DE102014110442A1 - Halbleitervorrichtung mit einer Steuerschaltung - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung umfasste einen Halbleiterteil (100) mit einem Haupt-FET (T1) und einer Steuerschaltung (520). Der Haupt-FET (T1) umfasst eine Gateelektrode (Ga), um einen Stromfluss durch eine Bodyzone (115) zwischen einer Sourcezone (110) und einer Driftzone (121) zu steuern. Die Steuerschaltung (520) empfängt ein lokales Driftzonenpotential von der Haupt-FET-Zelle und liefert ein Ausgangssignal, das anzeigt, wenn das lokale Driftzonenpotential eine voreingestellte Schwelle überschreitet. Die Steuerschaltung (520) kann den Haupt-FET herunterdrehen oder abschalten und/oder ein Überstrom-Anzeigesignal ausgeben, wenn das lokale Driftzonenpotential die voreingestellte Schwelle überschreitet.

Description

  • HINTERGRUND
  • Halbleitervorrichtungen, beispielsweise IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) beruhen typischerweise auf Feldeffekttransistorzellen, die eine große Kanalbreite vorsehen, um einen Spannungsabfall über dem Kanal gering zu halten, damit in dem leitenden Zustand niedrige Verluste gewährleistet sind. Andererseits erhöht eine große totale Kanalbreite den Kurzschlussstrom und beeinträchtigt nachteilhaft die Kurzschlussrobustheit der Halbleitervorrichtung. Eine hohe Kurzschlussrobustheit ist in einigen Anwendungen gefordert, beispielsweise dem Steuern der Drehzahl von Elektromotoren mit einem IGBTausgerüsteten Inverter. Während eines Kurzschlusses begrenzt der IGBT aktiv den durch den IGBT fließenden Strom, sodass nahezu die volle Versorgungsspannung über den Lastanschlüssen des IGBT abfällt. Während eines Kurzschlussbetriebes ist die in dem IGBT verbrauchte Leistung aufgrund einer hohen Spannung und eines hohen Stromes an den Lastanschlüssen zur gleichen Zeit extrem hoch. Die verbrauchte Energie führt zu einem starken Anstieg der Vorrichtungstemperatur, da diese zu einer Wärmesenke lediglich in einem kleinen Teil abgeführt werden kann. Es ist wünschenswert, Halbleitervorrichtungen mit hoher Kurzschlussrobustheit vorzusehen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung vorzusehen, welche den obigen Forderungen genügt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung einen Halbleiterteil mit einem Haupt-FET (Feldeffekttransistor) und einer Steuerschaltung. Der Haupt-FET umfasst eine Gateelektrode, um einen Stromfluss durch eine Bodyzone zwischen einer Sourcezone und einer Driftzone zu steuern. Die Steuerschaltung empfängt ein lokales Driftzonenpotential der Haupt-FET-Zelle und gibt ein Ausgangssignal ab, das anzeigt, wenn das lokale Driftzonenpotential eine voreingestellte Schwelle überschreitet.
  • 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 deren Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von deren Prinzipien. Andere Ausführungsbeispiele und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
  • 1 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer IGBT-Vorrichtung mit einer Steuerschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 2A ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer IGBT-Vorrichtung mit einer Steuerschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das einen Hilfs-FET zwischen den Emitter- und Gateanschlüssen vorsieht.
  • 2B ist eine Schnittdarstellung eines Teiles der IGBT-Vorrichtung von 2A.
  • 3A ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer IGBT-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Steuerschaltung mit einem Freigabeeingang vorsieht.
  • 3B ist eine schematische Schnittdarstellung der IGBT-Vorrichtung von 3A durch einen ersten Hilfstransistor der Steuerschaltung.
  • 3C ist eine schematische Schnittdarstellung der IGBT-Vorrichtung von 3A durch einen zweiten Hilfstransistor der Steuerschaltung.
  • 3D ist eine schematische Draufsicht eines Teiles der IGBT-Vorrichtung von 3A einschließlich der Steuerschaltung.
  • 4 ist eine Schnittdarstellung eines Teiles einer IGBT-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Steuerschaltung in einem isolierten Halbleiterbereich mit modifizierten Zelltrenchstrukturen, die die laterale Isolation liefern, vorsieht.
  • 5A ist ein schematisches Schaltungsdiagramm der IGBT-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das ein Überstrom-Indikatorsignal vorsieht.
  • 5B ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer IGBT-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das einen Freigabeeingang und einen Überstrom-Indikatorsignal-Ausgang vorsieht.
  • 6 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer IGBT-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Diode zwischen der Steuerschaltung und der Gateelektrode des Haupt-FET vorsieht.
  • 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 herangezogen und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht 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 durch entsprechende Bezugszeichen in den Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe und zeigen 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 Begriff "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 Begriff "elektrisch gekoppelt" umfasst, dass ein oder mehrere dazwischen liegende 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 Figuren 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 "n+"-Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration als ein "n"-Dotierungsbereich hat. 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.
  • 1 veranschaulicht eine Halbleitervorrichtung 500, die eine Leistungsschaltvorrichtung und eine Steuerschaltung 520 integriert. Die gezeigten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Leistungsschaltvorrichtungen einschließlich IGBTs 510. Die gleichen Überlegungen gelten entsprechend für IGFETs (Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate).
  • Ein Schaltungsmodell des IGBT 510 umfasst einen Haupt-FET T1 und einen Haupt-BJT (Bipolar-Übergang- bzw. Junction-Transistor) T2, angeordnet in einer Kaskadenverbindung. Ein Drainstrom des Haupt-FET T1, der eine Source S, die elektrisch mit einem Emitteranschluss E verbunden ist, und ein Gate Ga, das elektrisch mit einem Gateanschluss G der IGBT-Vorrichtung 500 verbunden ist, hat, steuert den Basisstrom des Haupt-BJT T2. Ein Emitter-Kollektor-Pfad ist zwischen dem Emitteranschluss E und einem Kollektoranschluss C der IGBT-Vorrichtung 500 vorgesehen. Ein an der Gateelektrode Ga des Haupt-FET T1 anliegendes Signal steuert über den Stromfluss zwischen Source S und Drain D des Haupt-FET T1 den Stromfluss durch den Haupt-BJT T2.
  • Die Steuerschaltung 520 kann einen Sensoreingang SE umfassen, der ein Sensorsignal empfängt, das ein lokales Driftzonenpotential des Haupt-FET T1 darstellt. Der Sensoreingang SE ist elektrisch mit einem Sensorabschnitt einer Driftzone des Haupt-FET T1 eng zu oder direkt angrenzend an eine Zwischenfläche zwischen der Driftzone und einer Bodyzone verbunden. Die Zwischenfläche kann durch einen pn-Übergang zwischen den Body- und Driftzonen definiert oder gesteuert werden.
  • An einem Steuerausgang CO gibt die Steuerschaltung 520 ein Ausgangssignal aus, das anzeigt, ob oder ob nicht das lokale Driftzonenpotential eine voreingestellte Schwelle überschreitet. Die voreingestellte Schwelle kann einen Überstromzustand bzw. eine Überstrombedingung anzeigen. Die Steuerschaltung begrenzt entweder einen Kurzschlussstrom oder die Zeitdauer, während welcher ein Kurzschluss auftritt, oder begrenzt beides, um die Kurzschlussrobustheit der Halbleitervorrichtung 500 zu verbessern. Das Ausgangssignal kann teilweise oder vollständig den Haupt-FET T1 herunterdrehen bzw. abschalten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Ausgangssignal den Haupt-FET T1 ausschalten, wenn das an dem Sensoreingang SE erfasste lokale Driftzonenpotential die voreingestellte Schwelle überschreitet. Der Steuerausgang CO der Steuerschaltung 520 kann elektrisch mit der Gateelektrode Ga des Haupt-FET T1 gekoppelt, beispielsweise elektrisch verbunden sein und zieht das Signal an der Gateelektrode Ga zu einer Spannung unter der Schwellenspannung des Haupt-FET T1 derart, dass der Haupt-FET T1 unabhängig von einem Signalpegel, der an dem Gateanschluss G anliegt, ab- bzw. ausschaltet. Ein resistives Element kann in dem Pfad zwischen dem Gateanschluss G und dem durch den Steuerausgang CO und die Gateelektrode Ga geteilten Netzwerkknoten vorgesehen sein.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Steuerausgang CO der Steuerschaltung 520 mit der Gateelektrode Ga des Haupt-FET T1 elektrisch gekoppelt, beispielsweise elektrisch verbunden, und zieht das Signal an der Gateelektrode Ga zu einer Spannung zwischen der Schwellenspannung des Haupt-FET T1 und der Spannung der mit dem Anschluss G verbundenen externen Gateansteuerung derart, dass der Haupt-FET T1 den Basisstrom des Bipolartransistors T2 und damit den durch den IGBT 510 geführten Überstrom begrenzt. Ein resistives Element kann in dem Pfad zwischen dem Gateanschluss G und dem Netzwerkknoten vorgesehen sein, der durch den Steuerausgang CO und die Gateelektrode Ga geteilt wird.
  • Die Steuerschaltung 520 kann einen Freigabeeingang EN umfassen, um zeitweise den Steuerausgang CO freizugeben/abzuschalten. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerschaltung 520 einen Sensorausgang SO haben, um den Überstromzustand der IGBT-Vorrichtung 500 zu melden.
  • Im Folgenden wird der Betriebsmodus bezüglich eines n-IGBT mit einem n-FET als Haupt-FET T1 und einem pnp-BJT als Haupt-BJT T2 beschrieben. Ähnliche Überlegungen gelten für einen p-IGBT mit einem p-FET als Haupt-FET T1 und einem npn-BJP als Haupt-BJT T2.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das lokale Driftzonenpotential das Potential in einem Sensorabschnitt der Drainzone nahe zu dem pn-Übergang zwischen den Body- und Driftzonen. Im leitenden Zustand ist das lokale Driftzonenpotential an der Kanalzwischenfläche typischerweise unter einigen 100 mV in einem Nicht-Kurzschluss- oder Nicht-Überstrom-Leitungszustand, wohingegen unter einem Überstromzustand das lokale Drainzonenpotential bis auf einige bzw. mehrere Volt ansteigt. Die voreingestellte Schwellenspannung kann beispielsweise die Schwellenspannung eines Feldeffekttransistors an dem Sensoreingang SE der Steuerschaltung 520 sein. Wenn die lokale Drainzonenspannung die voreingestellte Schwelle überschreitet, kann die Steuerschaltung 520 das Signal an der Gateelektrode Ga auf eine Spannung unter der Schwellenspannung des Haupt-FET derart ziehen, dass der Haupt-FET T1 unabhängig von einem Signal ausschaltet, das extern an dem Gateanschluss G liegt. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Signal an der Gateelektrode Ga auf eine Spannung zwischen der Schwellenspannung des Haupt-FET und der durch eine externe Gatesteuerung gelieferten Spannung gezogen sein, um so den Pegel eines Überstromes und den Leistungsverbrauch in dem IGBT zu reduzieren. Dies kann die Zeit ausdehnen, bis eine externe Gatesteuerung den Kurzschluss erfasst und den IGBT ausschaltet.
  • Die Steuerschaltung 520 ist von den Last- und Hochspannungspfaden der IGBT-Vorrichtung 500 getrennt, die weitere Vorrichtungsparameter hat, die durch die Steuerschaltung 520 unbeeinträchtigt verbleiben. Abgesehen von dem Überstromverhalten liefert die IGBT-Vorrichtung 500 die gleichen statischen und dynamischen Eigenschaften wie ohne die Steuerschaltung 520, das heißt die statischen und dynamischen Eigenschaften des IGBT 510, wohingegen andere Methoden, die den Kurzschluss begrenzen, beispielsweise durch Verwenden von Vorwärts- bzw. in Durchlassrichtung vorgespannten Dioden, merklich die statischen und dynamischen Eigenschaften des betreffenden IGBT ändern.
  • Ein Abschalten des Gatesignales reduziert die Leitfähigkeit des Kanales derart, dass bei einem voreingestellten Laststrom der Spannungsabfall über dem Kanal und das lokale Drainzonenpotential beide zunehmen. Die Zunahme des lokalen Driftzonenpotentials beschleunigt und stabilisiert den Prozess des Abschaltens des Haupt-FET T1. Damit ist der Prozess des Abschaltens der IGBT-Vorrichtung 500 durch die Steuerschaltung 520 selbst-verstärkend.
  • Bei ausgeschaltetem Haupt-FET T1 führt die angelegte Sperrspannung zu einer Potentialwanne über der voreingestellten Schwellenspannung an der Zwischenfläche, wo das Potential der lokalen Driftzone abgegriffen wird. Der Kurzschluss-Schutzmechanismus liefert so an sich schon eine Hystereseeigenschaft derart, dass Schwingungen bzw. Oszillationen des Gatepotentials zwischen dem Potential der Spannung, erzwungen durch die Steuerschaltung 520, und dem Potential des an dem Gateanschluss G anliegenden externen Gatesignales zuverlässig unterdrückt werden.
  • 2A zeigt die Steuerschaltung 520, die einen ersten Hilfstransistor T3 mit der Gateelektrode umfasst, die das lokale Driftzonenpotential des Haupt-FET T1 empfängt. Die Schwellenspannung des ersten Hilfstransistors T3 entspricht der voreingestellten Schwelle. Wenn das lokale Driftzonenpotential des IGBT 510 die Schwellenspannung des ersten Hilfstransistors T3 überschreitet, speist der erste Hilfstransistor T3 an die Gateelektrode Ga des Haupt-FET T1 ein Potential unterhalb der Schwellenspannung des Haupt-FET T1 unabhängig von einem extern an dem Gateanschluss G der IGBT-Vorrichtung 500 liegenden Signal.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel verbindet der erste Hilfstransistor T3 elektrisch die Gateelektrode Ga des Haupt-FET T1 mit dem Emitteranschluss E der IGBT-Vorrichtung 500, wenn das lokale Driftzonenpotential die voreingestellte Schwelle überschreitet, und trennt die Gateelektrode Ga von dem Emitteranschluss E, wenn das lokale Driftzonenpotential unter die voreingestellte Schwelle fällt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine Zenerdiode in Reihe mit dem ersten Hilfstransistor T3 angeordnet sein. Die Zenerdiode hindert die Gatespannung daran, auf 0V abgesenkt zu werden.
  • 2B zeigt einen Teil der IGBT-Vorrichtung 500 mit dem IGBT 510 und der Steuerschaltung 520, die in den gleichen Halbleiterchip bzw. die gleiche Halbleiterdie integriert sind. Ein Halbleiterteil 100 der Halbleiterdie beruht auf einem einkristallinen Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium Si, Siliziumcarbid SiC, Germanium Ge, einen Silizium-Germanium-Kristall SiGe, Galliumnitrid GaN oder Galliumarsenid GaAs. Ein Abstand zwischen einer ersten Oberfläche 101 des Halbleiterteiles 100 und einer zweiten Oberfläche 102, die parallel zu der ersten Oberfläche 101 ist, kann wenigstens 40 μm, beispielsweise wenigstens 60 μm oder wenigstens 100 μm, betragen. Der Halbleiterteil 100 kann eine rechteckförmige Gestalt mit einer Wand- bzw. Kantenlänge im Bereich von einigen Millimetern haben. Die Normale zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen orthogonal zu der Normalrichtung sind laterale Richtungen.
  • In einem IGBT-Gebiet 610 sind zahlreiche parallele vertikale Transistorzellen 512 eines Haupt-FET T1 angrenzend an oder nahe zu der ersten Oberfläche 101 angeordnet. In einem leitenden Zustand des Haupt-FET T1 lenken vertikale Kanäle der Transistorzellen 512 den Einschalt- bzw. Ein-Zustand-Strom in einer vertikalen Richtung durch Bodyzonen 115.
  • Die Transistorzellen 512 bilden den Haupt-FET T1 und können beispielsweise MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) des Anreicherungstyps sein, wobei die übliche Bedeutung des Begriffes MOSFET FETs mit Metallgateelektroden und FETs mit Nicht-Metallelektroden beide umfasst. Die Transistorzellen 512 umfassen Gateelektrodenstrukturen 150, die in Zelltrenchstrukturen gebildet sind, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterteil 100 erstrecken. Die Gateelektrodenstrukturen 150 können elektrisch mit dem Gateanschluss G der IGBT-Vorrichtung 500 verbunden sein. Gatedielektrika 210 isolieren dielektrisch die Gateelektrodenstrukturen 150 von dem umgebenden Halbleitermaterial des Halbleiterteiles 100.
  • In Halbleitermesas zwischen den Zelltrenchstrukturen können Sourcezonen 110 eines ersten Leitfähigkeitstyps direkt an die erste Oberfläche 101 angrenzen. Bodyzonen 115 eines zweiten, komplementären Leitfähigkeitstyps erstrecken sich zwischen benachbarten Zelltrenchstrukturen und trennen die Sourcezonen 110 von einer Driftzone 120 des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei ein pn-Übergang zwischen den Bodyzonen 115 und der Driftschicht 120 im Wesentlichen parallel zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 ist. Stark dotierte Kontaktzonen 117 des zweiten Leitfähigkeitstyps können sich zwischen benachbarten Sourcezonen 110 von der ersten Oberfläche 101 in die Bodyzonen 115 erstrecken und eine niederohmige Verbindung der Bodyzonen 115 herstellen.
  • Eine Kollektorschicht 130 des zweiten Leitfähigkeitstyps trennt die Driftschicht 120 von der zweiten Oberfläche 102. Die Driftschicht 120 kann eine niederdotierte Driftzone 121 und eine stärker dotierte Feldstoppzone 128 umfassen. Eine mittlere Nettofremdstoffkonzentration in der Kollektorschicht 130 kann wenigstens 1 × 10 cm16 cm–3, beispielsweise wenigstens 5 × 1017 cm3 betragen. Die mittlere Nettofremdstoffkonzentration in der Feldstoppzone 128 oder einer Pufferschicht kann zwischen 1 × 1015 cm–3 und 5 × 1016 cm–3 oder sogar bis zu 1 × 1018 cm–3 betragen und kann wenigstens 5-fach die mittlere Nettofremdstoffkonzentration in der Driftzone 121 überschreiten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Feldstoppzone 128 eine inhomogene Dotierung in einer vertikalen Richtung haben, die ein oder mehrere lokale Maxima und/oder ein oder mehrere lokale Minima aufweist. Bei den lokalen Maxima kann die Spitzendotierung die mittlere Nettofremdstoffkonzentration in der Feldstoppzone 128 bis zu einem Faktor von 100 überschreiten, während die lokalen Minima eine Fremdstoffkonzentration herab bis zur Dotierungskonzentration der Driftzone 121 oder sogar darunter aufweisen können. Die mittlere Nettofremdstoffkonzentration in der Driftzone 121 kann beispielsweise zwischen 5 × 1012 cm–3 und 5 × 1014 cm–3 betragen.
  • Eine erste Elektrodenstruktur 310 ist an der Seite der ersten Oberfläche 101 vorgesehen. Kontaktstrukturen 315 erstrecken sich durch Öffnungen in einer dielektrischen Schicht 220, die die Trenchzellstrukturen bedeckt, wenigstens bis zu der ersten Oberfläche 101 und können elektrisch die erst Elektrodenstruktur 310 mit den Sourcezonen 110 und den Kontaktzonen 117 verbinden. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen füllen die Kontaktstrukturen 315 Kontaktgräben, die sich von einer durch die erste Oberfläche 101 aufgespannten Ebene in den Halbleiterteil 100 erstrecken. Die erste Elektrodenstruktur 310 kann einen Emitteranschluss E der IGBT-Vorrichtung 700 bilden oder mit einem solchen elektrisch verbunden oder gekoppelt sein.
  • Eine zweite Elektrodenstruktur 320 grenzt direkt an die zweite Oberfläche 102 an und ist elektrisch mit der Kollektorschicht 130 verbunden. Die zweite Elektrodenstruktur 320 kann einen Kollektoranschluss C der IGBT-Vorrichtung 500 bilden oder elektrisch mit einem solchen verbunden oder gekoppelt sein.
  • In der folgenden Beschreibung ist der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ, und der zweite Leitfähigkeitstyp ist der p-Typ. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ sein, und der zweite Leitfähigkeitstyp kann der n-Typ sein.
  • Der IGBT 510 kann als ein n-Typ-Haupt-FET T1 ausgeführt sein, der einen Drainstrom hat, der den Basisstrom eines pnp-Haupt-BJT T2 speist, wobei die Bodyzone 115 und die Kollektorschicht 130 als Emitter- und Kollektorbereiche wirksam sind und die Driftschicht 120 einen Basisbereich des Haupt-BJT T2 darstellt.
  • Die Steuerschaltung 520 kann in einem isolierten Halbleiterbereich 430 in einem Schaltungsgebiet 690 des Halbleiterteiles 100 gebildet sein. Eine dielektrische Schirmstruktur 410 isoliert dielektrisch den isolierten Halbleiterbereich 430, der Halbleiterelemente der Steuerschaltung 520 umfasst, wenigstens in einer vertikalen Richtung von dem umgebenden Halbleitermaterial des Halbleiterteiles 100 mit der Driftzone 121. Die dielektrische Schirmstruktur 410 hindert Ladungsträger, die die Driftschicht 120 fluten, an einem nachteilhaften Beeinträchtigen der Funktionalität der Halbleiterelemente der Steuerschaltung 520.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die dielektrische Schirmstruktur 410 einen vergrabenen Teil 411, der den isolierten Halbleiterbereich 430 von der Driftschicht 120 in der vertikalen Richtung trennt. Die dielektrische Schirmstruktur 410 kann aus einer Halbleiteroxidschicht, beispielsweise einer Siliziumoxidschicht bestehen oder eine solche enthalten und kann Röhren 412 umfassen, die mit einem gasförmigen Material, wie Sauerstoff, Stickstoff, einem Edelgas oder einer Mischung dieser Gase gefüllt sind oder die ein Vakuum enthalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Röhren 412 alternativ oder zusätzlich wenigstens teilweise mit einem leitenden Material gefüllt sein.
  • Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die dielektrische Schirmstruktur 410 weiterhin vertikale Teile 415 und bildet einen geschlossenen Rahmen, der sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterteil 100 erstreckt, wobei der geschlossene Rahmen vollständig den isolierten Halbleiterbereich 430 umgibt.
  • Der isolierte Halbleiterteil 430 kann einen Hauptteil 438 des zweiten Leitfähigkeitstyps haben, wobei sich Wannen des ersten Leitfähigkeitstyps von der ersten Oberfläche 101 in den Hauptteil 438 erstrecken und Source- sowie Drainzonen 432, 436 von einem oder von mehreren Hilfstransistoren oder Kathodenzonen von Dioden bilden, die elektrisch zwischen dem IGBT 510 und der Steuerschaltung 520 angeordnet sind.
  • Die die Steuerschaltung 520 bildenden Halbleiterelemente können ein oder mehrere Feldeffekttransistoren einer planaren oder vertikalen Gestaltung umfassen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Steuerschaltung 520 einen ersten Hilfstransistor T3. Der erste Hilfstransistor T3 kann ein Transistor mit einem vertikalen oder einem lateralen Kanal sein. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Hilfstransistor T3 ein Planartransistor mit einer Gatestruktur 450, die außerhalb des Halbleiterteiles 100 vorgesehen ist. Ein Gatedielektrikum 440 isoliert dielektrisch die Gatestruktur 450 von einer Bodyzone, die in einem Abschnitt des Hauptteiles 438 zwischen den Source- und Drainzonen 432, 436 gebildet ist. Eine Sourceelektrode 318 grenzt direkt an die Sourcezone 432 und eine stark dotierte Kontaktzone 437 des zweiten Leitfähigkeitstyps an, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Hauptteil 438 erstreckt. Die Sourcezone 432 kann elektrisch mit der ersten Elektrodenstruktur 310 und dem Emitteranschluss E verbunden sein. Eine Drainelektrode 340 grenzt direkt an die Drainzone 436 an und kann elektrisch mit den Gateelektrodenstrukturen 150 des IGBT 510 und dem Gateanschluss G verbunden sein. Eine Sensorverbindungsstruktur 330 kann elektrisch mit der Gatestruktur 450 und der stark dotierten Sensorkontaktzone 112 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden sein.
  • Jede der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 310, 320, der Source- und Drainelektroden 318, 340 des ersten Hilfstransistors T3 und der Sensorverbindungsstruktur 330 kann als Hauptbestandteil(e) aus Aluminium Al, Kupfer Cu oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, beispielsweise AlSi, AlCu oder Al-SiCu bestehen oder diese Stoffe enthalten. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können eine, mehrere oder alle aus den ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 310, 320, den Source- und Drainelektroden 318, 340 und der Sensorverbindungsstruktur 330 eine oder mehrere Schichten mit Nickel Ni, Titan Ti, Silber Ag, Gold Au, Platin Pt, Wolfram W, Kobalt Co und/oder Palladium Pd als Hauptbestandteil(e) enthalten. Beispielsweise umfasst wenigstens eine der angegebenen Strukturen 310, 320, 318, 340, 330 zwei oder mehr Unterschichten, wobei wenigstens eine der Unterschichten einen oder mehrere Stoffe aus Ni, Ti, Ag, Au, Pt, W, Co und Pd als Hauptbestandteil(e), beispielsweise ein Silizid, ein Nitrid und/oder eine Legierung enthält.
  • Die Sensorkontaktzone 112 kann eine einteilige Struktur sein oder kann verschiedene räumlich getrennte Teile umfassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel besteht die Sensorkontaktzone 112 aus einem Teil, der direkt an eine äußerste Struktur der in einem Zellarray bzw. in einer Zellanordnung angeordneten Zelltrenchstrukturen angrenzt, oder umfasst einen solchen Teil. Weitere Teile der Sensorkontaktzone 112 können direkt an eine andere Zelltrenchstruktur des Zellarrays angrenzen. Die Sensorverbindungsstruktur 330 grenzt direkt an und liefert einen ohmschen Kontakt mit allen Teilen der Sensorkontaktzone 112.
  • Zwischen dem pn-Übergang, der zwischen der Bodyzone 115 und der Driftzone 121 der äußersten Transistorzelle 512 gebildet ist, und der Sensorkontaktzone 112 besteht in dem Halbleitermaterial des ersten Leitfähigkeitstyps längs der äußerten Zelltrenchstruktur ein angrenzender bzw. berührender Pfad.
  • In dem leitenden Zustand des IGBT 510 induziert eine an den Gateelektrodenstrukturen 150 anliegende positive Spannung einen Elektronenakkumulationskanal 111 längs der Kontur der äußersten Zelltrenchstruktur zwischen dem pn-Übergang und der Sensorkontaktzone 112. Der Akkumulationskanal 111 greift das lokale Driftzonenpotential nahe zu dem pn-Übergang und an dem Ende eines Inversionskanales in der Bodyzone 115 der äußersten Transistorzelle 512 ab und speist ein lokales Driftzonenpotential zu der Sensorkontaktzone 112.
  • Die Sensorkontaktzone 112 ist durch die angrenzende Zelltrenchstruktur und/oder durch benachbarte Fremdstoffzonen des zweiten Leitfähigkeitstyps abgeschirmt. Da die Sensorkontaktzone 112 lediglich mit der Gatestruktur 450 des Hochimpedanz-Hilfs-FET T3 verbunden ist, induziert das Abgreifen des lokalen Driftzonenpotentials nicht einen Stromfluss in dem Akkumulationskanal 111.
  • Zusätzlich zu dem ersten Hilfstransistor T3 der 2A und 2B umfasst die Steuerschaltung der 3A einen zweiten Hilfstransistor T4, der eine Freigabefunktionalität vorsieht. Das Signal an der Gateelektrode Ga des Haupt-FET T1 wird inaktiv unabhängig von einem Signal, das an dem Gateanschluss G anliegt, nur wenn beides vorliegt, nämlich das lokale Driftzonenpotential eine Überstrombedingung anzeigt und ein an der Gateelektrode des zweiten Hilfstransistors T4 anliegendes Freigabesignal aktiv ist. Das Freigabesignal kann durch eine Treiberschaltung erzeugt werden, die in den Halbleiterteil 100 integriert ist, oder kann extern durch einen Freigabeanschluss EN der IGBT-Vorrichtung 500 angelegt sein.
  • Die ersten und zweiten Hilfstransistoren T3, T4 können in Reihe zwischen dem Emitteranschluss E und der Gateelektrode Ga des Haupt-FET T1 angeordnet sein. Durch angemessenes Steuern des Freigabesignales kann der Überstrom-Schutzmechanismus zeitweise oder permanent abgeschaltet oder freigegeben sein. Beispielsweise kann eine das Freigabesignal speisende Steuereinheit das Freigabesignal derart steuern, dass der Überstromschutz während Schaltperioden abgeschaltet ist, während denen der IGBT 510 ein- oder ausgeschaltet ist. Beispielsweise kann der Überstrom-Schutzmechanismus einige 10 ns, einige 100 ns oder einige Mikrosekunden, wenigstens weniger als 5 Mikrosekunden, aktiviert werden, nachdem sich das Signal an dem Gateanschluss G von inaktiv nach aktiv ändert und aktiviert bleibt, bis sich der Gateanschluss G zurück nach inaktiv ändert. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Steuerschaltung 520 einige 100 ns oder einige Mikrosekunden, wenigstens weniger als 5 Mikrosekunden abgeschaltet sein, bevor sich das Signal an dem Gateanschluss G von aktiv nach inaktiv verändert.
  • Die 3B bis 3D zeigen Schnittdarstellungen der IGBT-Vorrichtung 500 von 3A gemäß einem Ausführungsbeispiel, das die ersten und zweiten Hilfstransistoren T3, T4 als laterale Transistoren in einem isolierten Halbleiterbereich 430 vorsieht.
  • 3B entspricht weitgehend der Schnittdarstellung von 2B. Anders als in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel ist die Drainelektrode 340 des ersten Hilfstransistors T3 nicht elektrisch mit den Gateelektrodenstrukturen 150 verbunden, sondern ist ebenfalls wie die Sourceelektrode des zweiten Hilfstransistors T4, wie in 3D gezeigt, wirksam. Der zweite Hilfstransistor T4, der in 3C gezeigt ist, kann in dem gleichen isolierten Halbleiterbereich 430 wie der erste Hilfstransistor T3 angeordnet sein und kann parallel zu dem ersten Hilfstransistor T3 ausgerichtet sein. Eine weitere elektrische Verbindung 375 kann elektrisch eine Drainelektrode 370 des zweiten Hilfstransistors T4 mit den Gateelektrodenstrukturen 150 des IGBT 510 verbinden. Eine Gateelektrode 360 des zweiten Hilfstransistors T4 kann einen Freigabeanschluss EN der IGBT-Vorrichtung 500 oder einen Ausgang einer in den Halbleiterteil 100 integrierten Treiberschaltung bilden oder elektrisch mit diesen verbunden oder gekoppelt sein.
  • Wie in 3D gezeigt ist, kann eine flache Trenchisolation 439 die ersten und zweiten Hilfstransistoren T3, T4 trennen. Andere Ausführungsbeispiele können eine pn-Trennung der ersten und zweiten Hilfstransistoren T3, T4 vorsehen, indem p-Typ-Abschnitte des Hauptteiles 438 verwendet werden.
  • Zurück zu 3B kann die dielektrische Schirmstruktur 410 einen vergrabenen Teil 411 aufweisen, der Röhren 412 umfasst, die mit einem gasförmigen Material, wie Sauerstoff, Stickstoff, einem Edelgas oder einer Mischung dieser Gase gefüllt sind oder die ein Vakuum enthalten können. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Röhren 412 alternativ oder zusätzlich wenigstens teilweise mit einem leitenden Material gefüllt sein. Die Röhren 412 erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zu der Schnittebene und parallel zu den Zelltrenchstrukturen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der vergrabene Teil 411 der dielektrischen Schirmstruktur 410 vorgesehen werden, indem von der ersten Oberfläche 101 Hilfstrenches in den Halbleiterteil 100 in einem Hilfstrenchfeld eingebracht werden. Die Hilfstrenches können schmaler und flacher als Trenches zum Vorsehen der Zelltrenchstrukturen sein. Ein weiterer bzw. breiterer Umfangstrench kann das Hilfstrenchfeld umgeben. Ein dünnes thermisches Oxid kann aufgewachsen und durch einen lithographischen Prozess derart gemustert werden, dass das gemusterte thermische Oxid das Hilfstrenchfeld freilegt und das Gebiet außerhalb des Hilfstrenchfeldes bedeckt. Das Hilfstrenchfeld wird durch einen Heizprozess in einer Wasserstoffumgebung freigelegt, wobei sich in dem durch das gemusterte thermische Oxid freigelegten Gebiet das Halbleitermaterial verflüssigt und verbundene Kämme oder Firste bildet, die untere Teile der zu den Röhren 412 gewandelten Hilfstrenches überbrücken. Außerhalb des Hilfstrenchfeldes hindert das dünne Opferoxid das Halbleitermaterial an einem Verflüssigen bzw. Fluidisieren. Endteile der Röhren 412 können durch einen weiteren Hilfstrench freigelegt werden, der lateral die Kämme bzw. Firste umschließen kann. Ein weiterer Oxidationsprozess kann die Kämme derart oxidieren, dass die Röhren 412 durch Oxid getrennt sind.
  • Da der Prozess des Verflüssigens in einem Epitaxiereaktor durchgeführt werden kann, kann der Prozess mit einem Aufwachsen durch Epitaxie des isolierten Halbleiterbereiches 438 integriert werden. Während des letzteren Prozesses können die Gatetrenches für die Zelltrenchstrukturen mit beispielsweise leitendem polykristallinem Halbleitermaterial gefüllt werden, das auch die Innenfläche der Röhren 412 über den umgebenden weiteren Hilfstrench bedecken kann. Das leitende Material kann mit der Source- oder Emitterverbindung E verbunden werden und somit das Halbleitermaterial in der Wanne von Spannungsfluktuationen abschirmen, die durch das Kollektorpotential an der zweiten Oberfläche 102 des Halbleiterteiles 100 verursacht sind.
  • Während eines Einschaltens und Ausschaltens des Haupt-IGBT führt die Spannungsänderung an dem Kollektorpotential zu einer kapazitiven Kopplung zu den leitenden Strukturen in den Röhren 412. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann wenigstens ein Teil der leitenden Strukturen in den Röhren 412, die in dem vergrabenen Teil 411 eingebettet sind, mit einem Sensoranschluss SNS, wie in 3C gezeigt, oder mit einem Sensortransistor verbunden werden, und er wird verwendet, um Spannungsfluktuationen an dem Kollektoranschluss zu erfassen.
  • Die sich ergebende dielektrische Schirmstruktur 410 isoliert dielektrisch einen isolierten Halbleiterbereich, der innerhalb der rahmenähnlichen dielektrischen Schirmstruktur 410 vorgesehen ist, in vertikalen und lateralen Richtungen.
  • Die Röhren 412, die nicht vollständig mit einem festen Dielektrikum gefüllt sind, sondern ein Gas, ein Vakuum und/oder einen Leiter enthalten, erlauben es, die thermomechanische Spannung infolge des vergrabenen Teiles 411 zu steuern, und erlauben so dickere vergrabene Teile 411. Dickere vergrabene Teile 411 reduzieren eine kapazitive Kopplung zwischen den Spannungsfluktuationen an dem Kollektoranschluss und dem isolierten Halbleiterbereich 430. Dickere vergrabene Teile 411 erlauben weiterhin höhere Spannungsdifferenzen zwischen dem isolierten Halbleiterbereich 430 und dem benachbarten Teil der Driftzone 160.
  • Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vertikalen Teile 415 der dielektrischen Schirmstruktur 410 modifizierte Zelltrenchstrukturen. Die modifizierten Zelltrenchstrukturen können eine Füllstruktur 415a eines leitenden Materials, beispielsweise eines hochdotierten polykristallinen Siliziums, umfassen. Eine dielektrische Auskleidung entsprechend dem Gatedielektrikum 310 der 2B trennt dielektrisch die Füllstruktur 415a von dem Material des Halbleiterteiles 100 und dem isolierten Halbleiterbereich 430. Die Füllstruktur 415a kann elektrisch mit dem Emitteranschluss E verbunden sein. Der Hauptteil 438 des isolierten Halbleiterbereiches 430 kann in dem gleichen Prozess wie die Bodyzonen 115 des IGBT 510 dotiert werden. Die Hilfstransistoren der Steuerschaltung 520 können laterale Transistoren mit Trench- bzw. Grabengates sein.
  • 4 zeigt das Trenchgate 450 für den ersten Hilfstransistor T3, der eine Drainzone hat, die in einer Richtung senkrecht zu dem Schnitt angeordnet ist. Beispielsweise ist die Gateelektrode 450 des ersten Hilfstransistors T3 in einem Trench gelegen, der von der ersten Oberfläche 101 des Halbleitermaterials zu dem vergrabenen Teil 411 reicht, und dielektrisch von dem Hauptteil 438 in dem isolierten Halbleiterbereich 430 durch ein Dielektrikum isoliert, das als Gatedielektrikum 440 wirken kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Source- und Drainverbindungen des ersten Hilfstransistors T3 auf beiden Seiten des Gatetrenches 450 gelegen sein, um die Kanalbreite und Stromfähigkeit des ersten Hilfstransistors T3 zu erhöhen. Der zweite Hilfstransistor T4 kann in dergleichen Weise realisiert werden und ist für mehr Klarheit in 4 nicht gezeigt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Bodyzonen 115 von den ersten und zweiten Hilfstransistoren T3, T4, also beiden Transistoren, elektrisch mit dem Emitteranschluss E verbunden, sodass in dem Fall eines n-IGBT der Hauptteil 438 des isolierten Halbleiterbereiches 430 das negativste Potential in der IGBT-Vorrichtung 500 hat und für eine pn-Isolation der Halbleiterelemente der Steuerschaltung, beispielsweise der ersten und zweiten Hilfstransistoren T3, T4 von den 3A bis 3D, verwendet werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Gatesteuerspannung des IGBT an dem Gateanschluss G auf eine negative Spannung während eines Aus-Zustandes gesetzt sein. In diesem Fall hat der Hauptteil 438 des isolierten Halbleiterbereiches 430 auf die negative Versorgungsspannung der Gatesteuerung gesetzt zu werden, um die Anforderung des negativsten Potentials in der IGBT-Vorrichtung 500 zu erfüllen.
  • Die in 5A veranschaulichte IGBT-Vorrichtung 500 sieht einen dritten Hilfstransistor T5 zum Melden eines Überstromzustandes vor. Der dritte Hilfstransistor T5 entspricht weitgehend dem ersten Hilfstransistor T3 von 2A. Anders als der erste Hilfstransistor T3 von 2A ist Drain des dritten Hilfstransistors T5 elektrisch nicht mit der Gateelektrode Ga des Haupt-FET T1 verbunden, sondern an einen Sensorausgangsanschluss SO oder an einen Eingang einer in die IGBT-Vorrichtung 500 integrierten Schaltung angeschlossen. Das Ausführungsbeispiel ist geeignet für Anwendungen, die hohen Sicherheits- und Zuverlässigkeitsstandards unterworfen sind, beispielsweise auf dem Gebiet von Automobilen, welche eine Rückkopplungsinformation erfordern, die einen Schaltzustand oder einen Fehlzustand einer Schaltvorrichtung melden.
  • Das Rückkopplungsmerkmal kann kombiniert werden mit einem beliebigen Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. 5B kombiniert das Rückkopplungsmerkmal mit dem sich selbst unterhaltenden Stilllegungsmerkmal, das durch den ersten Hilfstransistor T3 ausgeführt ist, und dem Freigabemerkmal für die sich selbst unterhaltende Stilllegung, das durch den zweiten Hilfstransistor T4 realisiert ist.
  • 6 integriert eine Diode D zwischen dem Gateanschluss G und dem Steuerausgang der Steuerschaltung 520, beispielsweise Drain des zweiten Hilfstransistors T4, um die sich selbst unterhaltende Stilllegung für extern angelegte Gatespannungen zu erlauben, die mehr negativ als das an dem Emitteranschluss E liegende Potential sind.
  • Obwohl hier spezifische Ausführungsbeispiele 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 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 (20)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Haupt-FET (T1), der eine Gateelektrode (Ga) aufweist, die gestaltet ist, um einen Stromfluss zwischen einer Sourcezone (110) und einer Driftzone (121) durch eine Bodyzone (115) in einem Halbleiterteil (100) zu steuern, und eine Steuerschaltung (520), die gestaltet ist, um ein lokales Driftzonenpotential der Haupt-FET-Zelle zu empfangen und ein Ausgangssignal abzugeben, das anzeigt, wenn das lokale Driftzonenpotential eine voreingestellte Schwelle überschreitet.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerschaltung (520) gestaltet ist, um einen Stromfluss durch den Haupt-FET (T1) zu reduzieren oder den Haupt-FET (T1) auszuschalten, wenn das lokale Driftzonenpotential die voreingestellte Schwelle überschreitet.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: eine Sensorverbindungsstruktur (330), die elektrisch einen Sensoreingang der Steuerschaltung (520) mit der Driftzone (121) des Haupt-FET (T1) verbindet.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Sensorverbindungsstruktur (330) wenigstens einen berührenden bzw. zusammenhängenden Halbleiterpfad in einem Verbindungsabschnitt des Halbleiterteiles (100) aufweist, wobei der Verbindungsabschnitt einen Leitfähigkeitstyp der Driftzone (121) hat, der Halbleiterpfad die Driftzone (121) mit einer jeweiligen Sensorkontaktzone (112) verbindet und die Sensorkontaktzone (112) einen Leitfähigkeitstyp der Driftzone (121) hat und direkt an eine erste Oberfläche (101) des Halbleiterteiles (100) angrenzt.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, bei der der zusammenhängende Halbleiterpfad strukturell die Sensorkontaktzone (112) mit einer Zwischenfläche (111) zwischen den Body- und Driftzonen (115, 121) verbindet.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der der Halbleiterpfad gestaltet ist, um in einem leitenden Zustand einen Inversionskanal durch die Bodyzone (115) zu verbinden.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der der Haupt-FET (T1) eine Vielzahl von Zelltrenchstrukturen umfasst, die in einem Zellarray angeordnet sind, wobei die Zelltrenchstrukturen Gateelektrodenstrukturen und dielektrische Schichten (210) umfassen, die die Gateelektrodenstrukturen von dem Halbleiterteil (100) trennen, und wobei wenigstens eine der Zelltrenchstrukturen direkt an die Sensorkontaktzone (112) angrenzt.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, die gestaltet ist, um in einem leitenden Zustand einen Ladungsträgerakkumulationskanal längs des Halbleiterpfades zu bilden.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der eine äußerste Zelltrenchstruktur der Zelltrenchstrukturen des Zellarrays direkt an die Sensorkontaktzone (112) angrenzt.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend: eine Kollektorschicht (130) in einer vertikalen Richtung der Sourcezone (110) und direkt angrenzend an die Driftzone (121), wobei die vertikale Richtung gegeben ist durch eine Normale zu einer ersten Oberfläche (101) des Halbleiterteiles (100), die Kollektorschicht (130) einen zweiten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu dem ersten Leitfähigkeitstyp der Driftzone (121) hat und die Bodyzone (115) und die Kollektorzone (130) die Emitter- und Kollektorbereiche eines Haupt-BJT (T2) bilden.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend: eine dielektrische Schirmstruktur (410), die dielektrisch einen isolierten Halbleiterbereich (430), der Halbleiterelemente der Steuerschaltung (520) aufweist, von einem Abschnitt des Halbleiterteiles (100), der die Driftzone (121) umfasst, wenigstens in einer vertikalen Richtung bezüglich einer ersten Oberfläche (101) des Halbleiterteiles (100) isoliert.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei der die dielektrische Schirmstruktur (410) einen lateral geschlossenen Rahmen bildet, der sich von der ersten Oberfläche (101) in den Halbleiterteil (100) erstreckt und den isolierten Halbleiterbereich (430) umrundet.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der ein vergrabener Teil (411) der dielektrischen Schirmstruktur (410) den isolierten Halbleiterbereich (430) von einem Abschnitt des Halbleiterteiles einschließlich der Driftzone (121) in der vertikalen Richtung trennt.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, bei der der vergrabene Teil (411) der dielektrischen Schirmstruktur (410) leitende Strukturen (412) enthält, die in ein Dielektrikum eingebettet und elektrisch mit einem Sensoranschluss oder einem Potential in der Halbleitervorrichtung verbunden sind.
  15. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der der isolierte Halbleiterbereich (430) einen Hauptteil (438) des Leitfähigkeitstyps der Bodyzonen (115) und Wannen (432, 436) des Leitfähigkeitstyps der Sourcezonen (110) umfasst, wobei die Wannen (432, 436) sich von der ersten Oberfläche (101) in den isolierten Halbleiterbereich (430) erstrecken.
  16. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die Steuerschaltung (520) einen ersten Hilfstransistor (T3) mit einer Gateelektrode (450) aufweist, die elektrisch mit der Driftzone (121) des Haupt-FET (T1) verbunden ist.
  17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, bei der der erste Hilfstransistor (T3) gestaltet ist, um die Gateelektrode (Ga) des Haupt-FET (T1) mit/von der Sourcezone (110) des Haupt-FET (T1) abhängig von einem an einer Gatestruktur des ersten Hilfstransistors (T3) anliegenden Signal zu verbinden/trennen.
  18. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der die Steuerschaltung (520) gestaltet ist, um abhängig von einem an einem Freigabeeingabe liegenden Signal freigegeben/abgeschaltet zu werden.
  19. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der die Steuerschaltung (520) einen ersten Hilfstransistor (T3) mit einer elektrisch mit der Drainzone (128) des Haupt-FET (T1) verbundenen Gateelektrode und einen zweiten Hilfstransistor (T4) mit einer elektrisch mit dem Freigabeeingang verbundenen Gateelektrode aufweist, wobei die ersten und zweiten Hilfstransistoren (T3, T4) gestaltet sind, um die Gateelektrode des Haupt-FET (T1) mit/von der Sourcezone (110) des Haupt-FET (T1) abhängig von an den Gateelektroden der ersten und zweiten Hilfstransistoren (T3, T4) liegenden Signalen zu verbinden/trennen.
  20. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, umfassend: eine Diode (D), die elektrisch zwischen der Steuerschaltung (520) und der Gateelektrode (Ga) des Haupt-FET (T1) angeordnet ist.
DE102014110442.0A 2013-07-25 2014-07-24 Halbleitervorrichtung mit einer Steuerschaltung Active DE102014110442B4 (de)

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