DE102015204315B4 - Sensor für ein Halbleiterbauelement - Google Patents

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    • H01L29/47—Schottky barrier electrodes

Abstract

Halbleiteranordnung (1), die Folgendes umfasst:- einen Halbleiterkörper (10), wobei der Halbleiterkörper (10) ein Halbleiterdriftgebiet (103) enthält und das Halbleiterdriftgebiet (103) Dotierstoffe von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufweist;- ein erstes Halbleitersensorgebiet (101) und ein zweites Halbleitersensorgebiet (102), wobei sowohl das erste Halbleitersensorgebiet (101) als auch das zweite Halbleitersensorgebiet (102) elektrisch mit dem Halbleiterdriftgebiet (103) verbunden sind und Dotierstoffe von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der ein anderer ist als der erste Leitfähigkeitstyp;- einen ersten Metallkontakt (11), der ein erstes Metallmaterial umfasst, wobei der erste Metallkontakt (11) in Kontakt mit dem ersten Halbleitersensorgebiet (101) ist und ein Übergang zwischen dem ersten Metallkontakt (11) und dem ersten Halbleitersensorgebiet (101) einen ersten Metall-Halbleiter-Übergang (111) bildet;- einen zweiten Metallkontakt (12), der ein zweites Metallmaterial umfasst, das ein anderes ist als das erste Metallmaterial, wobei der zweite Metallkontakt (12) vom ersten Metallkontakt (11) getrennt und in Kontakt mit dem zweiten Halbleitersensorgebiet (102) ist, wobei ein Übergang zwischen dem zweiten Metallkontakt (12) und dem zweiten Halbleitersensorgebiet (102) einen zweiten Metall-Halbleiter-Übergang (121) bildet, der ein anderer ist als der erste Metall-Halbleiter-Übergang (111);- erste elektrische Übertragungsmittel (112), wobei die ersten elektrischen Übertragungsmittel (112) so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie ein erstes Sensorsignal (11-1), das von einem elektrischen Parameter des ersten Metallkontakts (11) abgeleitet ist, an einen ersten Signaleingang (21) einer Sensorsignalverarbeitungseinheit (2) liefern;- zweite elektrische Übertragungsmittel (122), die von den ersten elektrischen Übertragungsmitteln (112) getrennt sind, wobei die zweiten elektrischen Übertragungsmittel (122) so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie ein zweites Sensorsignal (12-1), das von einem elektrischen Parameter des zweiten Metallkontakts (12) abgeleitet ist, an einen zweiten Signaleingang (22) der Sensorsignalverarbeitungseinheit (2) liefern.

Description

  • GEBIET DER TECHNIK
  • Diese Beschreibung nimmt Bezug auf Ausführungsformen einer Halbleiteranordnung und auf Ausführungsformen eines Verfahrens zum Ermitteln eines physischen Parameters eines Halbleiterbauelements. Insbesondere nimmt diese Beschreibung Bezug auf Ausführungsformen von Halbleiteranordnungen, die Mittel zum Erfassen eines physischen Parameters eines Halbleiterbauelements umfassen.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Viele Funktionen moderner Einrichtungen in Automobil-, privaten und gewerblichen Anwendungen wie die Umwandlung elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer Elektromaschine sind auf Halbleiterbauelemente angewiesen. Bisher wurden zum Beispiel Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Dioden für verschiedene Anwendungen genutzt, unter anderem für Schalter in Stromversorgungen und Leistungsumformern.
  • Mitunter umfasst eine Halbleiteranordnung Mittel zum Ausführen einer Schutzfunktion wie einer Kurzschluss-Ausschaltfunktion. Zu diesem Zweck kann ein Halbleiterbauelement der Halbleiteranordnung elektrisch an eine Steuerschaltung gekoppelt sein, die den Betrieb des Halbleiterbauelements in Abhängigkeit von einer Halbleiterbauelementtemperatur und/oder in Abhängigkeit von einem Halbleiterbauelementlaststrom, der durch das Halbleiterbauelement fließt, steuert. Falls zum Beispiel die Halbleiterbauelementtemperatur und/oder der Halbleiterbauelementlaststrom einen jeweiligen Schwellenwert überschreitet, kann die Steuerschaltung reagieren, indem sie das Halbleiterbauelement ausschaltet, was dazu führt, dass der Laststrom auf ungefähr null reduziert wird.
  • Die DE 199 18 028 A1 offenbart ein Halbleiterbauelement, das ein Substrat vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer ersten und zweiten Seite beinhaltet und das eine Vielzahl an MOS-Zellen auf der ersten Seite des Substrats aufweist. Es sind weitere MOS-Zellen gleichen Aufbaus vorgesehen, die sich das Drain mit der Vielzahl MOS-Zellen teilen, während sie über eigene Source-Metallisierung verfügen und somit elektronisch von den Source-Gebieten der MOS-Zellen getrennt sind. Gleichermaßen weisen die weiteren MOS-Zellen ein vom ersten Gate der MOS-Zellen elektrisch isoliertes zweites Gate auf. Weiterhin ist ein in das Substrat eingelassenes und an die erste Seite reichendes Gebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp vorgesehen, das mit dem zweiten Gate der weiteren MOS-Zellen in elektrischer Verbindung steht, wobei das Potential dieses Gebietes gegenüber dem ersten und dem zweiten Source-Potential der MOS-Zellen und der weiteren MOS-Zellen floatet.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine Halbleiteranordnung dargelegt. Die Halbleiteranordnung umfasst Folgendes: einen Halbleiterkörper, wobei der Halbleiterkörper ein Halbleiterdriftgebiet enthält und das Halbleiterdriftgebiet Dotierstoffe von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; ein erstes Halbleitersensorgebiet und ein zweites Halbleitersensorgebiet, wobei sowohl das erste Halbleitersensorgebiet als auch das zweite Halbleitersensorgebiet mit dem Halbleiterdriftgebiet elektrisch verbunden sind und Dotierstoffe von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der ein anderer ist als der erste Leitfähigkeitstyp; einen ersten Metallkontakt, der ein erstes Metallmaterial umfasst, wobei der erste Metallkontakt in Kontakt mit dem ersten Halbleitersensorgebiet ist, wobei ein Übergang zwischen dem ersten Metallkontakt und dem ersten Halbleitersensorgebiet einen ersten Metall-Halbleiter-Übergang bildet; einen zweiten Metallkontakt, der ein zweites Metallmaterial umfasst, das ein anderes ist als das erste Metallmaterial, wobei der zweite Metallkontakt vom ersten Metallkontakt getrennt und in Kontakt mit dem zweiten Halbleitersensorgebiet ist, wobei ein Übergang zwischen dem zweiten Metallkontakt und dem zweiten Halbleitersensorgebiet einen zweiten Metall-Halbleiter-Übergang bildet, der ein anderer ist als der erste Metall-Halbleiter-Übergang; erste elektrische Übertragungsmittel, wobei die ersten elektrischen Übertragungsmittel so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie ein erstes Sensorsignal, das von einem elektrischen Parameter des ersten Metallkontakts abgeleitet ist, an einen ersten Signaleingang einer Sensorsignalverarbeitungseinheit liefern, und zweite elektrische Übertragungsmittel, die von den ersten elektrischen Übertragungsmitteln getrennt sind, wobei die zweiten elektrischen Übertragungsmittel so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie ein zweites Sensorsignal, das von einem elektrischen Parameter des zweiten Metallkontakts abgeleitet ist, an einen zweiten Signaleingang der Sensorsignalverarbeitungseinheit liefern.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine weitere Halbleiteranordnung dargelegt. Die weitere Halbleiteranordnung umfasst Folgendes: einen Halbleiterkörper, wobei der Halbleiterkörper ein Halbleiterdriftgebiet enthält und das Halbleiterdriftgebiet Dotierstoffe von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; einen ersten Lastkontakt, der elektrisch an den Halbleiterkörper gekoppelt ist, und einen zweiten Lastkontakt, der elektrisch an den Halbleiterkörper gekoppelt ist, wobei das Halbleiterdriftgebiet so angeordnet ist, dass es einen Laststrom zwischen dem ersten Lastkontakt und dem zweiten Lastkontakt in einem aktiven Gebiet des Halbleiterkörpers leitet; eine Vielzahl von Halbleiterdraingebieten, die mindestens teilweise im Inneren des Halbleiterkörpers zwischen dem aktiven Gebiet des Halbleiterkörpers und einem nicht aktiven Gebiet des Halbleiterkörpers angeordnet sind, wobei jedes der Vielzahl von Halbleiterdraingebieten in Kontakt mit dem Halbleiterdriftgebiet ist und Dotierstoffe von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der ein anderer ist als der erste Leitfähigkeitstyp, und wobei die Vielzahl von Halbleiterdraingebieten ein erstes Halbleiterdraingebiet, das als erstes Halbleitersensorgebiet fungiert, ein zweites Halbleiterdraingebiet, das als zweites Halbleitersensorgebiet fungiert, und ein drittes Halbleiterdraingebiet umfasst, wobei das dritte Halbleiterdraingebiet elektrisch mit dem ersten Lastkontakt verbunden und ausgelegt ist, um Ladungsträger aus dem Halbleiterdriftgebiet abfließen zu lassen; einen ersten Metallkontakt, der ein erstes Metallmaterial umfasst, wobei der erste Metallkontakt vom ersten Lastkontakt und vom zweiten Lastkontakt getrennt und in Kontakt mit dem ersten Halbleitersensorgebiet ist, wobei ein Übergang zwischen dem ersten Metallkontakt und dem ersten Halbleitersensorgebiet einen ersten Metall-Halbleiter-Übergang bildet; einen zweiten Metallkontakt, der ein zweites Metallmaterial umfasst, das ein anderes ist als das erste Metallmaterial, wobei der zweite Metallkontakt vom ersten Lastkontakt, vom zweiten Lastkontakt und vom ersten Metallkontakt getrennt und in Kontakt mit dem zweiten Halbleitersensorgebiet ist, wobei ein Übergang zwischen dem zweiten Metallkontakt und dem zweiten Halbleitersensorgebiet einen zweiten Metall-Halbleiter-Übergang bildet, der ein anderer ist als der erste Metall-Halbleiter-Übergang.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Ermitteln eines physischen Parameters eines Halbleiterbauelements dargelegt, wobei das Halbleiterbauelement Folgendes umfasst: einen Halbleiterkörper, wobei der Halbleiterkörper ein Halbleiterdriftgebiet enthält und das Halbleiterdriftgebiet Dotierstoffe von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; ein erstes Halbleitersensorgebiet und ein zweites Halbleitersensorgebiet, wobei sowohl das erste Halbleitersensorgebiet als auch das zweite Halbleitersensorgebiet elektrisch mit dem Halbleiterdriftgebiet verbunden sind und Dotierstoffe von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der ein anderer ist als der erste Leitfähigkeitstyp; einen ersten Metallkontakt, der ein erstes Metallmaterial umfasst, wobei der erste Metallkontakt in Kontakt mit dem ersten Halbleitersensorgebiet ist, wobei ein Übergang zwischen dem ersten Metallkontakt und dem ersten Halbleitersensorgebiet einen ersten Metall-Halbleiter-Übergang bildet; einen zweiten Metallkontakt, der ein zweites Metallmaterial umfasst, das ein anderes ist als das erste Metallmaterial, wobei der zweite Metallkontakt vom ersten Metallkontakt getrennt und in Kontakt mit dem zweiten Halbleitersensorgebiet ist, wobei ein Übergang zwischen dem zweiten Metallkontakt und dem zweiten Halbleitersensorgebiet einen zweiten Metall-Halbleiter-Übergang bildet, der ein anderer ist als der erste Metall-Halbleiter-Übergang. Das Verfahren umfasst Folgendes: Ableiten eines ersten Sensorsignals von einem elektrischen Parameter des ersten Metallkontakts, wobei der elektrische Parameter des ersten Metallkontakts ein elektrisches Potential des ersten Metallkontakts und/oder einen Strom durch den ersten Metallkontakt umfasst; Ableiten eines zweiten Sensorsignals von einem elektrischen Parameter des zweiten Metallkontakts, wobei der elektrische Parameter des zweiten Metallkontakts ein elektrisches Potential des zweiten Metallkontakts und/oder einen Strom durch den zweiten Metallkontakt umfasst; Ermitteln eines Werts des physischen Parameters des Halbleiterbauelements in Abhängigkeit vom ersten Sensorsignal und vom zweiten Sensorsignal, wobei der Wert eine Temperatur des Halbleiterkörpers und/oder einen vom Halbleiterkörper geleiteten Laststrom anzeigt.
  • Der Fachmann wird beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und beim Betrachten der beiliegenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht zwingend maßstabsgerecht, vielmehr wird der Schwerpunkt auf die Veranschaulichung von Prinzipien der Erfindung gelegt. Überdies bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren entsprechende Teile. In den Zeichnungen:
    • veranschaulicht 1 schematisch einen Teilabschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleiteranordnung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • veranschaulicht 2 schematisch einen Teilabschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleiteranordnung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • veranschaulicht 3 schematisch einen Teilabschnitt einer Draufsicht auf eine Halbleiteranordnung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • veranschaulicht 4 schematisch einen Teilabschnitt einer Draufsicht auf eine Halbleiteranordnung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • veranschaulicht 5 schematisch Komponenten einer Sensorsignalverarbeitungseinheit gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung konkrete Ausführungsformen gezeigt sind, gemäß denen die Erfindung praktisch umgesetzt werden kann.
  • In diesem Zusammenhang werden bezüglich der Orientierung der beschriebenen Figuren möglicherweise Lagebegriffe wie „Ober-“, „Unter-“, „Basis-“, „Front-“, „Hinter-“, „Rück-“, „Vorder-“, „End-“ etc. verwendet. Da Teile der Ausführungsformen in etlichen unterschiedlichen Orientierungen positioniert sein können, werden die Lagebegriffe zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und sollen in keiner Hinsicht einschränken. Es versteht sich, dass noch andere Ausführungsformen gebraucht und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht als einschränkend aufzufassen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird von den beigefügten Ansprüchen definiert.
  • Nunmehr soll im Einzelnen auf verschiedene Ausführungsformen eingegangen werden, von denen in den Figuren ein oder mehrere Beispiele veranschaulicht sind. Jedes Beispiel wird zur Erläuterung angeführt und soll die Erfindung nicht einschränken. Zum Beispiel können Merkmale, die im Zusammenhang mit einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben werden, auch an oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen derart verwendet werden, dass sich noch weitere Ausführungsformen ergeben. Die vorliegende Erfindung soll derartige Abwandlungen und Varianten einschließen. Die Beispiele werden anhand konkreter Ausdrücke beschrieben, die nicht als den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche einschränkend auszulegen sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht und dienen allein veranschaulichenden Zwecken. Der Klarheit halber sind dieselben Elemente oder Produktionsschritte in den unterschiedlichen Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen versehen, sofern nicht anders erklärt.
  • Der Begriff „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, soll eine Orientierung beschreiben, die zu einer horizontalen Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder eines Halbleitergebiets im Wesentlichen parallel ist. Dabei kann es sich beispielsweise um die Oberfläche eines Wafers oder eines Die handeln.
  • Der Begriff „vertikal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, soll eine Orientierung beschreiben, die zur horizontalen Oberfläche im Wesentlichen senkrecht angeordnet ist, d. h. parallel zur Normalen der Oberfläche des Halbleitersubstrats oder des Halbleitergebiets.
  • In dieser Beschreibung wird n-dotiert möglicherweise als „erster Leitfähigkeitstyp“ und p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet. Alternativ ist mit entgegengesetzten Dotierungsbeziehungen gemeint, dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann. Ein n-dotiertes Halbleitergebiet kann zum Beispiel erzeugt werden, indem in ein Halbleitergebiet Donatoren eingebracht werden. Weiter kann ein p-dotiertes Halbleitergebiet erzeugt werden, indem in ein Halbleitergebiet Akzeptoren eingebracht werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sollen die Formulierungen „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass zwischen zwei Gebieten, Teilabschnitten, Abschnitten oder Teilen einer Halbleiteranordnung oder zwischen unterschiedlichen Anschlüssen eines oder mehrerer Bauelemente oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Abschnitt oder einem Teil einer Halbleiteranordnung eine niederohmsche elektrische Verbindung oder ein niederohmscher Strompfad besteht. Ferner soll die Formulierung „in Kontakt“ im Rahmen der vorliegenden Beschreibung beschreiben, dass zwischen zwei Elementen der jeweiligen Halbleiteranordnung eine direkte physische Verbindung besteht; z. B. enthält ein Übergang zwischen zwei Elementen, die miteinander in Kontakt sind, möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
  • Die in dieser Beschreibung beschriebenen konkreten Ausführungsformen betreffen unter anderem monolithisch integrierte Halbleiteranordnungen mit einer IGBT-, MOSFET- oder Diodenstruktur, insbesondere Anordnungen bipolarer Leistungshalbleiter wie IGBTs.
  • Der Begriff „Leistungshalbleiterbauelement“, wie in dieser Beschreibung verwendet, soll ein Halbleiterbauelement auf einem einzigen Chip beschreiben, das zum Sperren hoher Spannungen und/oder zum Führen hoher Ströme fähig ist. Ein solches Halbleiterbauelement kann ein Teil einer Halbleiteranordnung sein. Mit anderen Worten, die Leistungshalbleiterbauelemente sind vorgesehen für hohen Strom, etwa im Ampere-Bereich, z. B. für bis zu mehreren hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, etwa für über 40 V, 100 V und mehr.
  • 1 veranschaulicht schematisch einen Teilabschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleiteranordnung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Halbleiteranordnung 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10, der z. B. möglicherweise Silicium umfasst.
  • Der Halbleiterkörper 10 enthält ein Halbleiterdriftgebiet 103. Zum Beispiel kann mindestens ein Teil des Halbleiterkörpers 10 so ausgelegt sein, dass er ein Halbleiterdriftgebiet 103 eines Halbleiterbauelements wie eines IGBT oder eines MOSFET bildet. Oder mindestens ein Teil des Halbleiterkörpers 10 kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass er ein Halbleiterdriftgebiet 103 einer Diode, etwa einer p-i-n-Diode, bildet.
  • Der Begriff „Halbleiterdriftgebiet“, wie in dieser Beschreibung in Verbindung mit dem Halbleiterkörper 10 verwendet, ist nicht zwangsläufig auf Gebiete eingeschränkt, die so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie einen Ladungsträgerstrom in einem aktiven Bereich des Halbleiterkörpers 10 leiten, sondern kann auch sich in nicht aktive Bereiche erstreckende Stücke solcher Gebiete meinen, z. B. in der Nähe von Rändern des Halbleiterkörpers 10. Ein Beispiel für eine Halbleiteranordnung 1 mit einem Halbleiterkörper 10, der einen aktiven Bereich und einen nicht aktiven Bereich aufweist, wird unten in Verbindung mit den Ausführungsformen von 2 und 3 eingehender erläutert.
  • Das Halbleiterdriftgebiet 103 weist Dotierstoffe von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf, die im Fall eines n--dotierten Halbleiterdriftgebiets 103 zum Beispiel möglicherweise vom n-Typ sind.
  • Die Halbleiteranordnung 1 umfasst weiter ein erstes Halbleitersensorgebiet 101 und ein zweites Halbleitersensorgebiet 102, wobei sowohl das erste Halbleitersensorgebiet 101 als auch das zweite Halbleitersensorgebiet 102 elektrisch mit dem Halbleiterdriftgebiet 103 verbunden sind und Dotierstoffe von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der ein anderer ist als der erste Leitfähigkeitstyp. Das erste Halbleitersensorgebiet 101 und das zweite Halbleitersensorgebiet 102 umfassen zum Beispiel möglicherweise p-dotierte Halbleitergebiete, die elektrisch mit einem n-dotierten Teil des Halbleiterdriftgebiets 103 verbunden sind, oder umgekehrt.
  • Gemäß der in 1 veranschaulichten Ausführungsform können sowohl das erste Halbleitersensorgebiet 101 als auch das zweite Halbleitersensorgebiet 102 mindestens teilweise im Inneren des Halbleiterkörpers 10 angeordnet und in Kontakt mit dem Halbleiterdriftgebiet 103 sein. Zum Beispiel können sowohl das erste Halbleitersensorgebiet 101 als auch das zweite Halbleitersensorgebiet 102 ein p-Wannengebiet umfassen, das z. B. durch eine Eindiffundierung oder Implantation von p-Dotierstoffen in einen n-dotierten Halbleiterkörper 10 von einer Oberfläche des Halbleiterkörpers 10 entstanden ist.
  • In einer Ausführungsform ist das zweite Halbleitersensorgebiet 102 vom ersten Halbleitersensorgebiet 101 getrennt. Zum Beispiel ist das zweite Halbleitersensorgebiet 102 gemäß der in 1 veranschaulichten Ausführungsform durch Abschnitte des Halbleiterdriftgebiets 103 vom ersten Halbleitersensorgebiet 101 getrennt. In einer anderen Ausführungsform ist das zweite Halbleitersensorgebiet 102 möglicherweise in Kontakt mit dem ersten Halbleitersensorgebiet 101 (nicht abgebildet).
  • Weiter umfasst die Halbleiteranordnung 1 einen ersten Metallkontakt 11. Der erste Metallkontakt 11 enthält ein erstes Metallmaterial und ist in Kontakt mit dem ersten Halbleitersensorgebiet 101. Ein Übergang zwischen dem ersten Metallkontakt 11 und dem ersten Halbleitersensorgebiet 101 bildet einen ersten Metall-Halbleiter-Übergang 111. Der erste Metall-Halbleiter-Übergang 111 kann einen ohmschen Kontakt zwischen dem ersten Halbleitersensorgebiet 101 und dem ersten Metallkontakt 11 herstellen. Abhängig von der Austrittsarbeit des ersten Metallmaterials und der Dotierstoffkonzentration des ersten Halbleitersensorgebiets 101 kann der erste Metall-Halbleiter-Übergang 111 auch einen Schottky-Kontakt zwischen dem ersten Halbleitersensorgebiet 101 und dem ersten Metallkontakt 11 herstellen. Das erste Halbleitersensorgebiet 101 umfasst zum Beispiel p-dotiertes Silicium. Das erste Metallmaterial umfasst beispielsweise möglicherweise Aluminium-Silicium-Kupfer und/oder Wolfram-Titan.
  • Die Halbleiteranordnung 1 umfasst nicht nur den ersten Metallkontakt 11, sondern auch einen zweiten Metallkontakt 12, der ein zweites Metallmaterial umfasst, das ein anderes ist als das erste Metallmaterial. Das erste Metallmaterial umfasst zum Beispiel Aluminium-Silicium-Kupfer und das zweite Metallmaterial Wolfram-Titan oder umgekehrt. Der zweite Metallkontakt 12 ist vom ersten Metallkontakt 11 getrennt und in Kontakt mit dem zweiten Halbleitersensorgebiet 102. Folglich bildet ein Übergang zwischen dem zweiten Metallkontakt 12 und dem zweiten Halbleitersensorgebiet 102 einen zweiten Metall-Halbleiter-Übergang 121, der ein anderer ist als der erste Metall-Halbleiter-Übergang 111. Analog zu den obigen Erklärungen zum ersten Metall-Halbleiter-Übergang 111 kann auch der zweite Metall-Halbleiter-Übergang 121 einen ohmschen Kontakt oder einen Schottky-Kontakt zwischen dem zweiten Halbleitersensorgebiet 102 und dem ersten Metallkontakt 12 herstellen.
  • In einer Ausführungsform ist der zweite Metall-Halbleiter-Übergang 121 insofern ein anderer als der erste Metall-Halbleiter-Übergang 111, als eine Temperaturabhängigkeit eines Widerstands des ersten Metall-Halbleiter-Übergangs 111 eine andere ist als eine Temperaturabhängigkeit eines Widerstands des zweiten Metall-Halbleiter-Übergangs 121.
  • Der erste Metall-Halbleiter-Übergang 111 und der zweite Metall-Halbleiter-Übergang 121 stellen zum Beispiel je einen ohmschen Kontakt zwischen einerseits dem ersten bzw. dem zweiten Halbleitersensorgebiet 101 / 102 und andererseits dem ersten bzw. dem zweiten Metallkontakt 11 / 12 her, wobei die Temperaturabhängigkeit eines ohmschen Widerstands am zweiten Metall-Halbleiter-Übergang 121 möglicherweise eine andere ist als die Temperaturabhängigkeit eines ohmschen Widerstands am ersten Metall-Halbleiter-Übergang 111.
  • In einer weiteren Ausführungsform können der erste Metall-Halbleiter-Übergang 111 und der zweite Metall-Halbleiter-Übergang 121 je einen Schottky-Kontakt zwischen einerseits dem ersten bzw. dem zweiten Halbleitersensorgebiet 101 / 102 und andererseits dem ersten bzw. dem zweiten Metallkontakt 11 / 12 herstellen, wobei die Temperaturabhängigkeit eines Durchlassspannungsabfalls (und dementsprechend eines Widerstands) am zweiten Metall-Halbleiter-Übergang 121 möglicherweise eine andere ist als die Temperaturabhängigkeit eines Durchlassspannungsabfalls (und dementsprechend eines Widerstands) am ersten Metall-Halbleiter-Übergang 111. Die Differenz zwischen den Durchlassspannungsabfällen der Schottky-Kontakte am ersten Metall-Halbleiter-Übergang 111 und am zweiten Metall-Halbleiter-Übergang 121 kann zum Beispiel damit zusammenhängen, dass die Austrittsarbeiten des ersten und des zweiten Metallmaterials unterschiedlich sind.
  • Die Halbleiteranordnung 1 umfasst weiter erste elektrische Übertragungsmittel 112, die so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie ein erstes Sensorsignal 11-1, das von einem elektrischen Parameter des ersten Metallkontakts 11 abgeleitet ist, an einen ersten Signaleingang 21 einer Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 liefern. Die Halbleiteranordnung 1 umfasst nicht nur die ersten elektrischen Übertragungsmittel, sondern auch zweite elektrische Übertragungsmittel 122, die von den ersten elektrischen Übertragungsmitteln 112 getrennt sind. Die zweiten elektrischen Übertragungsmittel 122 sind so angeordnet und ausgelegt, dass sie ein zweites Sensorsignal 12-1, das von einem elektrischen Parameter des zweiten Metallkontakts 12 abgeleitet ist, an einen zweiten Signaleingang 22 der Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 liefern.
  • Die ersten elektrischen Übertragungsmittel 112 und die zweiten elektrischen Übertragungsmittel 122 umfassen zum Beispiel eine erste Metallkontaktfläche 18-1 (siehe 4), eine zweite Metallkontaktfläche 18-2 und eine Schaltungsanordnung mit metallischen Leitungen, die auf dem Halbleiterkörper 10 angeordnet ist, wobei die Schaltungsanordnung mit metallischen Leitungen so ausgelegt ist, dass sie das erste Sensorsignal 11-1 bzw. das zweite Sensorsignal 12-1 an die erste Metallkontaktfläche 18-1 bzw. die zweite Metallkontaktfläche 18-2 überträgt. Die Schaltungsanordnung mit metallischen Leitungen kann eine strukturierte Metallisierungsschicht umfassen, die auf einer Oberfläche des Halbleiterkörpers 10 angeordnet ist. Die ersten elektrischen Übertragungsmittel 112 und die zweiten elektrischen Übertragungsmittel 122 können weiter Bonddrähte umfassen, die die erste Metallkontaktfläche 18-1 und die zweite Metallkontaktfläche 18-2 mit ersten und zweiten äußeren Verbindungselementen eines den Halbleiterkörper 10 umfassenden Halbleiterbauelements verbinden, wobei die ersten und die zweiten äußeren Verbindungselemente so ausgelegt sein können, dass sie sich mit dem ersten Signaleingang 21 bzw. dem zweiten Signaleingang 22 der Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 verbinden lassen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der elektrische Parameter des ersten Metallkontakts 11 ein elektrisches Potential des ersten Metallkontakts 11, und der elektrische Parameter des zweiten Metallkontakts 12 umfasst ein elektrisches Potential des zweiten Metallkontakts 12. Das erste Sensorsignal 11-1 ist zum Beispiel ein Spannungssignal, das einem elektrischen Potential des ersten Metallkontakts 11 entspricht, und das zweite Sensorsignal 12-1 ist möglicherweise ein Spannungssignal, das einem elektrischen Potential des zweiten Metallkontakts 12 entspricht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der elektrische Parameter des ersten Metallkontakts 11 einen Strom durch den ersten Metallkontakt 11 umfassen, und der elektrische Parameter des zweiten Metallkontakts 12 kann einen Strom durch den zweiten Metallkontakt 12 umfassen. Das erste Sensorsignal 11-1 ist zum Beispiel ein Stromsignal, das einem Strom durch den ersten Metallkontakt 11 entspricht, und das zweite Sensorsignal 12-1 ist ein Stromsignal, das einem Strom durch den zweiten Metallkontakt 12 entspricht.
  • Die Signalverarbeitungseinheit 2 kann ein Teil der Halbleiteranordnung 1 sein. Die Signalverarbeitungseinheit 2 ist zum Beispiel ausgelegt, um einen Wert eines physischen Parameters des Halbleiterkörpers 10 in Abhängigkeit vom ersten Sensorsignal 11-1 und vom zweiten Sensorsignal 12-1 zu ermitteln, wobei der Wert eine Temperatur des Halbleiterkörpers 10 und/oder einen vom Halbleiterkörper 10 geleiteten Laststrom anzeigen kann.
  • 2 veranschaulicht schematisch einen Teilabschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleiteranordnung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Einige Komponenten der in 2 veranschaulichten Halbleiteranordnung 1 entsprechen Komponenten der Halbleiteranordnung 1, wie in 1 veranschaulicht, z. B. die im rechten Teil in 2 veranschaulichten Komponenten. Was diese Komponenten angeht, wird deshalb auf die obige Beschreibung Bezug genommen. In der folgenden Beschreibung wird der Schwerpunkt auf optionale zusätzliche Merkmale der in 2 veranschaulichten Ausführungsform im Vergleich zur Ausführungsform von 1 gelegt. Es wird auch Bezug auf 3 genommen, die eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Halbleiteranordnung 1 abbildet, wobei 2 einen vertikalen Querschnitt entlang der in 3 angezeigten Linie A-A zeigt.
  • Wie oben erläutert, umfasst die Halbleiteranordnung 1 einen Halbleiterkörper 10, der z. B. möglicherweise Silicium umfasst. Der Halbleiterkörper 10 enthält ein Halbleiterdriftgebiet 103, das Dotierstoffe von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, bei dem es sich im Fall eines n--dotierten Halbleiterdriftgebiets 103 zum Beispiel um den n-Typ handelt.
  • Zum Beispiel kann mindestens ein Teil des Halbleiterkörpers 10 so ausgelegt sein, dass er ein Halbleiterdriftgebiet 103 eines Halbleiterbauelements wie eines IGBT oder eines MOSFET bildet. Weiter kann mindestens ein Teil des Halbleiterkörpers 10 beispielsweise so ausgelegt sein, dass er ein Halbleiterdriftgebiet 103 einer Diode, etwa einer p-i-n-Diode, bildet.
  • Die Halbleiteranordnung 1 umfasst weiter einen ersten Lastkontakt 15 und einen zweiten Lastkontakt 16, wobei sowohl der erste Lastkontakt 15 als auch der zweite Lastkontakt 16 elektrisch an den Halbleiterkörper 10 gekoppelt sind.
  • Das Halbleiterdriftgebiet 103 ist so angeordnet, dass es einen Laststrom zwischen dem ersten Lastkontakt 15 und dem zweiten Lastkontakt 16 in einem aktiven Gebiet 100-1 des Halbleiterkörpers 10 leitet, siehe 3. Das aktive Gebiet 100-1 ist zum Beispiel ein Gebiet auf einem Halbleiterbauelementchip, in dem eine Vielzahl aktiver IGBT-Zellen oder MOSFET-Zellen angeordnet ist.
  • In einer Ausführungsform bildet mindestens ein Teil des ersten Lastkontakts 15 einen Emitterkontakt bzw. einen Sourcekontakt des IGBT oder des MOSFET. Der erste Lastkontakt 15 umfasst zum Beispiel eine Emitterkontaktfläche 15 auf der Chipvorderseite eines vertikalen IGBT oder eine Sourcekontaktfläche 15 auf der Chipvorderseite eines vertikalen Leistungs-MOSFET, siehe 3.
  • Ein Teil des zweiten Lastkontakts 16 kann einen Kollektorkontakt bzw. einen Drainkontakt des IGBT oder des MOSFET bilden. Der zweite Lastkontakt umfasst beispielsweise den Rückseitenkontakt eines vertikalen IGBT oder MOSFET. In der Ausführungsform von 3 soll der zweite Kontakt 16 auf der Rückseite angeordnet sein, z. B. ausgebildet als Rückseitenmetallisierung, und wird deshalb in der Draufsicht durch eine gestrichelte Linie angezeigt.
  • Wie in 3 ersichtlich ist, kann eine Vielzahl von Halbleiterdraingebieten 101, 102, 104 mindestens teilweise im Inneren des Halbleiterkörpers 10 zwischen dem aktiven Gebiet 100-1 des Halbleiterkörpers 10 und einem nicht aktiven Gebiet 100-2 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein. Die Halbleiterdraingebiete 101, 102, 104 sind in der in 3 abgebildeten Draufsicht durch gestrichelte Linien kenntlich gemacht. Das nicht aktive Gebiet 100-2 ist zum Beispiel ein Randgebiet eines Halbleiterbauelementchips, das nicht zum Leiten eines Laststroms zwischen dem ersten Lastkontakt 15 und dem zweiten Lastkontakt 16 ausgelegt ist. Das nicht aktive Gebiet 100-2 kann auch ein Gebiet des Halbleiterkörpers 10 sein, das zum Beispiel von einer Sourcekontaktfläche, einer Emitterkontaktfläche, einer Gatekontaktfläche 17 (vgl. 4), einem Gate-Finger und/oder einem Gate-Runner bedeckt wird. In diesen Gebieten sind möglicherweise keine aktiven IGBT- oder MOSFET-Zellen vorhanden, da es z. B. an Emitter- bzw. Sourcekontakten fehlt.
  • Die Halbleiterdraingebiete 101, 102, 104 sind je in Kontakt mit dem Halbleiterdriftgebiet 103 (siehe auch 2) und weisen Dotierstoffe von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf, der ein anderer ist als der erste Leitfähigkeitstyp. Die Halbleiterdraingebiete 101, 102, 104 sind im Fall eines n-dotierten Halbleiterdriftgebiets 103 zum Beispiel p-dotiert.
  • Die Vielzahl von Halbleiterdraingebieten 101, 102, 104 umfasst ein erstes Halbleiterdraingebiet, das als erstes Halbleitersensorgebiet 101 fungiert, und ein zweites Halbleiterdraingebiet, das als zweites Halbleitersensorgebiet 102 fungiert. Was das erste Halbleitersensorgebiet 101 und das zweite Halbleitersensorgebiet 102 angeht, wird Bezug auf die obige Beschreibung von Ausführungsbeispielen gemäß 1 genommen, die auch die Ausführungsformen von 2 und 3 betrifft.
  • Gemäß den in 2 und 3 veranschaulichten Ausführungsformen kann die Vielzahl von Halbleiterdraingebieten 101, 102, 104 weiter mindestens ein drittes Halbleiterdraingebiet 104 umfassen, das mit dem ersten Lastkontakt 15 elektrisch verbunden und ausgelegt ist, um Ladungsträger aus dem Halbleiterdriftgebiet 103 abfließen zu lassen. Wie in 3 veranschaulicht, kann die Vielzahl von Halbleiterdraingebieten 101, 102, 104 zwei dritte Halbleiterdraingebiete 104 umfassen. Zum Beispiel wird mindestens eines der dritten Halbleiterdraingebiete 104 mindestens teilweise von einer p-Wanne in einem n--dotierten Teil des Halbleiterdriftgebiets 103 gebildet und ist ausgelegt, um Defektelektronen aus einem nicht aktiven Gebiet 100-2 (z. B. einem Randgebiet) des Halbleiterkörpers 10 abfließen zu lassen. Folglich kann das Halbleiterdraingebiet 104 das Schaltverhalten z. B. eines IGBT durch das Abfließenlassen von Defektelektronen aus dem nicht aktiven Gebiet 100-2 verbessern.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die dritten Halbleiterdraingebiete 104 vom ersten Halbleitersensorgebiet 101 und vom zweiten Halbleitersensorgebiet 102 getrennt sein, wie in 2 und 3 abgebildet. Zum Beispiel werden alle Halbleiterdraingebiete 101, 102, 104 mindestens teilweise von getrennten p-Wannen in einem n--dotierten Teil des Halbleiterdriftgebiets 103 gebildet.
  • Die Halbleiteranordnung 1 von 2 und 3 kann den ersten Metallkontakt 11 enthalten, der das erste Metallmaterial umfasst. Der erste Metallkontakt 11 ist vom ersten Lastkontakt 15 und vom zweiten Lastkontakt 16 getrennt und in Kontakt mit dem ersten Halbleitersensorgebiet 101. Ein Übergang zwischen dem ersten Metallkontakt 11 und dem ersten Halbleitersensorgebiet 101 bildet den ersten Metall-Halbleiter-Übergang 111.
  • Weiter kann die Halbleiteranordnung 1 von 2 und 3 den zweiten Metallkontakt 12 enthalten, der das zweite Metallmaterial umfasst, das ein anderes ist als das erste Metallmaterial, wobei der zweite Metallkontakt 12 vom ersten Lastkontakt 15, vom zweiten Lastkontakt 16 und vom ersten Metallkontakt 11 getrennt und in Kontakt mit dem zweiten Halbleitersensorgebiet 102 ist. Ein Übergang zwischen dem zweiten Metallkontakt 12 und dem zweiten Halbleitersensorgebiet 102 bildet den zweiten Metall-Halbleiter-Übergang 121, der ein anderer ist als der erste Metall-Halbleiter-Übergang 111.
  • Was den ersten Metallkontakt 11 und den zweiten Metallkontakt 12, die entsprechenden Metallmaterialien und den ersten Metall-Halbleiter-Übergang 111 und den zweiten Metall-Halbleiter-Übergang 121 angeht, wird Bezug auf die obige Beschreibung von Ausführungsbeispielen gemäß 1 genommen, die auch die Ausführungsformen von 2 und 3 betrifft.
  • In einer Ausführungsform kann die Halbleiteranordnung 1 von 2 und 3 weiter die ersten elektrischen Übertragungsmittel 112 umfassen, die so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie das erste Sensorsignal 11-1, das von einem elektrischen Parameter des ersten Metallkontakts 11 abgeleitet ist, an den ersten Signaleingang 21 der Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 liefern. Ferner kann die Halbleiteranordnung 1 die zweiten elektrischen Übertragungsmittel 122 umfassen, die von den ersten elektrischen Übertragungsmitteln 112 getrennt sind. Die zweiten elektrischen Übertragungsmittel 122 sind so angeordnet und ausgelegt, dass sie das zweite Sensorsignal 12-1, das von einem elektrischen Parameter des zweiten Metallkontakts 12 abgeleitet ist, an den zweiten Signaleingang 22 der Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 liefern.
  • Was die ersten elektrischen Übertragungsmittel 112 und die zweiten elektrischen Übertragungsmittel 122, den entsprechenden ersten elektrischen Parameter und den entsprechenden zweiten elektrischen Parameter sowie das erste Sensorsignal 11-1 und das zweite Sensorsignal 12-1 angeht, wird Bezug auf die obige Beschreibung von Ausführungsbeispielen gemäß 1 genommen, die auch die Ausführungsformen von 2 und 3 betrifft.
  • 4 veranschaulicht schematisch einen Teilabschnitt einer Draufsicht auf eine Halbleiteranordnung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Der Halbleiterkörper 10 kann ein Teil eines Halbleiterbauelementchips sein, der in 4 in einer Draufsicht gezeigt ist. Der Halbleiterchip ist zum Beispiel ein IGBT- oder ein MOSFET-Chip.
  • Ähnlich wie in der Ausführungsform von 3 kann der Halbleiterkörper 10 ein aktives Gebiet 100-1 und nicht aktive Gebiete 100-2 haben, wobei sich ein nicht aktives Gebiet 100-2 in der Nähe der Ränder des Halbleiterbauelementchips befindet und sich ein anderes nicht aktives Gebiet 100-2 in der Nähe einer Gatekontaktfläche 17 und benachbart zu einer ersten Metallkontaktfläche 18-1 und einer zweiten Metallkontaktfläche 18-2 nahe der Mitte des Halbleiterbauelementchips befindet. In anderen Ausführungsformen können die nicht aktiven Gebiete 100-2 auch Gebiete eines Halbleiterkörpers 10 sein, der zum Beispiel von einer Sourcekontaktfläche 15, einer Emitterkontaktfläche 15, einem Gate-Finger und/oder einem Gate-Runner bedeckt wird. In diesen Gebieten sind möglicherweise keine aktiven IGBT- oder MOSFET-Zellen vorhanden, da es z. B. an Emitter- bzw. Sourcekontakten fehlt. Das aktive Gebiet 100-1 erstreckt sich zwischen den nicht aktiven Gebieten 100-2 und ist ausgelegt zum Leiten eines Laststroms zwischen einem ersten Lastkontakt 15 und einem zweiten Lastkontakt 16, wobei der zweite Lastkontakt ein rückseitiger Kontakt ist (was durch die gestrichelte Linie angezeigt wird), wie oben mit Bezug auf die Ausführungsformen der 2 und 3 beschrieben. Das aktive Gebiet 100-1 ist zum Beispiel möglicherweise vom nicht aktiven Gebiet 100-2 umgeben.
  • Eine Vielzahl von ersten, zweiten und dritten Halbleiterdraingebieten 101, 102, 104 ist mindestens teilweise im Inneren des Halbleiterkörpers 10 zwischen dem aktiven Gebiet 100-1 des Halbleiterkörpers 10 und dem nicht aktiven Gebiet 100-2 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet. In der in 4 abgebildeten Draufsicht sind einige der Halbleiterdraingebiete 101, 102, 104 beispielhaft durch gestrichelte Linien kenntlich gemacht.
  • Was die optionalen Merkmale der ersten, der zweiten und der dritten Halbleiterdraingebiete 101, 102, 104 und der entsprechenden Metallkontakte 11, 12, 14 sowie der mit den ersten und zweiten Metallkontakten 11, 12 verbundenen Signalverarbeitungseinheit 2 angeht, wird Bezug auf die obige Beschreibung von Ausführungsbeispielen gemäß den 2-3 genommen, die auch die Ausführungsform von 4 betrifft.
  • Gemäß der in 4 veranschaulichten Ausführungsform sind die dritten Halbleiterdraingebiete 104, die ausgelegt sein können, um Ladungsträger aus dem Halbleiterdriftgebiet 103 in der Nähe der Ränder des Halbleiterbauelementchips abfließen zu lassen, elektrisch mit einer Emitter- oder einer Sourcekontaktfläche verbunden, die den ersten Lastkontakt 15 bilden kann. Die ersten Halbleitersensorgebiete 101 können mit einer ersten Metallkontaktfläche 18-1 elektrisch verbunden sein, und die ersten Sensorgebiete 102 können mit einer zweiten Metallkontaktfläche 18-2 elektrisch verbunden sein. Die erste Metallkontaktfläche 18-1 und die zweite Metallkontaktfläche 18-2 können über Bonddrähte in Kontakt gebracht sein. Sie können einen Teil der ersten elektrischen Übertragungsmittel 112 und der zweiten elektrischen Übertragungsmittel 122 zum ersten Signaleingang 21 und zum zweiten Signaleingang 22 der Signalverarbeitungseinheit 2 bilden.
  • Das erste Halbleiterdraingebiet 101 kann als das erste Halbleitersensorgebiet fungieren, und das zweite Halbleiterdraingebiet 102 kann als das zweite Halbleitersensorgebiet 102 fungieren, wie in Verbindung mit den Ausführungsformen der 2 und 3 oben näher ausgeführt. Das erste Halbleitersensorgebiet 101 und das zweite Halbleitersensorgebiet 102 können zusammen mit den jeweiligen ersten und zweiten Metallkontakten 11, 12 symmetrisch um die Mitte des Halbleiterbauelementchips angeordnet sein. Folglich lässt sich beim Betrieb eines den Halbleiterkörper 10 umfassenden Halbleiterbauelements sicherstellen, dass eine am ersten Halbleitersensorgebiet 101 vorherrschende Stromdichte einer am zweiten Halbleitersensorgebiet 102 vorherrschenden Stromdichte gleich oder ähnlich ist.
  • 5 veranschaulicht schematisch eine Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, z. B. Ausführungsformen, die oben mit Bezug auf die 1-4 beschrieben sind. Die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 kann ein Teil der Halbleiteranordnung 1 sein. Die Signalverarbeitungseinheit 2 kann nicht nur den ersten Signaleingang 21 und den zweiten Signaleingang 22 für das erste Sensorsignal 11-1 und das zweite Sensorsignal 12-1, sondern auch einen ersten Shunt 210 und einen ersten Ausgangsanschluss 211 umfassen. Der erste Shunt 210 kann so angeordnet sein, dass er einen ersten Strom I1 zwischen dem ersten Signaleingang 21 und dem ersten Ausgangsanschluss 211 leitet. Die Signalverarbeitungseinheit 2 kann weiter einen zweiten Shunt 220 und einen zweiten Ausgangsanschluss 221 umfassen, wobei der zweite Shunt 220 so angeordnet sein kann, dass er einen zweiten Strom I2 zwischen dem zweiten Signaleingang 22 und dem zweiten Ausgangsanschluss 221 leitet.
  • Der erste Shunt 210 und/oder der zweite Shunt 220 umfassen zum Beispiel einen Metallwiderstand und/oder einen Polysiliciumwiderstand. In einer Ausführungsform haben sowohl der erste Shunt 210 als auch der zweite Shunt 220 den gleichen Widerstandswert.
  • Der erste Ausgangsanschluss 211 und der zweite Ausgangsanschluss 221 können elektrisch miteinander verbunden sein. Zum Beispiel können sowohl der erste Ausgangsanschluss 211 als auch der zweite Ausgangsanschluss 221 elektrisch mit der Erde verbunden sein, und der erste Ausgangsanschluss 211 und der zweite Ausgangsanschluss 221 können auch über die Erde elektrisch miteinander verbunden sein. In einer Ausführungsform sind der erste Ausgangsanschluss 211 und der zweite Ausgangsanschluss 221 elektrisch miteinander und mit einem Lastkontakt 15 der Halbleiteranordnung 1 verbunden. Zum Beispiel sind der erste Ausgangsanschluss 211 und der zweite Ausgangsanschluss 221 elektrisch mit dem ersten Lastkontakt 15 einer Halbleiteranordnung gemäß 2 oder 3 verbunden, wobei der erste Lastkontakt möglicherweise ein Emitterkontakt eines IGBT oder ein Sourcekontakt eines MOSFET ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 ein erstes Spannungsmessmittel 212, das zum Ermitteln eines ersten Spannungsabfalls V1 am ersten Shunt 210 ausgelegt ist, und ein zweites Spannungsmessmittel 222, das zum Ermitteln eines zweiten Spannungsabfalls V2 am zweiten Shunt 220 ausgelegt ist. Zum Beispiel umfassen das erste Spannungsmessmittel 212 und/oder das zweite Spannungsmessmittel 222 ein Voltmeter, das zum ersten Shunt 210 bzw. zum zweiten Shunt 220 elektrisch parallel geschaltet ist. Folglich kann der mit dem ersten Spannungsmessmittel 212 gemessene Spannungsabfall V1 am ersten Shunt 210 den ersten Strom I1 anzeigen, während der mit dem zweiten Spannungsmessmittel 222 gemessene Spannungsabfall V2 am zweiten Shunt 220 den zweiten Strom I2 anzeigen kann.
  • Wie oben näher ausgeführt, kann die Halbleiteranordnung 1 die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 umfassen. Zum Beispiel ist die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 auf einem den Halbleiterkörper 10 umfassenden Halbleiterbauelementchip integriert. Alternativ ist die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 möglicherweise auf einem getrennten Halbleiterchip angeordnet und ist an die Halbleiteranordnung 1 gekoppelt, z. B. mittels der elektrischen Übertragungsmittel 112, 122. Die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 umfasst zum Verarbeiten des ersten Sensorsignals 11-1 und des zweiten Sensorsignals 12-1 zum Beispiel möglicherweise eine ASIC und/oder einen Mikrocontroller und/oder ein FPGA.
  • Die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 kann auch außerhalb eines den Halbleiterkörper 10 umfassenden Halbleiterbauelements angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 außerhalb eines diskreten IGBT angeordnet sein, wobei die ersten elektrischen Übertragungsmittel 112 und die zweiten elektrischen Übertragungsmittel 122 möglicherweise äußere Drahtkontakte des diskreten IGBT umfassen, die mit dem ersten Signaleingang 21 und dem zweiten Signaleingang 22 elektrisch verbunden sein können. Weiter kann die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 mindestens teilweise innerhalb eines Leistungsmoduls angeordnet sein, z. B. innerhalb eines umgossenen Leistungsmoduls, das ein den Halbleiterkörper 10 umfassendes Halbleiterbauelement enthält. Die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 ist zum Beispiel zusammen mit einem den Halbleiterkörper 10 umfassenden IGBT-Chip auf einer LP angeordnet, wobei die ersten elektrischen Übertragungsmittel 112 und die zweiten elektrischen Übertragungsmittel 122 Bonddrähte umfassen, die an Bondkontaktflächen angebracht sind.
  • Die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 kann ausgelegt sein für die Ermittlung eines Werts eines physischen Parameters des Halbleiterkörpers 10 in Abhängigkeit vom ersten Sensorsignal 11-1 und vom zweiten Sensorsignal 12-1. Der Wert zeigt zum Beispiel eine Temperatur des Halbleiterkörpers 10 an. Alternativ kann der Wert einen vom Halbleiterkörper 10 geleiteten Laststrom anzeigen. Die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 umfasst zum Beispiel möglicherweise eine ASIC und/oder einen Mikrocontroller und/oder ein FPGA, die ausgelegt sind, um eine Temperatur des Halbleiterkörpers 10 in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem ersten Strom I1 und dem zweiten Strom I2 zu ermitteln. Eine solche Stromdifferenz kann aufgrund einer Differenz zwischen den Austrittsarbeiten des ersten und des zweiten Metallmaterials entstehen, die sich in einer Differenz zwischen den Temperaturabhängigkeiten eines Widerstands des ersten Metall-Halbleiter-Übergangs 111 und eines Widerstands des zweiten Metall-Halbleiter-Übergangs 121 niederschlagen kann.
  • Die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 kann eine Speichereinheit (nicht gezeigt) umfassen, die ausgelegt ist zum Speichern von Daten zum Umsetzen einer Differenz zwischen dem ersten Strom I1 und dem zweiten Strom I2 in einen Temperaturwert des Halbleiterkörpers 10. Weiter kann die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 ausgelegt sein zum Berücksichtigen eines Werts, der einen vom Halbleiterkörper 10 geleiteten Laststrom anzeigt, wenn die Differenz zwischen dem ersten Strom I1 und dem zweiten Strom I2 in einen Temperaturwert des Halbleiterkörpers 10 umgesetzt wird.
  • Ferner kann die Sensorsignalverarbeitungseinheit 2 einen Signalausgang umfassen, der ausgelegt ist, um ein Signal, das den ermittelten physischen Parameter des Halbleiterkörpers 10 anzeigt, an ein Display und/oder eine Steuereinheit zu liefern. Das Display ist zum Beispiel ein Monitor, der eine Temperatur des Halbleiterkörpers 10 anzeigt. Die Steuereinheit kann ein Computer oder ein Mikrocontroller sein, der ausgelegt ist, um ein den Halbleiterkörper 10 umfassendes Halbleiterbauelement in Abhängigkeit vom ermittelten Wert des physischen Parameters zu steuern.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zum Ermitteln eines physischen Parameters eines Halbleiterbauelements dargelegt. Das Halbleiterbauelement ist zum Beispiel ein Leistungshalbleiterbauelement wie ein IGBT, ein MOSFET oder eine Diode. Das Halbleiterbauelement umfasst einen Halbleiterkörper 10, der ein Halbleiterdriftgebiet 103 mit Dotierstoffen von einem ersten Leitfähigkeitstyp enthält, wie oben bezüglich der in den 1-3 abgebildeten Ausführungsformen einer Halbleiteranordnung 1 näher ausgeführt. Weiter umfasst das Halbleiterbauelement ein erstes Halbleitersensorgebiet 101 und ein zweites Halbleitersensorgebiet 102, wobei sowohl das erste Halbleitersensorgebiet 101 als auch das zweite Halbleitersensorgebiet 102 elektrisch mit dem Halbleiterdriftgebiet 103 verbunden sind und Dotierstoffe von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der ein anderer ist als der erste Leitfähigkeitstyp. Ein erster Metallkontakt 11, der ein erstes Metallmaterial umfasst, ist in Kontakt mit dem ersten Halbleitersensorgebiet 101, wobei ein Übergang zwischen dem ersten Metallkontakt 11 und dem ersten Halbleitersensorgebiet 101 einen ersten Metall-Halbleiter-Übergang 111 bildet. Ferner ist ein zweiter Metallkontakt 12, der ein zweites Metallmaterial umfasst, das ein anderes ist als das erste Metallmaterial, vom ersten Metallkontakt 11 getrennt und in Kontakt mit dem zweiten Halbleitersensorgebiet 102, wobei ein Übergang zwischen dem zweiten Metallkontakt 12 und dem zweiten Halbleitersensorgebiet 102 einen zweiten Metall-Halbleiter-Übergang 121 bildet, der ein anderer ist als der erste Metall-Halbleiter-Übergang 111.
  • Was den Halbleiterkörper 10 des Halbleiterbauelements, das Halbleiterdriftgebiet 103, den ersten Metallkontakt 11 und den zweiten Metallkontakt 12, die unterschiedlichen Metallmaterialien und den ersten Metall-Halbleiter-Übergang 111 und den zweiten Metall-Halbleiter-Übergang 121 angeht, wird Bezug auf die obige Beschreibung von Ausführungsbeispielen einer Halbleiteranordnung 1 gemäß 1 genommen, die auch das Halbleiterbauelement betrifft.
  • Das Verfahren zum Ermitteln eines physischen Parameters des Halbleiterbauelements umfasst Ableiten eines ersten Sensorsignals 11-1 von einem elektrischen Parameter des ersten Metallkontakts 11. Der elektrische Parameter des ersten Metallkontakts 11 umfasst ein elektrisches Potential des ersten Metallkontakts 11 und/oder einen Strom durch den ersten Metallkontakt 11. Ferner umfasst das Verfahren Ableiten eines zweiten Sensorsignals 12-1 von einem elektrischen Parameter des zweiten Metallkontakts 12, wobei der elektrische Parameter des zweiten Metallkontakts 12 ein elektrisches Potential des zweiten Metallkontakts 12 und/oder einen Strom durch den zweiten Metallkontakt 12 umfasst. Ein erstes Stromsignal 11-1 wird zum Beispiel von einem ersten Strom I1 durch den ersten Metallkontakt 11 abgeleitet, während ein zweites Stromsignal 12-1 von einem zweiten Strom I2 durch den zweiten Metallkontakt 12 abgeleitet wird.
  • Als weiteren Schritt umfasst das Verfahren Ermitteln eines Werts des physischen Parameters des Halbleiterbauelements in Abhängigkeit vom ersten Sensorsignal 11-1 und vom zweiten Sensorsignal 12-1, wobei der Wert eine Temperatur des Halbleiterkörpers 10 und/oder einen vom Halbleiterkörper 10 geleiteten Laststrom anzeigt.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln des Werts des physischen Parameters Ermitteln eines ersten Stroms I1 durch den ersten Metallkontakt 11 basierend auf dem ersten Sensorsignal 11-1 und Ermitteln eines zweiten Stroms I2 durch den zweiten Metallkontakt 12 basierend auf dem zweiten Sensorsignal 12-1.
  • Beispielsweise erfolgt die Ermittlung eines Temperaturwerts des Halbleiterkörpers 10 eines IGBT in Abhängigkeit von einem ersten Stromsignal 11-1, das von einem ersten Strom I1 durch den ersten Metallkontakt 11 abgeleitet ist, und von einem zweiten Stromsignal 12-1, das von einem zweiten Strom I2 durch den zweiten Metallkontakt 12 abgeleitet ist. Zu diesem Zweck können der erste Metallkontakt 11 und der zweite Metallkontakt 12 elektrisch mit einer Signalverarbeitungseinheit 2 verbunden sein, wie oben bezüglich 5 beschrieben, genauso wie bezüglich Ausführungsformen einer Halbleiteranordnung 1 gemäß den 1-3 beschrieben. Zum Beispiel wird der erste Strom I1 von einem ersten Spannungsabfall V1 am ersten Shunt 210 der Signalverarbeitungseinheit 2 hergeleitet, während der zweite Strom I2 von einem zweiten Spannungsabfall V2 am zweiten Shunt 220 hergeleitet wird.
  • Der Wert des physischen Parameters lässt sich in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem ersten Strom I1 und dem zweiten Strom I2 ermitteln. Zum Beispiel wird eine Differenz I1-I2 zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom, die möglicherweise auf eine Differenz zwischen den Temperaturabhängigkeiten des ersten Metall-Halbleiter-Übergangs 111 und des zweiten Metall-Halbleiter-Übergangs 121 zurückführbar ist, in einen Temperaturwert des Halbleiterkörpers 10 umgesetzt. Das Umsetzen der Differenz I1-I2 zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom in einen Temperaturwert des Halbleiterkörpers 10 kann enthalten, dass auf in einer Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit 2 gespeicherte Daten zugegriffen wird, wobei die gespeicherten Daten Temperaturwerte umfassen, die entsprechenden Stromdifferenzen I1-I2 zugewiesen sind.
  • Das Umsetzen der Differenz I1-I2 zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom in einen Temperaturwert des Halbleiterkörpers 10 kann enthalten, dass ein Wert berücksichtigt wird, der einen vom Halbleiterkörper 10 geleiteten Laststrom anzeigt. Das Umsetzen der Differenz I1-I2 zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom in einen Temperaturwert des Halbleiterkörpers 10 kann weiter enthalten, dass die in einer Speichereinheit der Signalverarbeitungseinheit 2 gespeicherten Daten in Abhängigkeit von einem vom Halbleiterkörper 10 geleiteten Laststrom abgeglichen werden.
  • Das Verfahren zum Ermitteln eines physischen Parameters des Halbleiterbauelements kann ferner Steuern des Halbleiterbauelements in Abhängigkeit vom ermittelten Wert des physischen Parameters umfassen. Zum Beispiel kann ein Signal, das den ermittelten physischen Parameter des Halbleiterkörpers 10 anzeigt, von einem Signalausgang der Signalverarbeitungseinheit 2 an ein Display und/oder eine Steuereinheit geliefert werden. Das Display ist zum Beispiel ein Computer oder ein Mikrocontroller, der ausgelegt ist, um ein den Halbleiterkörper 10 umfassendes Halbleiterbauelement in Abhängigkeit vom ermittelten Wert des physischen Parameters zu steuern. Auf diese Weise kann ein Schutz z. B. vor Kurzschlüssen oder Überhitzungen des Halbleiterbauelements implementiert werden.
  • Den oben beschriebenen Ausführungsformen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Messungen der Temperatur von Leistungshalbleiterbauelementen im Betrieb bei Anwendungen immer wichtiger werden. Insbesondere für Schutzfunktionen oder eine optimierte Steuerung ist erforderlich, dass die Temperatur eines IGBT im Betrieb erfasst wird.
  • Gewöhnlich wird die Temperaturerfassung über einen dedizierten Schaltkreis an der Peripherie eines IGBT-Chips bewerkstelligt. Zum Beispiel wird ein aktiver Messstrom durch ein Diodengebiet an der Peripherie eines IGBT-Chips getrieben, und eine Temperatur wird von einem Durchlassspannungsabfall an der Diode abgeleitet. Allerdings ist die auf diese Weise gemessene Temperatur allgemein niedriger als die relevante Höchsttemperatur, die allgemein in der Mitte eines aktiven IGBT-Chipbereichs vorherrscht.
  • Für das Messen dieser Höchsttemperatur könnte erforderlich sein, dass der Temperatursensorschaltkreis innerhalb des aktiven Bereichs angeordnet ist, was für einen dedizierten Schaltkreis, der auf einen aktiven Messstrom angewiesen ist, im Allgemeinen schwer realisierbar ist.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen wird vorgeschlagen, dass mindestens zwei von einer Vielzahl von Halbleiterdraingebieten als erstes Halbleitersensorgebiet bzw. zweites Halbleitersensorgebiet verwendet werden. In vielen Leistungshalbleiterbauelementen ist eine solche Vielzahl von Halbleiterdraingebieten zwischen einem aktiven (d. h. nominell Strom führenden) Gebiet und einem nicht aktiven (d. h. nominell stromfreien) Gebiet eines Halbleiterkörpers angeordnet, wobei jedes der Vielzahl von Halbleiterdraingebieten in Kontakt mit einem Halbleiterdriftgebiet mit Dotierstoffen von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist und Dotierstoffe von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der ein anderer ist als der erste Leitfähigkeitstyp. Zum Beispiel können p-dotierte Halbleiterdraingebiete so angeordnet und ausgelegt sein, dass Defektelektronen aus einem Randgebiet eines IGBT abfließen können, wodurch das Schaltverhalten optimiert wird.
  • Ein erster und ein zweiter Metallkontakt bilden einen ersten bzw. einen zweiten Metall-Halbleiter-Übergang zum ersten bzw. zum zweiten Halbleitersensorgebiet. Der zweite Metallkontakt umfasst ein Metallmaterial, das ein anderes ist als das Metallmaterial des ersten Metallkontakts. Die Austrittsarbeiten des ersten und des zweiten Metallmaterials sind zum Beispiel unterschiedlich. Folglich kann eine Temperaturabhängigkeit eines Widerstands des ersten Metall-Halbleiter-Übergangs eine andere sein als eine Temperaturabhängigkeit eines Widerstands des zweiten Metall-Halbleiter-Übergangs.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen wird weiter vorgeschlagen, dass erste und zweite elektrische Übertragungsmittel bereitgestellt werden, die so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie ein erstes Sensorsignal und ein zweites Sensorsignal, die von einem elektrischen Parameter des ersten Metallkontakts bzw. des zweiten Metallkontakts abgeleitet sind, an eine Sensorsignalverarbeitungseinheit liefern. Zum Beispiel können ein erster und ein zweiter Strom durch den ersten und den zweiten Metallkontakt von der Sensorsignalverarbeitungseinheit verglichen werden. Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturabhängigkeiten des ersten und des zweiten Metall-Halbleiter-Übergangs ist eine Temperatur des Halbleiterkörpers dort, wo sich die Halbleitersensorgebiete befinden, von der Differenz zwischen dem ersten Strom und dem zweiten Strom ableitbar.
  • Gemäß einer Ausführungsform beruht das Verfahren zum Ermitteln eines physischen Parameters eines Halbleiterbauelements allein auf einem passiven Messstrom, der zu einem Laststrom des Halbleiterbauelements beiträgt. Die Halbleitersensorgebiete können sich nahe der Mitte eines den Halbleiterkörper umfassenden Halbleiterchips befinden, wobei die ersten und die zweiten elektrischen Übertragungsmittel je Teile einer strukturierten, auf einer Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordneten Metallisierungsschicht umfassen können. Folglich ist mit der Halbleiteranordnung und dem Verfahren, die vorgeschlagen werden, die relevante Höchsttemperatur nahe der Mitte des Chips für Messungen zugänglich.
  • Merkmale weiterer Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Merkmale weiterer Ausführungsformen und die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen sind so miteinander kombinierbar, dass zusätzliche Ausführungsformen gebildet werden können, sofern die Merkmale nicht ausdrücklich als zueinander alternativ beschrieben sind.
  • Die obigen Erläuterungen beziehen sich auf Ausführungsformen, die Halbleiteranordnungen betreffen, Ausführungsformen, die Schaltungsanordnungen betreffen, und Ausführungsformen, die ein Verfahren zum Ermitteln eines physischen Parameters eines Halbleiterbauelements betreffen. Diese Halbleiteranordnungen und Halbleiterbauelemente basieren zum Beispiel auf Silicium (Si). Demgemäß ist ein monokristallines Halbleitergebiet oder eine monokristalline Halbleiterschicht, z. B. der Halbleiterkörper 10 und die Halbleitergebiete 101 bis 104 gemäß den Ausführungsbeispielen, typischerweise ein monokristallines Si-Gebiet oder eine monokristalline Si-Schicht. In anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silicium genutzt werden.
  • Es versteht sich jedoch, dass der Halbleiterkörper 10 und die Halbleitergebiete 101 bis 104 aus einem beliebigen zum Produzieren eines Halbleiterbauelements geeigneten Halbleitermaterial bestehen können. Beispiele für solche Materialien enthalten unter anderem Elementhalbleitermaterialien wie Silicium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe-IV-Verbindungshalbleitermaterialien wie Siliciumcarbid (SiC) oder Siliciumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaP), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumindiumnitrid (AlInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP) und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien wie Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um einige zu nennen. Die oben erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergangshalbleitermaterialien“ bezeichnet. Beim Kombinieren von zwei unterschiedlichen Halbleitermaterialien wird ein Heteroübergangshalbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heteroübergangshalbleitermaterialien enthalten unter anderem Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AlGalnN)-, Indiumgalliumnitrid(lnGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AlGalnN)-, Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid(GaN)-, Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Galliumnitrid(GaN)-, Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-, Siliciumsiliciumcarbid(SixC1-x)- und Silicium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien. Für Leistungshalbleiterbauelementanwendungen werden derzeit vor allem Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Räumlich relative Begriffe wie „unter“, „unterhalb“, „tiefer“, „über“, „oberhalb“ und dergleichen werden der einfacheren Beschreibung halber verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu erläutern. Diese Begriffe sollen zusätzlich zu den unterschiedlichen Orientierungen, die in den Figuren abgebildet sind, noch andere Orientierungen des jeweiligen Bauelements abdecken. Weiter werden auch Begriffe wie „erster/erste/erstes“, „zweiter/zweite/zweites“ und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Gebiete, Teilabschnitte etc. zu beschreiben, und sollen ebenfalls nicht einschränken. Gleiche Begriffe beziehen sich in der Beschreibung je auf gleiche Elemente.
  • Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „aufweisen“, „beinhalten“, „enthalten“, „umfassen“, „haben“ und dergleichen offene Begriffe, die das Vorhandensein der genannten Elemente oder Merkmale anzeigen, zusätzliche Elemente oder Merkmale jedoch nicht ausschließen. Die Artikel „ein/eine“ und „der/die/das“ sollen den Plural sowie den Singular einschließen, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas Anderes hervorgeht.

Claims (19)

  1. Halbleiteranordnung (1), die Folgendes umfasst: - einen Halbleiterkörper (10), wobei der Halbleiterkörper (10) ein Halbleiterdriftgebiet (103) enthält und das Halbleiterdriftgebiet (103) Dotierstoffe von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; - ein erstes Halbleitersensorgebiet (101) und ein zweites Halbleitersensorgebiet (102), wobei sowohl das erste Halbleitersensorgebiet (101) als auch das zweite Halbleitersensorgebiet (102) elektrisch mit dem Halbleiterdriftgebiet (103) verbunden sind und Dotierstoffe von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der ein anderer ist als der erste Leitfähigkeitstyp; - einen ersten Metallkontakt (11), der ein erstes Metallmaterial umfasst, wobei der erste Metallkontakt (11) in Kontakt mit dem ersten Halbleitersensorgebiet (101) ist und ein Übergang zwischen dem ersten Metallkontakt (11) und dem ersten Halbleitersensorgebiet (101) einen ersten Metall-Halbleiter-Übergang (111) bildet; - einen zweiten Metallkontakt (12), der ein zweites Metallmaterial umfasst, das ein anderes ist als das erste Metallmaterial, wobei der zweite Metallkontakt (12) vom ersten Metallkontakt (11) getrennt und in Kontakt mit dem zweiten Halbleitersensorgebiet (102) ist, wobei ein Übergang zwischen dem zweiten Metallkontakt (12) und dem zweiten Halbleitersensorgebiet (102) einen zweiten Metall-Halbleiter-Übergang (121) bildet, der ein anderer ist als der erste Metall-Halbleiter-Übergang (111); - erste elektrische Übertragungsmittel (112), wobei die ersten elektrischen Übertragungsmittel (112) so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie ein erstes Sensorsignal (11-1), das von einem elektrischen Parameter des ersten Metallkontakts (11) abgeleitet ist, an einen ersten Signaleingang (21) einer Sensorsignalverarbeitungseinheit (2) liefern; - zweite elektrische Übertragungsmittel (122), die von den ersten elektrischen Übertragungsmitteln (112) getrennt sind, wobei die zweiten elektrischen Übertragungsmittel (122) so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie ein zweites Sensorsignal (12-1), das von einem elektrischen Parameter des zweiten Metallkontakts (12) abgeleitet ist, an einen zweiten Signaleingang (22) der Sensorsignalverarbeitungseinheit (2) liefern.
  2. Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei sowohl das erste Halbleitersensorgebiet (101) als auch das zweite Halbleitersensorgebiet (102) mindestens teilweise im Inneren des Halbleiterkörpers (10) angeordnet und in Kontakt mit dem Halbleiterdriftgebiet (103) sind.
  3. Halbleiteranordnung (1), die Folgendes umfasst: - einen Halbleiterkörper (10), wobei der Halbleiterkörper (10) ein Halbleiterdriftgebiet (103) enthält und das Halbleiterdriftgebiet (103) Dotierstoffe von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; - einen ersten Lastkontakt (15), der elektrisch an den Halbleiterkörper (10) gekoppelt ist, und einen zweiten Lastkontakt (16), der elektrisch an den Halbleiterkörper (10) gekoppelt ist, wobei das Halbleiterdriftgebiet (103) so angeordnet ist, dass es einen Laststrom zwischen dem ersten Lastkontakt (15) und dem zweiten Lastkontakt (16) in einem aktiven Gebiet (100-1) des Halbleiterkörpers (10) leitet; - eine Vielzahl von Halbleiterdraingebieten (101, 102, 104), die mindestens teilweise im Inneren des Halbleiterkörpers (10) zwischen dem aktiven Gebiet (100-1) des Halbleiterkörpers (10) und einem nicht aktiven Gebiet (100-2) des Halbleiterkörpers (10) angeordnet sind, wobei jedes der Vielzahl von Halbleiterdraingebieten (101, 102, 104) in Kontakt mit dem Halbleiterdriftgebiet (103) ist und Dotierstoffe von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der ein anderer ist als der erste Leitfähigkeitstyp, und wobei die Vielzahl von Halbleiterdraingebieten (101, 102, 104) ein erstes Halbleiterdraingebiet, das als erstes Halbleitersensorgebiet (101) fungiert, ein zweites Halbleiterdraingebiet, das als zweites Halbleitersensorgebiet (102) fungiert, und mindestens ein drittes Halbleiterdraingebiet (104) umfasst, wobei das mindestens eine dritte Halbleiterdraingebiet (104) elektrisch mit dem ersten Lastkontakt (15) verbunden und ausgelegt ist, um Ladungsträger aus dem Halbleiterdriftgebiet (103) abfließen zu lassen; - einen ersten Metallkontakt (11), der ein erstes Metallmaterial umfasst, wobei der erste Metallkontakt (11) vom ersten Lastkontakt (15) und vom zweiten Lastkontakt (16) getrennt und in Kontakt mit dem ersten Halbleitersensorgebiet (101) ist, wobei ein Übergang zwischen dem ersten Metallkontakt (11) und dem ersten Halbleitersensorgebiet (101) einen ersten Metall-Halbleiter-Übergang (111) bildet; - einen zweiten Metallkontakt (12), der ein zweites Metallmaterial umfasst, das ein anderes ist als das erste Metallmaterial, wobei der zweite Metallkontakt (12) vom ersten Lastkontakt (15), vom zweiten Lastkontakt (16) und vom ersten Metallkontakt (11) getrennt und in Kontakt mit dem zweiten Halbleitersensorgebiet (102) ist, wobei ein Übergang zwischen dem zweiten Metallkontakt (12) und dem zweiten Halbleitersensorgebiet (102) einen zweiten Metall-Halbleiter-Übergang (121) bildet, der ein anderer ist als der erste Metall-Halbleiter-Übergang (111).
  4. Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 3, die weiter Folgendes umfasst: - erste elektrische Übertragungsmittel (112), wobei die ersten elektrischen Übertragungsmittel (112) so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie ein erstes Sensorsignal (11-1), das von einem elektrischen Parameter des ersten Metallkontakts (11) abgeleitet ist, an einen ersten Signaleingang (21) einer Sensorsignalverarbeitungseinheit (2) liefern; - zweite elektrische Übertragungsmittel (122), die von den ersten elektrischen Übertragungsmitteln (112) getrennt sind, wobei die zweiten elektrischen Übertragungsmittel (122) so angeordnet und ausgelegt sind, dass sie ein zweites Sensorsignal (12-1), das von einem elektrischen Parameter des zweiten Metallkontakts (12) abgeleitet ist, an einen zweiten Signaleingang (22) der Sensorsignalverarbeitungseinheit (2) liefern.
  5. Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei - mindestens ein Teil des Halbleiterkörpers (10) so ausgelegt ist, dass er ein Halbleiterdriftgebiet eines IGBT oder eines MOSFET bildet; - mindestens ein Teil des ersten Lastkontakts (15) so ausgelegt ist, dass er einen Emitterkontakt bzw. einen Sourcekontakt des IGBT oder des MOSFET bildet; - mindestens ein Teil des zweiten Lastkontakts (16) so ausgelegt ist, dass er einen Kollektorkontakt bzw. einen Drainkontakt des IGBT oder des MOSFET bildet.
  6. Halbleiteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, wobei das dritte Halbleiterdraingebiet (104) vom ersten Halbleitersensorgebiet (101) und vom zweiten Halbleitersensorgebiet (102) getrennt ist.
  7. Halbleiteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Halbleitersensorgebiet (102) vom ersten Halbleitersensorgebiet (101) getrennt ist.
  8. Halbleiteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Temperaturabhängigkeit eines Widerstands des ersten Metall-Halbleiter-Übergangs (111) eine andere ist als eine Temperaturabhängigkeit eines Widerstands des zweiten Metall-Halbleiter-Übergangs (121).
  9. Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei der elektrische Parameter des ersten Metallkontakts (11) ein elektrisches Potential des ersten Metallkontakts (11) umfasst und wobei der elektrische Parameter des zweiten Metallkontakts (12) ein elektrisches Potential des zweiten Metallkontakts (12) umfasst.
  10. Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei der elektrische Parameter des ersten Metallkontakts (11) einen Strom durch den ersten Metallkontakt (11) umfasst und wobei der elektrische Parameter des zweiten Metallkontakts (12) einen Strom durch den zweiten Metallkontakt (12) umfasst.
  11. Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei die Sensorsignalverarbeitungseinheit (2) Folgendes umfasst: - einen ersten Shunt (210) und einen ersten Ausgangsanschluss (211), wobei der erste Shunt (210) so angeordnet ist, dass er einen ersten Strom (I1) zwischen dem ersten Signaleingang (21) und dem ersten Ausgangsanschluss (211) leitet; - einen zweiten Shunt (220) und einen zweiten Ausgangsanschluss (221), wobei der zweite Shunt (220) so angeordnet ist, dass er einen zweiten Strom (I2) zwischen dem zweiten Signaleingang (22) und dem zweiten Ausgangsanschluss (221) leitet.
  12. Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 11, wobei der erste Ausgangsanschluss (211) und der zweite Ausgangsanschluss (221) elektrisch miteinander und mit einem Lastkontakt (15) der Halbleiteranordnung (1) verbunden sind.
  13. Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei sowohl der erste Shunt (210) als auch der zweite Shunt (220) den gleichen Widerstandswert haben.
  14. Halbleiteranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, wobei die Sensorsignalverarbeitungseinheit (2) ein erstes Spannungsmessmittel (212), das zum Ermitteln eines ersten Spannungsabfalls (V1) über den ersten Shunt (210) ausgelegt ist, und ein zweites Spannungsmessmittel (222), das zum Ermitteln eines zweiten Spannungsabfalls (V2) über den zweiten Shunt (220) ausgelegt ist, umfasst.
  15. Halbleiteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei die Halbleiteranordnung (1) die Sensorsignalverarbeitungseinheit (2) umfasst, und wobei die Sensorsignalverarbeitungseinheit (2) ausgelegt ist, um einen Wert eines physischen Parameters des Halbleiterkörpers (10) in Abhängigkeit vom ersten Sensorsignal (11-1) und vom zweiten Sensorsignal (12-1) zu ermitteln, wobei der Wert eine Temperatur des Halbleiterkörpers (10) und/oder einen vom Halbleiterkörper (10) geleiteten Laststrom anzeigt.
  16. Verfahren zum Ermitteln eines physischen Parameters eines Halbleiterbauelements, wobei das Halbleiterbauelement Folgendes umfasst: einen Halbleiterkörper (10), wobei der Halbleiterkörper (10) ein Halbleiterdriftgebiet (103) enthält und das Halbleiterdriftgebiet (103) Dotierstoffe von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; ein erstes Halbleitersensorgebiet (101) und ein zweites Halbleitersensorgebiet (102), wobei sowohl das erste Halbleitersensorgebiet (101) als auch das zweite Halbleitersensorgebiet (102) mit dem Halbleiterdriftgebiet (103) elektrisch verbunden sind und Dotierstoffe von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der ein anderer ist als der erste Leitfähigkeitstyp; einen ersten Metallkontakt (11), der ein erstes Metallmaterial umfasst, wobei der erste Metallkontakt (11) in Kontakt mit dem ersten Halbleitersensorgebiet (101) ist, wobei ein Übergang zwischen dem ersten Metallkontakt (11) und dem ersten Halbleitersensorgebiet (101) einen ersten Metall-Halbleiter-Übergang (111) bildet; einen zweiten Metallkontakt (12), der ein zweites Metallmaterial umfasst, das ein anderes ist als das erste Metallmaterial, wobei der zweite Metallkontakt (12) vom ersten Metallkontakt (11) getrennt und in Kontakt mit dem zweiten Halbleitersensorgebiet (102) ist, wobei ein Übergang zwischen dem zweiten Metallkontakt (12) und dem zweiten Halbleitersensorgebiet (102) einen zweiten Metall-Halbleiter-Übergang (121) bildet, der ein anderer ist als der erste Metall-Halbleiter-Übergang (111); wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Ableiten eines ersten Sensorsignals (11-1) von einem elektrischen Parameter des ersten Metallkontakts (11), wobei der elektrische Parameter des ersten Metallkontakts (11) ein elektrisches Potential des ersten Metallkontakts (11) und/oder einen Strom durch den ersten Metallkontakt (11) umfasst; - Ableiten eines zweiten Sensorsignals (12-1) von einem elektrischen Parameter des zweiten Metallkontakts (12), wobei der elektrische Parameter des zweiten Metallkontakts (12) ein elektrisches Potential des zweiten Metallkontakts (12) und/oder einen Strom durch den zweiten Metallkontakt (12) umfasst; - Ermitteln eines Werts des physischen Parameters des Halbleiterbauelements in Abhängigkeit vom ersten Sensorsignal (11-1) und vom zweiten Sensorsignal (12-1), wobei der Wert eine Temperatur des Halbleiterkörpers (10) und/oder einen vom Halbleiterkörper (10) geleiteten Laststrom anzeigt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ermitteln des Werts des physischen Parameters Ermitteln eines ersten Stroms (I1) durch den ersten Metallkontakt (11) basierend auf dem ersten Sensorsignal (11-1) und Ermitteln eines zweiten Stroms (I2) durch den zweiten Metallkontakt (12) basierend auf dem zweiten Sensorsignal (12-1) umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Wert des physischen Parameters in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem ersten Strom (I1) und dem zweiten Strom (I2) ermittelt wird.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18, das weiter Steuern des Halbleiterbauelements in Abhängigkeit vom ermittelten Wert des physischen Parameters umfasst.
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