweise können der n⁺-Typ-Kathodenbereich 263 und die n⁺-Typ-Sourcebereiche 242 zusammen prozessiert bzw. verarbeitet werden. In ähnlicher Weise können der p-Typ-Anodenbereich 262 und die p-Typ-Bodybereiche 241 zusammen prozessiert bzw. verarbeitet werden. In ähnlicher Weise können der p⁺-Typ-Anodenkontaktbereich 261 und der p⁺-Typ-Bodykontaktbereich 243 zusammen bzw. gemeinsam prozessiert bzw. verarbeitet werden. Halbleiterbereiche, die zusammen prozessiert sind, umfassen beispielsweise die gleichen vertikalen Abmessungen bzw. Dimensionen und Dotierstoffprofile. Bestimmte oder getrennte Sourcebereiche 242 und p-Typ-Bodybereiche 241 können durch eine Verdrahtung 258 kurzgeschlossen sein. Die Verdrahtungen 254, 258 können beispielsweise Teile einer gemusterten bzw. strukturierten Metallisierungsschicht oder eines gemusterten bzw. strukturierten Schichtstapels sein.
In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Diode 131 von 3 als die pn-Übergangsdiode 231 gebildet. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Diode 131 eine Schottky-Diode sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann eine Reihenverbindung von Schottky- und/oder pn-Übergangsdioden verwendet werden. Die Spannungssperrfähigkeit der Diode(n) kann hinsichtlich einer maximalen Spannung an dem Last-FET-Gateanschluss 1051 eingestellt werden.
Nach Bilden der Klemmstruktur 110, wie in der schematischen Schnittdarstellung von 4 veranschaulicht, kann die Schwellenspannung Vthc des n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121 eingestellt werden durch Messen der Schwellenspannung Vthc und danach Ändern einer Ladung der Ladungsspeicherstruktur 249, indem Elektronen erlaubt wird, durch das Tunneldielektrikum 247 zwischen der Ladungsspeicherstruktur 249 und dem Halbleiterkörper 202 beispielsweise durch Anlegen einer Spannung an die Steuergateelektrode 245 zu tunneln. Durch Wiederholen der Sequenz eines Messens der Schwellenspannung Vthc und Ändern der Ladung der Ladungsspeicherstruktur 249 durch Elektronentunneln durch das Tunneldielektrikum 247 können gewünschte Werte der Schwellenspannung Vthc eingestellt werden.
Die Funktionalität der Klemmstruktur 110 wird selbst in einem Fall eines Ausfalles einer Treiber- bzw. Ansteuerschaltung, wie beispielsweise eines Gesamtausfalles einer Hilfsstrom- bzw. -leistungsversorgung beibehalten.
Weitere Ausführungsbeispiele, die auf der in 3 veranschaulichten Klemmstruktur 110 beruhen, sind unten beschrieben.
Eine integrierte Schaltung 1002, die in dem schematischen Schaltungsdiagramm von 5A veranschaulicht ist, umfasst einen Sensorwiderstand 137, der elektrisch zwischen dem Klemm-FET-Sourceanschluss 1141 und dem Last-FET-Gateanschluss 1051 gekoppelt ist. Ein Spannungsabfall über dem Sensortransistor 137 wird durch eine Stromsensorschaltung erfasst, die Teil der Gatetreiberschaltung 134 ist.
In einem Ein-Zustand des n-Typ-Kanal-Klemm-FET 1121 überschreitet eine Spannung an einem Eingang E der Gatetreiberschaltung 134 eine Spannung an einem Ausgang G der Gateansteuerschaltung G selbst ohne Einleitung eines Ausschaltprozesses des n-Typ-Kanal-Last-FET 1021. Durch Erfassen bzw. Abtasten des Spannungsabfalles über dem Sensorwiderstand 137 mittels der bzw. über die Eingangsanschlüsse E, E' der Gatetreiberschaltung 134 kann ein Einschalten der Klemmstruktur 110 unabhängig von einer Spannung an dem Ausgang G der Gatetreiberschaltung 134 bestimmt werden. Die Eingangsanschlüsse E, E' können elektrisch gegenüber unzulässigen Spannungen hinsichtlich eines Referenzpotentials, wie beispielsweise Masse (GND), durch (eine) Diode(n), wie z. B. (eine) Zener-Diode(n) geschützt werden.
Eine Erfassung eines Spannungsklemmens bzw. -haltens durch die Klemmstruktur 110 kann Maßnahmen durch die Gatetreiberschaltung 134 einleiten. Beispielsweise kann ein Einschalten des n-Typ-Kanal-Last-FET 1021 oder eine kurze Unterbrechung eines Lasttransistor-Ausschaltprozesses eingeleitet werden, so dass eine Ladung der Klemmstruktur 110 zu dem Last-FET-Gateanschluss 1051 übertragen werden kann. Wenn ein Stromfluss durch den Sensorwiderstand 137 endet, nimmt ein Spannungsabfall über dem mittels Eingangsanschlüssen E, E' abgegriffenen Widerstand 137 ab, und der Ab- bzw. Ausschaltprozess kann fortgesetzt oder erneut gestartet werden. Nach einem Fehler bzw. Ausfall kann der Ausschaltprozess aufgrund anderer Parameter, wie beispielsweise eines geringeren Gatetreiberstromes, ausgeführt werden. In dem in 5A dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Sensorwiderstand 137 und der Eingangsanschluss E' optional.
In dem in 5B dargestellten Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung 1003 ist ein Klemm-FET-Gatewiderstand 1331 elektrisch mit dem Klemm-FET-Gateanschluss 1151 gekoppelt. Der Klemm-FET-Gatewiderstand 1331 und eine Eingangskapazität des Klemm-FET 1121 haben eine Tiefpassfilterfunktion, die kurzzeitige Störungen unterdrücken kann. Wenn die Spannung zwischen dem Klemm-FET-Gateanschluss 1151 und dem zweiten Klemm-FET-Lastanschluss 1141 die Schwellenspannung Vthc für eine durch das Tiefpassfilter bestimmte Zeitdauer überschreitet, wird der Klemm- bzw. Halteprozess aktiviert. Die Schaltungsfunktionalität kann durch geeignetes Einstellen eines Widerstandswertes des Klemm-FET-Gatewiderstandes 1331 optimiert werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung 1004, die eine Rückkopplung des Klemmprozesses zu der Gatetreiberschaltung 134 vorsieht, ist in dem schematischen Schaltungsdiagramm von 6 dargestellt. Die integrierte Schaltung 1004 umfasst einen Last-IGBT 2021, der einen Last-IGBT-Kollektoranschluss 2031, einen Last-IGBT-Emitteranschluss 2041 und einen Last-IGBT-Gateanschluss 2051 aufweist. Die integrierte Schaltung 1004 umfasst weiterhin einen n-Typ-Kanal-Sensor-FET 2521 mit einem Sensor-FET-Drainanschluss 2531, einem Sensor-FET-Sourceanschluss 2541 und einem Sensor-FET-Gateanschluss 2551. Der Sensor-FET-Sourceanschluss 2541 ist elektrisch mit dem Eingangsanschluss E der Gatetreiberschaltung 134 gekoppelt. Der Eingangsanschluss E kann elektrisch gegenüber unzulässigen Spannungen bezüglich eines Referenzpotentials, wie beispielsweise Masse (GND), durch (eine) Diode(n), wie beispielsweise (eine) Zener-Diode(n) geschützt werden. Im Falle einer hohen Impedanz bzw. Hochimpedanz an dem Eingangsanschluss E kann auf eine Diode 138 verzichtet werden. Wenn ein Hochziehwiderstand 139 elektrisch mit einem Referenzspannungspegel Vcc gekoppelt ist, kann eine Serienverbindung der Diode 138 und des Sensor-FET 2521 erforderlich sein. Ein Widerstand 140 und die Eingangskapazität des Eingangsanschlusses E wirken als ein Tiefpassfilter, das ein Filtern von kurzen flüchtigen Vorgängen erlaubt, die an dem Eingangsanschluss E während eines normalen Betriebsmodus aufgrund von Spannungsänderungen an dem Sensor-FET 2521 und der Kapazität des Sensor-FET 2521 auftreten können. Ein weiterer Transistor und eine weitere Tiefpassfilterkapazität können vorgesehen sein, um die Empfindlichkeit der Schaltungsanordnung einzustellen. Die verschiedene elektrische Kopplung des Sensor-FET-Sourceanschlusses 2541 und des Klemm-FET-Sourceanschlusses 1141 liefert den Vorteil, dass bei einem Ausschalten des Last-IGBT 2021 der Eingangsanschluss E ein Signal empfängt, bevor eine Änderung in der Gatespannung des Last-IGBT 2021 auftritt. Die Gatetreiberschaltung 134 kann so in einem Modus betrieben werden, der den Klemm- bzw. Halteprozess stützt, z. B. einem aktiven Einschalten oder einer Widerstandssteigerung.
Wenn zu einer negativen Spannung an Gate des Last-IGBT 2021 ausgeschaltet wird, kann sich der Eingangsanschluss E auf die negative Spannung beim Ausschalten beziehen, um eine gleiche Schwellenspannung beizubehalten.
Der Sensor-FET 2521 und der Klemm-FET 2021 können ein ähnliches Design und Zelllayout haben und können sich beispielsweise hinsichtlich der Anzahl der FET-Zellen unterscheiden. Die FETs 2521, 2021 können auf verschiedene Schwellenspannungen eingestellt sein, um dadurch eine gewünschte Sequenz von Signalen an dem Eingangsanschluss E und am Gate des Lasttransistors zu erzielen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung 1005, das eine Rückkopplung des Klemm- bzw. Halteprozesses zu der Gatetreiberschaltung 134 vorsieht, ist in dem schematischen Schaltungsdiagramm von 7 dargestellt. Ein Klemmen bzw. Halten einer Spannung an dem Eingangsanschluss E und somit ein Schutz des Eingangsanschlusses E vor unbeabsichtigten Hochspannungen tritt über eine Diode 141 auf, die elektrisch mit dem Referenzspannungspegel Vcc gekoppelt ist. Dadurch kann ein elektrischer Durchbruch der Dioden, wie z. B. Zener-Dioden, vermieden werden. Die Diode 138 ist optional. Eine zusätzliche Klemmdiode, die zwischen dem Klemm-FET-Sourceanschluss 1141 und dem Referenzspannungspegel Vcc oder Masse (GND) gekoppelt ist, kann angeordnet werden.
Ein anderes Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung 1006, die eine Rückkopplung des Klemm- bzw. Halteprozesses zu der Gatetreiberschaltung 134 vorsieht, ist in dem schematischen Schaltungsdiagramm von 8 veranschaulicht. Die integrierte Schaltung 1006 erlaubt ein Vermeiden von Überspannungen an dem Gate des n-Typ-Kanal-Last-FET 1021.
Der Lasttransistor, der in irgendeinem der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben ist, kann beispielsweise ein FET, ein BJT, ein IGBT oder ein JFET sein. Der Lasttransistor kann ein Leistungstransistor sein, der Ströme größer als 2 A in einem Ein-Zustand-Transistormodus leitet.
Das schematische Prozessdiagramm von 9 bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel zum Einstellen einer Schwellenspannung Vth eines Klemmtransistors, wobei der Klemmtransistor erste und zweite Klemmtransistor-Lastanschlüsse und einen Steuergateanschluss aufweist. Der Klemmtransistor ist elektrisch zwischen einem Laststeueranschluss und einem ersten Lastanschluss eines Lasttransistors gekoppelt und umfasst ein Tunneldielektrikum, das zwischen einer Ladungsspeicherstruktur und einem Halbleiterkörper angeordnet ist, sowie ein Gatedielektrikum, das zwischen einer Steuergateelektrode und der Ladungsspeicherstruktur angeordnet ist.
Ein Prozessmerkmal S100 umfasst ein Messen der Schwellenspannung des Klemmtransistors.
Ein Prozessmerkmal S110 umfasst ein Einstellen der Schwellenspannung Vth des Klemmtransistors durch Ändern einer Ladung der Ladungsspeicherstruktur.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vor dem Prozessmerkmal S100 eine Steuergatestruktur des Klemmtransistors mit einem zwischen einer Steuergateelektrode und der Ladungsspeicherstruktur angeordneten Gatedielektrikum gebildet.
Die Folge bzw. Sequenz der Prozessmerkmale S100, S110 kann wiederholt werden, bis eine gewünschte Schwellenspannung des Klemmtransistors in geeigneter Weise eingestellt wurde, beispielsweise bis die Schwellenspannung innerhalb eines gewünschten Spannungsbereiches liegt.
Die Ladung der Ladungsspeicherstruktur kann geändert werden, indem es Elektronen erlaubt wird, durch das Tunneldielektrikum zwischen der Ladungsspeicherstruktur und dem Halbleiterkörper zu tunneln, indem beispielsweise eine Spannung an die Steuergateelektrode angelegt oder ein geeigneter Satz von Spannungen an die Anschlüsse des Klemmtransistors, wie beispielsweise Gate, Source und Drain gelegt wird, die es erlauben, die Gatespeicherstruktur zu laden oder zu entladen.
Absolute Werte der Spannung an der Steuergateelektrode während eines Einstellens der Schwellenspannung überschreiten typischerweise einen absoluten Wert einer Sperrspannung des Klemmtransistors beispielsweise um mehr als 20%, 50% oder sogar mehr als 100%.
Eine Spannung an der Steuergateelektrode während eines Einstellens der Schwellenspannung des Klemmtransistors kann für eine Zeitdauer kürzer als 10 ms, 1 ms oder 0,1 ms angelegt werden.
Die Änderung der Schwellenspannung des Klemmtransistors während einer Sequenz eines Prozessschrittes 110 ist bestimmt durch den Wert und die Zeitdauer der Spannung, die an der Steuergateelektrode während eines Einstellens der Schwellenspannung anliegt.
Während eines Anlegens der Spannung an die Steuergateelektrode des Klemmtransistors kann die durch die p-Typ-Bodybereiche 241 und den n^–-Typ-Driftbereich 251 gebildete pn-Diode in einem Vorwärts- bzw. Durchlassmodus betrieben werden, d. h., eine positive Spannung kann an p-dotierte Halbleiterbereiche angelegt werden, und eine negative Spannung kann an n-dotierte Halbleiterbereiche angelegt werden, um einen Vorwärts- bzw. Durchlassstrom eines gewünschten Wertes zu erzielen.
Die Prozessmerkmale S100 und S110 können in der Prozesssequenz eines Herstellens des Klemmtransistors auf Waferniveau durchgeführt werden, d. h., wenn die Einzelchips des Klemmtransistors noch nicht vereinzelt sind und/oder nach Vereinzelung und Verpacken bzw. Zusammenstellen der Klemmtransistorchips.
Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims

Integrierte Schaltung (100), umfassend: einen Lasttransistor (102) einschließlich erster und zweiter Lastanschlüsse und eines Laststeueranschlusses, eine Klemmstruktur (110) mit einem Klemmtransistor (112), der erste und zweite Klemmtransistor-Lastanschlüsse und einen Steuergateanschluss aufweist, wobei der Klemmtransistor (112) elektrisch zwischen dem Laststeueranschluss und dem ersten Lastanschluss gekoppelt ist und eine Klemm- bzw. Haltespannung des Lasttransistors (102) bestimmt ist durch eine Schwellenspannung Vth des Klemmtransistors (112).
Integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 1, bei der die Klemmstruktur (110) gestaltet ist, um eine Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss durch Einschalten des Klemmtransistors (112) über der Schwellenspannung zu klemmen bzw. zu halten.
Integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Schwellenspannung zwischen 70% und 99% einer Durchbruchspannung des Lasttransistors (102) zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen beträgt.
Integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der zweite Klemmtransistor-Lastanschluss elektrisch mit dem Laststeueranschluss über eine dazwischenliegende Diode (131) gekoppelt ist.
Integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 4, bei der der erste Klemmtransistor-Lastanschluss elektrisch mit dem Steuergateanschluss über einen dazwischenliegenden Widerstand (130) gekoppelt ist.
Integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 5, bei der der Lasttransistor (102), der Klemmtransistor (112), die dazwischenliegende Diode (131) und der dazwischenliegende Widerstand (130) monolithisch integriert sind.
Integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 4, weiterhin umfassend einen Laststeuerwiderstand (1331), der elektrisch zwischen der dazwischenliegenden Diode (131) und dem Laststeueranschluss gekoppelt ist.
Integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine Durchbruchspannung des Klemmtransistors (112) zwischen den ersten und zweiten Klemmtransistor-Lastanschlüssen bei einem ausgeschalteten Gate größer ist als die Schwellenspannung Vth.
Integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine Durchbruchspannung des Klemmtransistors (112) zwischen den ersten und zweiten Klemmtransistor-Lastanschlüssen bei ausgeschaltetem Steuergate größer ist als 90% einer Durchbruchspannung des Lasttransistors (102) zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen.
Integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Klemmtransistor (112) eine Steuergateelektrode (245), die elektrisch mit dem Steuergateanschluss verbunden ist, und eine Ladungsspeicherstruktur (249) zwischen der Steuergateelektrode und einem Halbleiterkörper aufweist.
Integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 10, bei der ein Tunneldielektrikum (247) zwischen der Ladungsspeicherstruktur (249) und dem Halbleiterkörper angeordnet ist, und bei der ein Gatedielektrikum (248) zwischen der Steuergateelektrode (245) und der Ladungsspeicherstruktur (249) angeordnet ist.
Integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 11, bei der eine Dicke des Tunneldielektrikums (247) zwischen 3 nm und 15 nm liegt, und bei der eine Dicke des Gatedielektrikums (248) zwischen 150 nm und 30 μm liegt.
Integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 10, bei der die Ladungsspeicherstruktur (249) eines aus einer floatenden bzw. potentialfreien Gateelektrode und einer Siliziumnitridschicht ist.
Integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 10, bei der die Schwellenspannung Vth des Klemmtransistors (112) größer als 30 V ist.
Integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Klemmtransistor (112) eine Vielzahl von Klemmtransistorzellen aufweist, wobei jede Klemmtransistorzelle erste und zweite Klemmtransistor-Zell-Lastanschlüsse und einen Steuergate-Zellanschluss umfasst, die ersten Klemmtransistor-Zellanschlüsse elektrisch verbunden sind, die zweiten Klemmtransistor-Zellanschlüsse elektrisch verbunden sind und die Steuergate-Zellanschlüsse elektrisch verbunden sind.
Integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Klemmtransistor (112) eine Randabschlussstruktur aus wenigstens einem aus Feldplatten, dotierten Ringstrukturen, Veränderung von lateralen Dotierungsstrukturen, Übergangabschluss-Ausdehnungsstrukturen, Trench- bzw. Grabenstrukturen umfasst.
Integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 11, bei der der Klemmtransistor (112) und der Lasttransistor (102) einen gleichen Typ einer Randabschlussstruktur umfassen.
Integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Sensorwiderstand (137), der elektrisch zwischen dem zweiten Klemmtransistor-Lastanschluss und dem Laststeueranschluss gekoppelt ist, und weiterhin umfassend eine Stromsensorschaltung, die elektrisch mit dem Stromsensorwiderstand gekoppelt ist, wobei die Stromsensorschaltung gestaltet ist, um einen Strom durch den Sensorwiderstand (137) zu erfassen.
Integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Lasttransistor (102) und der Klemmtransistor (112) vertikale Transistoren sind, die einen Lastanschluss an einer ersten Seite eines Halbleiterkörpers und den anderen Lastanschluss an einer zweiten Seite des Halbleiterkörpers entgegengesetzt zu der ersten Seite aufweisen.
Integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Lasttransistor ein Leistungstransistor ist, der einen Strom größer als 2 A in einem Ein-Zustand-Transistormodus leitet.
Verfahren zum Einstellen einer Schwellenspannung Vth eines Klemmtransistors, der erste und zweite Klemmtransistor-Lastanschlüsse und einen Steuergateanschluss aufweist, wobei der Klemmtransistor elektrisch gekoppelt ist zwischen einem Laststeueranschluss und einem ersten Lastanschluss eines Lasttransistors und ein zwischen einer Ladungsspeicherstruktur und einem Halbleiterkörper angeordnetes Tunneldielektrikum sowie ein zwischen einer Steuergateelektrode und der Ladungsspeicherstruktur angeordnetes Gatedielektrikum aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Messen der Schwellenspannung des Klemmtransistors, und Einstellen der Schwellenspannung Vth des Klemmtransistors durch Ändern einer Ladung der Ladungsspeicherstruktur.
Verfahren nach Anspruch 21, weiterhin umfassend vor einem Messen der Schwellenspannung Bilden des Tunneldielektrikums, der Ladungsspeicherstruktur, des Gatedielektrikums und der Steuergateelektrode.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die Schwellenspannung Vth auf einen Wert größer als 30 V eingestellt wird.