DE102015106688B4 - Schalter mit einem feldeffekttransistor, insbesondere in einer integrierten schaltung zur verwendung in systemen mit lasten - Google Patents

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Abstract

Schalter (2) mit einem Feldeffekttransistor (200), in einem eine erste Hauptoberfläche (110) aufweisenden Halbleitersubstrat (100), umfassend:
einen Sourcebereich (201) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp;
einen Drainbereich (205) von dem zweiten Leitfähigkeitstyp;
einem Drainkontakt (206), der in einem in der ersten Hauptoberfläche ausgebildeten Drainkontakttrench angeordnet ist, wobei der Drainbereich (205) direkt an den Drainkontakt (206) angrenzt;
einen Bodybereich (220) von einem ersten Leitfähigkeitstyp;
und eine Gateelektrode (210) bei dem Bodybereich (220), wobei die Gateelektrode (210) gestaltet ist, um eine Leitfähigkeit eines in dem Bodybereich (220) gebildeten Kanales zu steuern, wobei die Gateelektrode (210) in Gatetrenches (212) vorgesehen ist,
wobei der Bodybereich (220) längs einer ersten Richtung zwischen dem Sourcebereich (201) und dem Drainbereich (205) angeordnet ist, die erste Richtung parallel zu der ersten Hauptoberfläche ist, der Bodybereich (220) eine Gestalt eines Grates hat, der sich längs der ersten Richtung erstreckt, und der Bodybereich direkt angrenzend an den Sourcebereich (201) und direkt angrenzend an den Drainbereich (205) vorgesehen ist, wobei eine Driftzone zwischen Bodybereich (220) und Drainbereich (205) abwesend ist,
wobei der Schalter (2) weiterhin einen Sourcekontakt (202), der in einem in der ersten Hauptoberfläche ausgebildeten Sourcekontakttrench (321) angeordnet ist, und einen Bodykontaktteil (225) aufweist, der Sourcekontakt (202) elektrisch mit einem Sourceanschluss (271) verbunden ist, und wobei der Bodykontaktteil (225) in dem Halbleitersubstrat (100) angrenzend an den Sourcekontakt (202) angeordnet und mit dem Sourcekontakt (202) und dem Bodybereich (220) elektrisch verbunden ist und sich lateral nicht bis zu dem Drainkontakt (206) erstreckt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Leistungstransistoren, die gewöhnlich in Automobil- und Industrie-Elektroniken verwendet sind, erfordern einen niedrigen Einschaltwiderstand (Ron A), während eine hohe Spannungssperrfähigkeit sichergestellt ist. Beispielsweise sollte ein MOS-(„Metall-Oxid-Halbleiter“-)Leistungstransistor in der Lage sein, abhängig von Anwendungserfordernissen Drain-Source-Spannungen Vds von einigen zehn bis einige hundert oder tausend Volt zu sperren. MOS-Leistungstransistoren leiten typischerweise sehr große Ströme, die bis zu einige hundert Ampere bei typischen Gate-Source-Spannungen von etwa 2 bis 20 V betragen können. Niederspannungs-Leistungstransistoren werden in einer Drain-Source-Spannungsspanne Vds unter 10 Volt eingesetzt.
  • Laterale Leistungsvorrichtungen, in denen ein Stromfluss hauptsächlich parallel zu einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats erfolgt, sind für integrierte Schaltungen nützlich, in die weitere Komponenten, wie Schalter, Brücken und Steuerschaltungen, integriert sind. Allgemein werden Schalter mit einem lateralen Transistor weiter untersucht bzw. entwickelt. Insbesondere ist es wünschenswert, Transistoren zu entwickeln, die mit einer Ansteuerschaltung integriert werden können.
  • WO 2014/ 086 479 A1 beschreibt einen Power-FinFET mit Sourcekontakttrench, Drainkontakttrench, Bodykontaktteil und mit Driftzone. US 2008/0 094 000 A1 beschreibt ein LED-Beleuchtungssystem. US 6 118 149 A beschreibt einen MOSFET mit in einem Graben angeordneter Gate-Elektrode. US 2012 / 0 175 634 A1 beschreibt eine Transistoranordnung mit einem ersten Transistor und einer Reihenschaltung mit einer Vielzahl weiterer Transistoren. US 2009/0 026 537 A1 beschreibt einen MOS-Transistor mit Gatetrenches und mit einer abgesenkten Oberfläche im Source- und im Drainbereich.
  • Demgemäß ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Schalter, eine verbesserte integrierte Schaltung und ein verbessertes System anzugeben, die jeweils den oben angegebenen Forderungen genügen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe durch den Anmeldungsgegenstand gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Schalter einen Feldeffekttransistor in einem Halbleitersubstrat, das eine erste Hauptoberfläche hat. Der Transistor umfasst einen Sourcebereich von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, einen Drainbereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp, einen Bodybereich vom ersten Leitfähigkeitstyp und eine Gateelektrode bei dem Bodybereich. Die Gateelektrode ist gestaltet, um eine Leitfähigkeit eines in dem Bodybereich gebildeten Kanals zu steuern. Die Gateelektrode ist in Gatetrenches untergebracht. Der Bodybereich ist längs einer ersten Richtung zwischen dem Sourcebereich und dem Drainbereich gelegen, wobei die erste Richtung parallel zu der ersten Hauptoberfläche ist. Der Bodybereich hat eine Gestalt eines Grates, der sich längs der ersten Richtung erstreckt. Der Bodybereich ist direkt angrenzend an den Sourcebereich und direkt angrenzend an den Drainbereich vorgesehen, wobei eine Driftzone zwischen Bodybereich und Drainbereich abwesend ist. Der Schalter umfasst weiterhin einen Sourcekontakt in einem Sourcekontakttrench, einen Drainkontakt in einem Drainkontakttrench und einen Bodykontaktteil. Der Sourcekontakt ist elektrisch verbunden mit einem Sourceanschluss. Der Bodykontaktteil ist in dem Halbleitersubstrat angrenzend an den Sourcekontakt angeordnet und mit dem Sourcekontakt und dem Bodybereich elektrisch verbunden. Der Bodykontaktteil erstreckt sich nicht bis zum dem Drainkontakt.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung zu liefern. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander. Gleiche Bezugszeichen geben entsprechend ähnliche Teile an.
    • 1A zeigt eine vertikale Schnittdarstellung eines Schalters gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 1B zeigt eine horizontale Schnittdarstellung eines Schalters gemäß dem Ausführungsbeispiel.
    • 1C zeigt eine weitere vertikale Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels.
    • 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 3A zeigt eine Schnittdarstellung eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 3B zeigt eine Schnittdarstellung eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 4 zeigt ein Ersatzschaltungsdiagramm eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 5A zeigt eine Schnittdarstellung eines Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    • 5B zeigt ein Ersatzschaltdiagramm eines Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • 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 ausgebildet werden kann. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie, wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „Vorne“, „Hinten“ usw. im Hinblick auf die Orientierung bzw. Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen der Erfindung in einer Anzahl von verschiedenen Orientierungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie für Zwecke der Darstellung benutzt und ist insoweit nicht begrenzend.
    Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht begrenzend. Insbesondere können Elemente von Ausführungsbeispielen, die im Folgenden beschrieben sind, mit Elementen von verschiedenen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
  • Die Begriffe „Wafer“, „Substrat“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können irgendeine auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie Silizium, Silizium-auf-Isolator (SOI), Silizium-auf-Saphir (SOS), dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Schichten von Silizium, getragen durch eine Basishalbleiterunterlage, und andere Halbleiterstrukturen umfassen. Der Halbleiter braucht nicht auf Silizium zu beruhen. Der Halbleiter könnte ebenso Silizium-Germanium, Germanium oder Galliumarsenid sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) das Halbleitersubstratmaterial bilden.
  • Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie diese in der vorliegenden Beschreibung verwendet sind, sollen eine Orientierung bzw. Ausrichtung parallel zu einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder eines Halbleiterkörpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder einer Die bzw. eines Chips sein.
  • Der Begriff „vertikal“, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Orientierung angeben, die senkrecht zu der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats oder Halbleiterkörpers ist.
  • Die hier verwendeten Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten Artikel und bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Die Figuren und die Beschreibung veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von „-“ oder „+“ nächst zu dem Dotierungstyp „n“ oder „p“. Beispielsweise bedeutet „n-“ eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines „n“-Dotierungsbereiches ist, während ein „n+“-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 den Figuren und der Beschreibung sind für ein besseres Verständnis oft dotierte Teile als „p“- oder „n“-dotiert bezeichnet. Wie klar zu verstehen ist, soll diese Bezeichnung insoweit nicht begrenzend sein. Der Dotierungstyp kann willkürlich sein, solange die beschriebene Funktionalität erzielt wird. Weiterhin können in allen Ausführungsbeispielen die Dotierungstypen umgekehrt werden.
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf einen „ersten“ und einen „zweiten“ Leitfähigkeitstyp bzw. Leitungstyp von Dotierstoffen, mit denen Halbleiterteile dotiert sind. Der erste Leitfähigkeitstyp kann ein p-Typ sein, und der zweite Leitfähigkeitstyp kann ein n-Typ sein oder umgekehrt. Wie allgemein bekannt ist, können abhängig von dem Dotierungstyp oder der Polarität der Source- und Drainbereiche Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGFETs), wie beispielsweise MetallOxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) n-Kanal- oder p-Kanal-MOSFETs sein. Beispielsweise sind in einem n-Kanal-MOSFET der Source- und der Drainbereich mit n-Typ-Dotierstoffen dotiert. In einem p-Kanal-MOSFET sind der Source- und der Drainbereich mit p-Typ-Dotierstoffen dotiert. Wie klar zu verstehen ist, können in dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung die Dotierungstypen umgekehrt werden. Wenn ein spezifischer Strompfad mittels einer Richtungssprache beschrieben ist, ist diese Beschreibung nur so zu verstehen, dass sie den Pfad und nicht die Polarität des Stromflusses anzeigt, d.h., ob der Strom von Source nach Drain oder umgekehrt fließt. Die Figuren können polaritätsempfindliche Komponenten umfassen, beispielsweise Dioden. Wie klar zu verstehen ist, ist die spezifische Anordnung dieser polaritätsempfindlichen Komponenten als ein Beispiel gegeben und kann umgekehrt werden, um die beschriebene Funktionalität zu erzielen, abhängig davon, ob der erste Leitfähigkeitstyp einen n-Typ oder einen p-Typ bedeutet.
  • Die in dieser Beschreibung verwendeten Begriffe „gekoppelt“ und/oder „elektrisch gekoppelt“ sollen nicht bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander gekoppelt sein müssen - dazwischenliegende Elemente können zwischen den „gekoppelten“ oder „elektrisch gekoppelten“ Elementen vorgesehen sein. Der Begriff „elektrisch verbunden“ soll eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den elektrisch miteinander verbundenen Elementen beschreiben.
  • 1A zeigt eine vertikale Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung. Wie in der vorliegenden Beschreibung erläutert wird, kann die Halbleitervorrichtung eine Komponente eines Schalters sein oder einen solchen ausführen. Weiterhin kann die Halbleitervorrichtung in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Der Schalter 2 umfasst einen Feldeffekttransistor 200, der in einem Halbleitersubstrat 100 gebildet ist, das eine erste Hauptoberfläche 110 hat. Der Feldeffekttransistor umfasst einen Sourcebereich 201, einen Drainbereich 205, einen Bodybereich 220 und eine Gateelektrode 210 bei dem Bodybereich 220. Die Gateelektrode 210 ist gestaltet, um eine Leitfähigkeit eines in dem Bodybereich 220 gebildeten Kanals zu steuern. Die Gateelektrode 210 ist in Gatetrenches 212 vorgesehen. Die Position der Gateelektrode 212 ist durch Strichlinien in der Schnittdarstellung von 1A angezeigt. Die Gatetrenches bzw. -gräben 212 sind vor und hinter der Zeichenebene angeordnet. Der Bodybereich 220 ist längs einer ersten Richtung, beispielsweise der x-Richtung, zwischen dem Sourcebereich 201 und dem Drainbereich 205 vorgesehen. Die erste Richtung ist parallel zu der ersten Hauptoberfläche 110.
  • Wie in mehr Einzelheiten anhand von 1C erläutert werden wird, hat der Bodybereich 220 eine Gestalt eines Grates bzw. Firsts, der sich längs der ersten Richtung erstreckt. Der Bodybereich 220 ist benachbart zu dem Sourcebereich 201 und dem Drainbereich 205 vorgesehen. Der Bodybereich 220 kontaktiert den Sourcebereich 201 und den Drainbereich 205. Eine Driftzone von der Halbleitervorrichtung ist abwesend bzw. fehlt. Insbesondere ist keine Driftzone zwischen dem Bodybereich und dem Drainbereich 205 angeordnet. Die Halbleitervorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Sourcekontakt 202 und einen Bodykontaktteil 225. Der Sourcekontakt 202 ist elektrisch mit dem Sourcebereich 201 verbunden. Der Bodykontaktteil 225 ist in dem Halbleitersubstrat 100 angrenzend an den Sourcekontakt 202 angeordnet. Der Bodykontaktteil 225 ist elektrisch mit dem Sourcekontakt 202 und dem Bodybereich 220 verbunden.
  • Der Bodybereich 220 ist von dem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise einem p-Typ. Der Sourcebereich 201 und der Drainbereich 205 sind von dem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise einem n-Typ.
  • Das Halbleitersubstrat 100 kann eine erste (Boden-)Schicht 130 des ersten Leitfähigkeitstyps und eine epitaktisch gewachsene zweite Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die über der ersten Schicht 130 gebildet ist, umfassen. Eine weitere vergrabene Schicht 135 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann zwischen der ersten Schicht 130 des ersten Leitfähigkeitstyps und der zweiten Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet sein. Die vergrabene Schicht 135 kann mit einer höheren Dotierungskonzentration dotiert sein als die zweite Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps.
  • Die Komponenten des Feldeffekttransistors 200 können in einer Wanne eines ersten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise eines p-Typs, gebildet sein. Der erste Wannenbereich 150 kann in der zweiten Halbleiterschicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet sein.
  • Die zweite Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann über einen Substratkontakt 292 kontaktiert sein. Ein dotierter Teil 291 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann zwischen dem Substratkontakt 292 und der zweiten Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet sein. Der Substratkontakt 292 kann elektrisch mit einem Kontaktanschluss 293 gekoppelt sein. Die zweite Schicht 140 kann elektrisch mit einem angemessenen Potential durch Anlegen einer geeigneten Spannung an den Kontaktanschluss 293 verbunden sein. Als eine Folge wird der pn-Übergang, der zwischen dem ersten Wannenbereich 150 und der zweiten Schicht 140 gebildet ist, rückwärts vorgespannt, um den ersten Wannenbereich 150 von der vergrabenen Schicht 135 zu isolieren. Insbesondere können der Feldeffekttransistor 200 und die vergrabene Schicht 135 sehr wirksam voneinander isoliert werden.
  • Wie in 1A dargestellt ist, kann ein pn-Übergang zwischen der zweiten Schicht 140 und dem Wannenbereich 150 benachbart zu der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats 100 angeordnet sein. Dieser Teil kann durch einen isolierenden Schichtteil 281 bedeckt sein. Eine Feldplatte 280 kann benachbart zu der isolierenden Schicht 281 angeordnet sein. Dadurch können elektrische Felder in der Nähe des pn-Überganges angemessen geformt werden. Insbesondere können Komponenten über der Substratoberfläche gegenüber elektrischen Feldern, die durch den pn-Übergang verursacht sind, geschützt werden. Darüber hinaus wird der pn-Übergang gegenüber elektrischen Feldern geschützt, die durch Komponenten verursacht sind, die über der Substratoberfläche angeordnet sind, wie beispielsweise Metallisierungsschichten. Insbesondere kann eine Durchbruchspannung aufgrund des Vorhandenseins der Feldplatte 280 verschoben werden.
  • 1B zeigt eine horizontale Schnittdarstellung der in 1A veranschaulichten Halbleitervorrichtung 1. Eine horizontale Darstellung ist so geführt, dass sie die Gatetrenches 212, den Sourcekontakt 202, den Drainkontakt 206 und den Substratkontakt 292 schneidet. Wie gezeigt ist, sind der Sourcekontakt 202, der Drainkontakt 206 und optional der Substratkontakt 292 in jeweiligen Trenches bzw. Gräben gebildet, die sich längs der zweiten Richtung (beispielsweise y-Richtung) erstrecken können, die senkrecht zu der ersten Richtung ist. Der Sourcebereich 201 ist benachbart zu einer Seitenwand des Sourcekontakttrenches 321 gebildet, in welchem der Sourcekontakt 202 angeordnet ist. Weiterhin kann der Drainbereich 205 benachbart zu der Seitenwand und einer Bodenseite des Drainkontakttrenches 322 vorgesehen sein, in welchen der Drainkontakt 206 angeordnet ist. Der Substratkontakt 292 ist weiterhin in einem Substratkontakttrench 323 gebildet. Seitenwände und Bodenseite des Substratkontakttrenches 323 können dotiert sein, um den dotierten Teil 291 zu bilden.
  • 1C zeigt eine Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung 1 zwischen II und II', wie dies auch in 1B dargestellt ist. Die Schnittdarstellung von 1C ist geführt, um eine Vielzahl von Gatetrenches 212 zu schneiden. Wie dargestellt ist, ist das Halbleitermaterial des ersten Leitfähigkeitstyps durch benachbarte Trenches bzw. Gräben 212 strukturiert bzw. gemustert. Aufgrund des Strukturierens können getrennte Lamellen oder Teile von Halbleitermaterial, das die einzelnen Grate bildet, gebildet werden. Die Grate umfassen eine obere Oberseite 220a und Seitenwände 220b. Eine Gatedielektrikumschicht 211 ist benachbart zu den Seitenwänden 220b und der oberen Oberseite 220a von jedem der Grate vorgesehen. Weiterhin ist ein leitendes Material in die Trenches zwischen benachbarten Graten gefüllt, um die Gateelektrode 210 zu bilden. Wie erläutert wurde, hat der Bodybereich 220 die Gestalt eines Grates, der sich in der ersten Richtung erstreckt, oder einer Finne bzw. einer Rippe. Insbesondere ist der Bodybereich 320 in einen Grat strukturiert durch benachbarte Trenches, die sich in der ersten Richtung erstrecken. Die Seitenwände 220b können sich senkrecht oder unter einem Winkel von mehr als 75° bezüglich der ersten Hauptoberfläche 110 erstrecken. Die Gateelektrode 210 kann benachbart bei zwei Seitenwänden des Grates angeordnet sein. Darüber hinaus brauchen die obere Oberfläche 220a und die Seitenwände 220b des Grates nicht als vollständig gerade Linien ausgeführt zu sein. Beispielsweise können die Schnittpunkte zwischen der oberen Oberfläche 220a und den Seitenwänden 220b als gerundete Ecken ausgebildet sein. In ähnlicher Weise können die Bodenteile der Gatetrenches 212 gerundete Ecken zu den Seitenwänden 220b der Grate bilden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfüllt die Breite d1 des Grates die Beziehung d1 > 2 x ld, wobei ld eine Länge einer Verarmungszone bezeichnet, die an der Schnittfläche zwischen der Gatedielektrikumschicht 211 und dem Bodybereich 220 gebildet ist. Im Allgemeinen wird angenommen, dass in einem Transistor die Länge der Verarmungszone bei einer Gatespannung entsprechend der Schwellenspannung der maximalen Breite der Verarmungszone entspricht. Beispielsweise kann die Breite der Verarmungszone bestimmt werden zu: l d = 4 ε s k T ln ( N A / n i ) q 2 N A
    Figure DE102015106688B4_0001
    wobei εs die Dielektrizitätskonstante des Halbleitermaterials bezeichnet (11,9 * ε0 für Silizium), k die Boltzmann-Konstante ist (1,38066 * 10-23 J/K), T die Temperatur ist, beispielsweise 293 K, In den natürlichen Logarithmus angibt, NA die Fremdstoffkonzentration des Halbleiterkörpers bedeutet, ni die intrinsische Trägerkonzentration ist (1,45 * 1010 für Silizium bei 27°C), q die Elementarladung bedeutet (1,6 * 10-19 C) .
  • Insbesondere brauchen die Kanalteile 215, die an entgegengesetzten Seitenwänden 220b eines Grates gebildet sind, nicht miteinander zu verschmelzen, so dass der Bodybereich 220 mit dem Bodykontaktteil 225 längs der gesamten Länge des Bodybereiches 220 verbunden sein kann. Beispielsweise kann die Breite der Trenches angenähert 20 bis 1000 nm, beispielsweise mehr als 200 nm längs der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats 100, sein. Weiterhin kann der Abstand zwischen benachbarten Trenches, der der Breite d1 der Grate entspricht, größer als 100 nm, beispielsweise größer als 130 nm, z.B. sogar größer als 200, 300, 400 oder 500 nm, sein. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Breite d1 des Grates gegeben durch d1 < 2 x ld, wobei ld die Länge einer Verarmungszone bezeichnet, die an der Zwischenfläche zwischen der Gatedielektrikumschicht 211 und dem Bodybereich 220 gebildet ist. In diesem Fall können die Kanalbereiche, die in den Graten an entgegengesetzten Seitenwänden 220b des Grates gebildet sind, einander physikalisch kontaktieren oder miteinander verschmelzen, wenn beispielsweise eine Spannung entsprechend der Schwellenspannung an den Gateanschluss angelegt ist.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel braucht der Bodybereich 220 nicht vollständig verarmt zu sein, wenn die Gateelektrode auf ein geeignetes Potential gesetzt ist. Ein derartiger Transistor wird auch als ein „vollständig verarmter“ Transistor bezeichnet. In einem derartigen Transistor kann eine optimale Unterschwellenspannung erzielt werden, und Kurzkanaleffekte können wirksam unterdrückt werden, was in verbesserten Vorrichtungseigenschaften resultiert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Breite der Grate angenähert 20 bis 130 nm, beispielsweise 40 bis 120 nm, längs der zweiten Richtung und parallel zu der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats 100 sein.
  • Wenn der Transistor eingeschaltet wird, beispielsweise durch Anlegen einer geeigneten Spannung an die Gateelektrode 210, wird eine leitende Inversionsschicht 215 (leitender Kanal) an der Grenze zwischen dem Bodybereich 220 und der Gatedielektrikumschicht 211 gebildet. Demgemäß ist der Transistor in einem leitenden Zustand von dem Sourcebereich 201 zu dem Drainbereich 205. Im Falle eines Ausschaltens wird keine leitende Inversionsschicht gebildet, und der Transistor ist in einem nichtleitenden Zustand.
  • Der Transistor kann beispielsweise eine Sperrspannung in einer Spanne von 0,3 bis 10 V, z.B. 1,4 V bis ungefähr bzw. angenähert 4 V zwischen dem Sourcebereich 201 und dem Drainbereich 205 in einem Aus-Zustand aushalten. Ströme, die in einem Ein-Zustand fließen, können bis zu angenähert 1,5 Ampere oder mehr betragen. Aufgrund der speziellen Konfiguration des Bodybereiches, der die Gestalt eines Grates hat, kann eine höhere effektive Kanalbreite bei einem reduzierten Vorrichtungsgebiet bzw. einer reduzierten Vorrichtungsfläche erzielt werden. Weiterhin können Leckströme reduziert werden, da Kurzkanaleffekte besser unterdrückt werden können. Als ein Ergebnis kann die effektive Breite des Transistors stark vergrößert werden, ohne die laterale Ausdehnung des Transistors zu erhöhen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann sich der Sourcebereich 201 bis wenigstens 0,5 x die Tiefe der Gatetrenches 212 erstrecken. Als ein Ergebnis kann der Bodybereich 220 mit dem Sourcebereich 201 über eine große Ausdehnungs- bzw. Erstreckungstiefe verbunden sein. Dadurch kann die effektive Kanalbreite weiter gesteigert werden. Aufgrund des Vorhandenseins der Bodykontaktteile 225 wird ein niederohmiger Kontakt des Bodybereiches 220 mit einem Sourceanschluss 271 über die Sourcekontakte 202 ausgebildet, und ein parasitärer Bipolartransistor kann zerstört oder unterdrückt werden.
  • Aufgrund der spezifischen Konfiguration, gemäß welcher die Halbleitervorrichtung in einem Wannenbereich 150 des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, beispielsweise in einer p-Typ-Wanne, die in der zweiten Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, können Leckströme an einem Fließen zu dem Substrat verhindert werden. Aufgrund des Vorhandenseins der vergrabenen Schicht 135 kann eine höhere Robustheit bezüglich der ersten (p-dotierten) Schicht 130 erzielt werden. Wenn beispielsweise Löcher von dem Substrat injiziert werden, schützt die vergrabene Schicht 135 die Halbleitervorrichtung gegenüber der Injektion von Löchern.
  • Gemäß einer unterschiedlichen Interpretation kann der in 1A bis 1C veranschaulichte Schalter 2 als ein Schalter 2 verstanden werden, der einen Feldeffekttransistor 200 umfasst, der in einem Halbleitersubstrat 100 gebildet ist, das eine erste Hauptoberfläche 110 hat. Der Feldeffekttransistor 200 umfasst einen Sourcekontakttrench 321 und einen Drainkontakttrench 322, die jeweils in einer zweiten Richtung parallel zu der ersten Hauptoberfläche verlaufen. Ein leitendes Material ist in dem Sourcekontakttrench 321 und in dem Drainkontakttrench 322 gebildet, die jeweils in der ersten Hauptoberfläche ausgebildet sind. Der Feldeffekttransistor 200 umfasst weiterhin Gateelektrodenstrukturen 210 und Bodybereiche 220, die sich zwischen dem Sourcekontakttrench 321 und dem Drainkontakttrench 322 erstrecken. Die Gateelektrodenstrukturen 210 und die Bodybereiche 220 sind in einer abwechselnden Weise längs der zweiten Richtung, beispielsweise der y-Richtung, angeordnet. Der Feldeffekttransistor 200 umfasst weiterhin einen Sourcebereich 201, der elektrisch mit dem Sourcekontakt 202 in dem Sourcekontakttrench 321 verbunden und benachbart zu dem Bodybereich 220 ist. Der Feldeffekttransistor 200 umfasst weiterhin Drainbereiche 205, die elektrisch mit dem Drainkontakt 206 in dem Drainkontakttrench 322 verbunden und benachbart zu den Bodybereichen 220 sind. Der Feldeffekttransistor umfasst weiterhin einen Bodykontaktteil 225 angrenzend an den Sourcekontaktgraben und elektrisch verbunden mit dem Sourcekontakt 202 in dem Sourcekontakttrench 321.
  • Die in 1A bis 1C veranschaulichte Halbleitervorrichtung kann in geeigneter Weise als ein lateraler Niederspannungs-Leistungsschalter oder Transistor, z.B. als ein niederohmiger Niederspannungsschalter, verwendet werden. Beispielsweise kann sich der Begriff „Niederspannung“ auf Source-Drain-Spannungen von angenähert bis zu 15 V beziehen.
  • 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie gezeigt ist, umfasst die integrierte Schaltung 3 eine Vielzahl von Schaltern 21 , 22 , ..., 24 , die in Reihe verbunden bzw. geschaltet sind. Eine Zwischenverbindungsleitung 294 kann zwischen jedem der Schalter 21 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Zwischenverbindungsleitung 294 über dem Halbleitersubstrat 100 angeordnet oder innerhalb des Halbleitersubstrates 100 vorgesehen sein. Die Schalter 21 , ..., 24 haben einen ähnlichen Aufbau wie der in 1A bis 1C veranschaulichte Schalter 2. Beispielsweise weisen die Schalter 21 , ..., 24 einen Sourcebereich 201, einen Drainbereich 205 und einen Bodybereich 220 aufweisen.
  • Der Bodybereich 220 ist längs der ersten Richtung zwischen dem Sourcebereich 201 und dem Drainbereich angeordnet. Die erste Richtung ist parallel zu der ersten Hauptoberfläche. Der Bodybereich 220 hat die Gestalt eines Grates, der sich längs der ersten Richtung erstreckt. Der Bodybereich 220 ist benachbart zu dem Sourcebereich 201 und dem Drainbereich 205. Jeder der Schalter umfasst weiterhin eine Gateelektrode 210, die an dem Bodybereich 220 vorgesehen ist. Die Gateelektrode 210 kann gestaltet sein, um eine Leitfähigkeit eines in dem Bodybereich 220 gebildeten Kanals zu steuern.
  • Die Gateelektrode 210 ist in Gatetrenches 212 vorgesehen, die durch Strichlinien in 2 angezeigt sind. Jede der Gateelektroden 210 der einzelnen Schalter 21 , ..., 24 kann getrennt gesteuert werden durch Anlegen eines entsprechenden Potentials an den jeweiligen Anschluss 2721 , 2722 , 2723 und 2724 . Jeder der Schalter kann weiterhin einen Bodykontaktteil 225 und einen Sourcekontakt 202 aufweisen. Der Sourcekontakt 202 kann elektrisch mit einem Sourceanschluss 271 verbunden sein, und der Bodykontaktteil 225 ist in dem Halbleitersubstrat 100 angrenzend an den Sourcekontakt 202 angeordnet und mit dem Sourcekontakt 202 und dem Bodybereich 220 elektrisch verbunden. Der Sourcebereich 201 des ersten Schalters 21 kann elektrisch über den Sourcekontakt 202 mit einem Sourceanschluss 271 gekoppelt sein, der dem Massepotential entsprechen kann. Der Drainkontakt 206 des ersten Schalters 21 , des zweiten Schalters 22 und des dritten Schalters 23 kann mit dem Sourcekontakt 202 des folgenden oder nächsten Schalters 22 , 23 oder 24 verbunden sein. Der Drainkontakt 206 des letzten Schalters 204 der Reihe kann mit einem Drainanschluss 273 verbunden sein.
  • Das Halbleitersubstrat 100 kann eine erste (Boden-)Schicht 130 des ersten Leitfähigkeitstyps und eine epitaktisch gewachsene zweite Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die über der ersten Schicht 130 gebildet ist, umfassen. Eine weitere vergrabene Schicht 135 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann zwischen der ersten Schicht 130 des ersten Leitfähigkeitstyps und der zweiten Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet sein. Die vergrabene Schicht 135 kann mit einer höheren Dotierungskonzentration als die zweite Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann jeder der Schalter in einem jeweiligen Halbleitersubstratteil angeordnet sein, und die Halbleitersubstratteile können voneinander isoliert sein. Beispielsweise können die Komponenten der einzelnen Schalter 21 , 22 , 23 , 24 in isolierten ersten Wannenbereichen 150 eines ersten Leitfähigkeitstyps, z.B. eines p-Typs, gebildet sein. Die ersten Wannenbereiche 150 können in der zweiten Halbleiterschicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet sein. Die zweite Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann über einen Substratkontakt 292 kontaktiert sein. Die integrierte Schaltung von 2 kann weiterhin einen Substratkontakt 292 umfassen, der elektrisch die zweite Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einem Kontaktanschluss 293 koppeln kann. Der Substratkontakt 292 kann über einen dotierten Teil 291 des zweiten Leitfähigkeitstyps mit der zweiten Halbleiterschicht 140 des Leitfähigkeitstyps gekoppelt sein. Durch Anlegen eines geeigneten Potentials an den Kontaktanschluss 293 kann der zwischen dem ersten Wannenbereich 150 und der zweiten Halbleiterschicht 140 gebildete pn-Übergang rückwärts vorgespannt werden, um benachbarte Schalter voneinander zu isolieren. Weiterhin ist jeder der Schalter von der vergrabenen Schicht 135 und den Komponenten isoliert, die unterhalb der zweiten Halbleiterschicht 140 liegen.
  • Das beschriebene Isolationsschema, gemäß welchem jeder der Schalter in einem getrennten ersten Wannenbereich 150 gebildet wird, ist als ein Beispiel gegeben. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann diese Isolation auch mittels eines Isolationstrenches erreicht werden, der mit isolierendem Material gefüllt ist.
  • Weiterhin kann die integrierte Schaltung eine Feldplatte 280 aufweisen, die benachbart zu einer isolierenden Schicht 281 angeordnet ist, die über dem pn-Übergang gebildet ist, der zwischen der zweiten Schicht 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps und dem Wannenteil 150 des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet ist. Dadurch können elektrische Felder in der Nähe des pn-Überganges in geeigneter Weise geformt werden. Insbesondere können Komponenten, die über der Substratoberfläche angeordnet sind, gegenüber elektrischen Feldern geschützt werden, die durch den pn-Übergang verursacht sind.
  • 3A zeigt eine Schnittdarstellung eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das System 4 von 3A umfasst eine integrierte Schaltung 3, die ähnliche Komponenten wie die integrierte Schaltung von 2 aufweist. Weiterhin umfasst das System von 3A wenigstens eine Last 2951 , 2952 , 2953 , 2954 , die parallel mit irgendeinem der Schalter 21 , 22 , 23 und 24 verbunden sein kann. Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel können Lasten 2951 , 2952 , 2953 , 2954 parallel jeweils mit jedem der Schalter 21 , 22 , 23 und 24 verbunden sein. Beispielsweise kann die Last ein lichtemittierendes Element, wie beispielsweise eine LED („lichtemittierende Diode“ bzw. Leuchtdiode), eine Glühlampe und anderes sein. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Last ein resistives Element, wie beispielsweise ein Heizwiderstand, sein.
  • Aufgrund der speziellen Konfiguration des Systems können Lasten selektiv durch Einstellen jeweiliger Schalter 21 , 22 , 23 und 24 in einen EIN-Zustand kurzgeschlossen werden. Dies kann erreicht werden durch selektives Aktivieren der Gateelektroden 210 der jeweiligen Schalter und Anlegen eines geeigneten Potentials an die Gateanschlüsse 2721 , 2722 , 2723 und 2724 .
  • Aufgrund dieser spezifischen Konfiguration kann ein spezifisches Muster von aktivierten Lasten erzeugt werden durch geeignetes Anordnen der Reihenverbindung der Schalter 21 , ..., 24 und durch geeignetes Aktivieren der Gateelektroden 210 der jeweiligen Schalter.
  • Die in 3A dargestellte integrierte Schaltung bildet einen Multi- bzw. Mehrfach-Floatschalter aus, in welchem die an den Sourcebereich 201 und den Drainbereich 205 von jedem einzelnen Schalter angelegten Potentiale nicht festgelegt sind, sondern von dem Schaltzustand der benachbarten Schalter abhängen können. Das heißt, wenn alle Schalter auf einen EIN-Zustand gesetzt sind, kann das Potential an dem Sourcebereich 201 und an dem Drainbereich 205 von einem Fall verschieden sein, in welchem lediglich einige der Schalter auf einen EIN-Zustand gesetzt sind.
  • 3B zeigt eine weitere Ausgestaltung gemäß welcher jede der Lasten durch eine LED 2961 , 2962 , 2963 , 2964 ausgebildet ist. Wie bekannt ist, können hohe Ströme über die LED fließen und können die LED zerstören bzw. beschädigen. Demgemäß ist gewöhnlich, wenn eine LED mit einer Batterie verbunden ist, ein Widerstand in Reihe mit der LED verbunden, um den Strom zu reduzieren. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das System oder die integrierte Schaltung anstelle eines Reduzierens der an einer beliebigen LED der LEDs liegenden Spannung weiterhin einen DC/DC-Wandler 297, um die an der Reihe von LEDs liegende Spannung zu steuern. Aufgrund dieser Anordnung mit einem DC/DC-Wandler anstelle eines Widerstandes kann Energie eingespart werden, und weniger Leistung wird verbraucht. Weiterhin können aufgrund des Vorhandenseins eines DC/DC-Wandlers die anliegenden Spannungen in einer großen Spanne verändert werden. Als eine Folge kann eine Kette oder eine Reihe von Lasten, beispielsweise LEDs, die eine große Anzahl von Lasten aufweisen, angetrieben bzw. angesteuert werden.
  • Abhängig von der Versorgungsspannung und der Anzahl von Lasten, beispielsweise LEDs, und folglich der zum Ansteuern der LEDs erforderlichen Spannung kann der DC/DC-Wandler ein Hochsetzsteller, ein Abwärtswandler bzw. Tiefsetzsteller oder ein Abwärts/Aufwärts-Wandler bzw. -Regler sein. Beispielsweise kann der Wandler 297 ein Aufwärts/Abwärts-Wandler sein und kann die anliegende Spannung vermindern, wenn die LEDs ausgeschaltet sind (Abwärts). Andererseits kann der Wandler 297 die Spannung erhöhen, wenn eine Vielzahl von LEDs eingeschaltet ist (Aufwärts).
  • Beispielsweise kann der Wandler 297 in Reihe mit einer Batterie 299 verbunden sein. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Wandler 297 in dem gleichen Halbleitersubstrat 100 angeordnet sein, in welchem die integrierte Schaltung mit der Reihenverbindung von Schaltern gebildet ist. Gewöhnlich sollte ein Wandler die Spannung bei einer hohen Geschwindigkeit erhöhen oder vermindern. Demgemäß ist eine rasche Kommunikation zwischen Wandler und den Schaltern 21 , ..., 24 wünschenswert. Beispielsweise kann der Wandler mit einer Batterie 299 über einen High-Side- bzw. Hochseiten-Schalter 298, z.B. einen ProFET™ verbunden sein. Der High-Side-Schalter wirkt als Schutzschalter.
  • Aufgrund der spezifischen, in 3B gezeigten Anordnung, in welcher eine Vielzahl von Schaltern 21 , ..., 24 in Reihe verbunden sind und weiterhin LEDs 2961 , ..., 2964 parallel zu jedem der Schalter 21 , ..., 24 liegen, kann ein System realisiert werden, das einen sehr kleinen Ron·A und ein sehr kleines Gebiet hat, während gleichzeitig geringe Leckströme und eine hohe Wirksamkeit bzw. Effizienz vorgesehen sind.
  • Wie beschrieben wurde, kann die integrierte Schaltung 3 den Wandler 297 und optional den High-Side-Schalter 298 umfassen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind diese Komponenten innerhalb des gleichen Halbleitersubstrates 100 integriert. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können der Wandler 297 und/oder der High-Side-Schalter 298 in verschiedenen Substraten gebildet werden. Beispielsweise können die integrierte Schaltung 3, der Wandler 297 und/oder der High-Side-Schalter 298 auf der gleichen Platte 300 montiert werden.
  • Beispielsweise kann das hier beschriebene System 4 in Automobil-Anwendungen verwendet werden. Insbesondere kann das System von 3B ein Vorderseitenbeleuchtungssystem eines Wagens bzw. Fahrzeuges ausführen. Zunehmend werden LED-Beleuchtungslösungen in dem Vorderseitengebiet von Fahrzeugen verwendet. Adaptive Beleuchtungssysteme ermöglichen spezielle LED-Muster, die zu erzeugen sind, um ein gewünschtes Beleuchtungsmuster zu schaffen. Dies kann nützlich sein, beispielsweise zum Beleuchten einer Fußgängerkreuzung der Straße oder zum Verhindern, dass ein entgegenkommendes Fahrzeug geblendet wird. Weiterhin kann das Beleuchtungsmuster dynamisch geschaffen werden, wenn die Straße eine Biegung hat. Im Falle eines Wagen-Beleuchtungssystems kann eine typische Versorgungsspannung 12 V betragen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die integrierte Schaltung mit der Vielzahl von Schaltern und dem DC/DC-Wandler Spannungen in einer Spanne von 0 V bis angenähert 70 bis 80 V oder sogar mehr liefern.
  • Die integrierte Schaltung 3 kann verwendet werden, um eine Vielzahl von LEDs eines derartigen Beleuchtungssystems anzusteuern. Weiterhin kann das hier beschriebene System 4 ein derartiges Beleuchtungssystem ausgestalten. Wie klar zu verstehen ist, ist die Verwendung des Systems und der integrierten Schaltung nicht auf Wagen-Beleuchtungssysteme beschränkt. Beispielsweise kann die integrierte Schaltung auch in einem beliebigen Beleuchtungssystem, insbesondere einem Beleuchtungssystem, in welchem Beleuchtungsmuster erzeugt werden, verwendet werden. Beispiele umfassen unter anderem Überwachungssysteme, wie Rohr-Überwachungssysteme, Endoskope insbesondere für medizinische Anwendungen, Anzeigen bzw. Displays jeglicher Art und beleuchtete Reklame bzw. Werbung.
  • 4 zeigt ein Ersatzschaltdiagramm eines Systems 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das System umfasst eine integrierte Schaltung einschließlich einer Vielzahl von Schaltern 21 , ..., 2n , die in Reihe verbunden sind. Das System, die integrierte Schaltung und die Schalter können in der Weise ausgestaltet sein, wie dies anhand von 1A bis 3B beschrieben wurde. Das System 4 umfasst eine Vielzahl von Lasten 2951 , ..., 295n . Beispielsweise können die Lasten durch LEDs ausgebildet sein. Jede der LEDs ist parallel mit einem entsprechenden Schalter der Schalter 21 , ..., 2n verbunden. Diese Schaltung ist mit einem DC/DC-Wandler 297, beispielsweise einem Aufwärts/AbwärtsWandler verbunden. Der Aufwärts/Abwärts-Wandler 297 ist mit einer Batterie verbunden (in dieser Zeichnung nicht dargestellt). Der DC/DC-Wandler 297 und die integrierte Schaltung 3 können auf der gleichen Platte 300 montiert sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der DC/DC-Wandler 297 eine Komponente der integrierten Schaltung 3 sein. Insbesondere kann die integrierte Schaltung 3 den DC/DC-Wandler 297 umfassen. Die Kette von Lasten kann in einer beliebigen Weise angeordnet sein.
  • 5A zeigt eine vertikale Schnittdarstellung eines Systems 5 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das System 5 umfasst eine Vielzahl von Basis- bzw. Grundsystemen 511 , 512 , ..., 51n . Beispielweise können die Basissysteme 511 , 512 , ..., 51n parallel zueinander verbunden sein. Jedes der Basissysteme kann einen Schalter, wie dieser anhand von 1A bis 1C erläutert wurde, und eine Last 2951 , 2952 , ..., 295n umfassen. Beispielsweise kann die Last ein lichtemittierendes Element, wie eine LED („lichtemittierende Diode“ bzw. Leuchtdiode), eine Glühlampe und anderes sein. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Last ein resistives Element, wie beispielsweise ein Heizwiderstand, sein. Die Schalter 21 , 22 , ..., 2n können in Reihe mit der Last 2951 , 2952 , ..., 295n verbunden sein. Durch Steuern einer Gatespannung, die an der Gateelektrode 210 des Schalters 21 , 22 , ..., 2n liegt, kann der Strom, der über die in Reihe verbundene Last fließt, gesteuert werden. Wenn beispielsweise die Last ein lichtemittierendes Element ist, kann eine Leuchtdichte der Last durch Steuern der Gatespannung gesteuert werden. Als ein Ergebnis kann die Leuchtdichte in einer kosteneffizienten Weise gesteuert werden, da eine übermäßige Spannung nicht verbraucht zu werden braucht, sondern vermindert wird.
  • Beispielsweise kann das System weiterhin einen DC/DC-Wandler 297 in der Weise umfassen, wie dies oben beschrieben wurde. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der DC/DC-Wandler 297 einen Abwärtswandler ausgestalten, der die Spannung in eine niedrigere Spannung abhängig von einer Anzahl von Lasten, die eingeschaltet werden, umsetzt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können der DC/DC-Wandler 297 und die Vielzahl von Schaltern in dem gleichen Halbleitersubstrat 100 integriert sein.
  • 5B veranschaulicht ein Ersatzschaltungsdiagramm des Systems 5, das oben beschrieben wurde.
  • Das Basis- bzw. Grundsystem 511 , 512 , ..., 51n oder das System 5, das anhand von 5A und 5B beschrieben ist, kann in einem Beleuchtungssystem, beispielsweise in einem Automobil-Beleuchtungssystem verwendet werden. Wie klar zu verstehen ist, kann das Grundsystem oder das System in einer Vielzahl von verschiedenen Anwendungen benutzt werden.

Claims (19)

  1. Schalter (2) mit einem Feldeffekttransistor (200), in einem eine erste Hauptoberfläche (110) aufweisenden Halbleitersubstrat (100), umfassend: einen Sourcebereich (201) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp; einen Drainbereich (205) von dem zweiten Leitfähigkeitstyp; einem Drainkontakt (206), der in einem in der ersten Hauptoberfläche ausgebildeten Drainkontakttrench angeordnet ist, wobei der Drainbereich (205) direkt an den Drainkontakt (206) angrenzt; einen Bodybereich (220) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; und eine Gateelektrode (210) bei dem Bodybereich (220), wobei die Gateelektrode (210) gestaltet ist, um eine Leitfähigkeit eines in dem Bodybereich (220) gebildeten Kanales zu steuern, wobei die Gateelektrode (210) in Gatetrenches (212) vorgesehen ist, wobei der Bodybereich (220) längs einer ersten Richtung zwischen dem Sourcebereich (201) und dem Drainbereich (205) angeordnet ist, die erste Richtung parallel zu der ersten Hauptoberfläche ist, der Bodybereich (220) eine Gestalt eines Grates hat, der sich längs der ersten Richtung erstreckt, und der Bodybereich direkt angrenzend an den Sourcebereich (201) und direkt angrenzend an den Drainbereich (205) vorgesehen ist, wobei eine Driftzone zwischen Bodybereich (220) und Drainbereich (205) abwesend ist, wobei der Schalter (2) weiterhin einen Sourcekontakt (202), der in einem in der ersten Hauptoberfläche ausgebildeten Sourcekontakttrench (321) angeordnet ist, und einen Bodykontaktteil (225) aufweist, der Sourcekontakt (202) elektrisch mit einem Sourceanschluss (271) verbunden ist, und wobei der Bodykontaktteil (225) in dem Halbleitersubstrat (100) angrenzend an den Sourcekontakt (202) angeordnet und mit dem Sourcekontakt (202) und dem Bodybereich (220) elektrisch verbunden ist und sich lateral nicht bis zu dem Drainkontakt (206) erstreckt.
  2. Integrierte Schaltung (3), umfassend eine Vielzahl von Schaltern (2) nach Anspruch 1, wobei die Schalter (21, 22, ..., 2n) in Reihe verbunden sind.
  3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, bei der jeder der Schalter (21, 22, ..., 2n) in einem jeweiligen Substratteil angeordnet ist, wobei die Substratteile voneinander isoliert sind.
  4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, bei der das Halbleitersubstrat (100) eine dotierte Schicht (140) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine Vielzahl von ersten Wannenbereichen (150) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die in der dotierten Schicht (140) angeordnet sind, aufweist, wobei die Vielzahl von ersten Wannenbereichen (150) voneinander isoliert sind.
  5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 4, bei der die ersten Wannenbereiche (150) voneinander mittels eines pn-Überganges isoliert sind.
  6. Integrierte Schaltung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen DC/DC-Wandler (Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler).
  7. Integrierte Schaltung (3) nach Anspruch 6, bei der der DC/DC-Wandler ein Abwärts/Aufwärts-Wandler ist.
  8. System (4) mit der integrierten Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, weiterhin umfassend eine Last (2951, 2952, ..., 295n), die parallel mit einem der Schalter (21, 22, ..., 2n) verbunden ist.
  9. System (4) nach Anspruch 8, bei dem die Last (2951, 2952, ..., 295n) aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem lichtemittierenden Element, einer LED („lichtemittierende Diode“ bzw. Leuchtdiode), einer Glühlampe, einem resistiven Element und einem Heizwiderstand besteht.
  10. System (4) nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin umfassend einen DC/DC-Wandler.
  11. System (4) nach Anspruch 10, bei dem der DC/DC-Wandler ein Abwärts/Aufwärts-Wandler ist.
  12. System nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Vielzahl von Schaltern (21, 22, ..., 2n) und der DC/DC-Wandler (297) in das Halbleitersubstrat (100) integriert sind.
  13. Automobil-Beleuchtungssystem, umfassend die integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 7.
  14. Verwendung des Schalters nach Anspruch 1 in einem Beleuchtungssystem.
  15. Basissystem (511, 512, 51n) mit dem Schalter (2) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Last (2951, 2952, ..., 295n), die in Reihe mit dem Schalter (2) verbunden ist.
  16. Basissystem nach Anspruch 15, bei dem die Last (2951, 2952, ..., 295n) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem lichtemittierenden Element, einer LED („lichtemittierende Diode“ bzw. Leuchtdiode), einer Glühlampe, einem resistiven Element und einem Heizwiderstand besteht.
  17. System (5) mit einer Vielzahl von Basissystemen (511, 512, ..., 51n) nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Basissysteme parallel miteinander verbunden sind.
  18. System nach Anspruch 17, weiterhin umfassend einen DC/DC-Wandler (297).
  19. System nach Anspruch 18, bei dem der DC/DC-Wandler und die Vielzahl von Schaltern (21, 22, ..., 2n) der Basissysteme (511, 512, ..., 51n) in das Halbleitersubstrat (100) integriert sind.
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