DE102016218821B4 - Semiconductor device, semiconductor power module for an automobile and automobile - Google Patents

Semiconductor device, semiconductor power module for an automobile and automobile Download PDF

Info

Publication number
DE102016218821B4
DE102016218821B4 DE102016218821.6A DE102016218821A DE102016218821B4 DE 102016218821 B4 DE102016218821 B4 DE 102016218821B4 DE 102016218821 A DE102016218821 A DE 102016218821A DE 102016218821 B4 DE102016218821 B4 DE 102016218821B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor
substrate
transistor
semiconductor component
transistor structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102016218821.6A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102016218821A1 (en
Inventor
Andreas Apelsmeier
Johann Asam
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Priority to DE102016218821.6A priority Critical patent/DE102016218821B4/en
Publication of DE102016218821A1 publication Critical patent/DE102016218821A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102016218821B4 publication Critical patent/DE102016218821B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823481—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type isolation region manufacturing related aspects, e.g. to avoid interaction of isolation region with adjacent structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/761—PN junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0727—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with diodes, or capacitors or resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET

Abstract

Halbleiterbauteil, umfassend ein Substrat (18) aus einem Halbleitermaterial, in welchem Substrat (18) Halbleiterübergänge einer Transistorstruktur (22) des Halbleiterbauteils (17) ausgebildet sind, wobei innerhalb des Substrats (18) eine das Substrat (18) in zwei Substratabschnitte (20, 21) aufteilende, elektrisch isolierende Trennschicht (19) ausgebildet ist, wobei die Halbleiterübergänge einer ersten Transistorstruktur (22) in einem Substratabschnitt (20) und Halbleiterübergänge einer zweiten Transistorstruktur (35) des Halbleiterbauteils (17) im anderen Substratabschnitt (21) ausgebildet sind, wobei an einer Oberfläche (31) des Substrats (18) eine die Trennschicht (19) überbrückende elektrisch leitfähige Mittelelektrode (34) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (34) an der ersten Transistorstruktur (22) direkt kollektor- oder drainseitig kontaktiert ist und an der zweiten Transistorstruktur direkt emitter- oder sourceseitig kontaktiert ist.

Figure DE102016218821B4_0000
Semiconductor component, comprising a substrate (18) made of a semiconductor material, in which substrate (18) semiconductor junctions of a transistor structure (22) of the semiconductor component (17) are formed, wherein within the substrate (18) a substrate (18) is divided into two substrate sections (20 , 21) dividing, electrically insulating separating layer (19), the semiconductor junctions of a first transistor structure (22) being formed in a substrate section (20) and the semiconductor junctions of a second transistor structure (35) of the semiconductor component (17) being formed in the other substrate section (21). , wherein an electrically conductive center electrode (34) bridging the separating layer (19) is formed on a surface (31) of the substrate (18), characterized in that the center electrode (34) on the first transistor structure (22) directly on the collector or drain side is contacted and is contacted directly on the emitter or source side of the second transistor structure.
Figure DE102016218821B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil, umfassend ein Substrat aus einem Halbleitermaterial, in welchem Substrat Halbleiterübergänge einer Transistorstruktur des Halbleiterbauteils ausgebildet sind, wobei innerhalb des Substrats eine das Substrat in zwei Substratabschnitte aufteilende, elektrisch isolierende Trennschicht ausgebildet ist, wobei die Halbleiterübergänge der ersten Transistorstruktur in einem Substratabschnitt und Halbleiterübergänge einer zweiten Transistorstruktur des Halbleiterbauteils im anderen Substratabschnitt ausgebildet sind, wobei an einer Oberfläche des Substrats eine die Trennschicht überbrückende elektrisch leitfähige Mittelelektrode ausgebildet ist.The invention relates to a semiconductor component, comprising a substrate made of a semiconductor material, in which substrate semiconductor junctions of a transistor structure of the semiconductor component are formed, with an electrically insulating separating layer dividing the substrate into two substrate sections being formed within the substrate, with the semiconductor junctions of the first transistor structure in one Substrate section and semiconductor junctions of a second transistor structure of the semiconductor component are formed in the other substrate section, with an electrically conductive middle electrode bridging the separating layer being formed on a surface of the substrate.

Derartige Halbleiterbauteile werden im Bereich der Leistungselektronik zu Schaltzwecken verwendet. Typischerweise bildet die Transistorstruktur dabei einen Leistungs-MOSFET oder einen IGBT aus, der über sein Gate zur Steuerung eines Stromflusses zwischen einem Kollektor- und einem Emitteranschluss bzw. zwischen einem Drain- und einem Sourceanschluss ansteuerbar ist. Für den Aufbau von Schaltungen mit mehreren Transistoren werden typischerweise zwei diskrete, also separate, Halbleiterbauteile verwendet, in denen jeweils eine einzige Transistorstruktur realisiert ist.Such semiconductor components are used in the field of power electronics for switching purposes. Typically, the transistor structure forms a power MOSFET or an IGBT, which can be controlled via its gate to control a current flow between a collector and an emitter connection or between a drain and a source connection. For the construction of circuits with a plurality of transistors, two discrete, that is to say separate, semiconductor components are typically used, in each of which a single transistor structure is implemented.

So offenbart DE 40 40 691 A1 einen Halbleitervorrichtungsbaustein mit einem elektrisch isolierenden Keramiksubstrat, drei Leistungsanschlüssen, die jeweils mit dem Substrat verbunden sind, wobei der erste und der dritte äußere Leistungsanschluss gegenüber dem zweiten äußeren Leistungsanschluss angeordnet sind. Der Baustein ist ferner so ausgebildet, dass er zwei Schaltvorrichtungen in Form von Leistungs-MOSFETs einer Halbbrückenschaltung aufnimmt.So revealed DE 40 40 691 A1 a semiconductor device package having an electrically insulating ceramic substrate, three power terminals each connected to the substrate, the first and third external power terminals being arranged opposite to the second external power terminal. The package is further configured to accommodate two switching devices in the form of power MOSFETs in a half-bridge configuration.

EP 1 401 021 A1 beschreibt einen Leistungshalbleiterbauteil bei dem ein erster und ein zweiter Transistor auf gegenüberliegenden Seiten einer isolierenden Trennschicht, welche das Substrat in zwei Bereiche teilt, ausgebildet sind. Beide Transistoren sind mit einer gemeinsamen Drainelektrode versehen. Die Drainelektrode überlappt dabei den isolierenden Bereich. Sie ist mit dem Drainkontakt des ersten Transistors direkt verbunden, befindet sich jedoch nicht in Kontakt mit einem Sourcekontakt des zweiten Transistors. Die Verschaltung damit erfolgt durch eine entsprechende, nachträglich anzubringende Leitungsverbindung. EP 1 401 021 A1 describes a power semiconductor device in which a first and a second transistor are formed on opposite sides of an insulating barrier dividing the substrate into two regions. Both transistors are provided with a common drain electrode. The drain electrode overlaps the insulating area. It is directly connected to the drain contact of the first transistor but is not in contact with a source contact of the second transistor. The interconnection with it takes place by means of a corresponding line connection to be attached later.

In US 2011 / 0 260 245 A1 wird ein integriertes Schaltungsbauteil beschrieben, welches zwei planare Feldeffekttransistoren umfasst, die durch eine elektrisch isolierende Trennschicht getrennt sind. Die Feldeffekttransistoren weisen jeweils eigene Elektroden bzw. Anschlüsse für Gate, Source, Drain und Bulk auf.In U.S. 2011/0 260 245 A1 describes an integrated circuit device comprising two planar field effect transistors separated by an electrically insulating separator layer. The field effect transistors each have their own electrodes or connections for the gate, source, drain and bulk.

In US 2009 / 0 114 947 A1 wird ein Halbleiterbauteil umfassend ein Halbleitersubstrat offenbart. Das Substrat umfasst durch eine Isolationsschicht getrennte Bereiche zum Ausbilden von Leistungselektronik bzw. Steuerelementen.In U.S. 2009/0 114 947 A1 a semiconductor device comprising a semiconductor substrate is disclosed. The substrate comprises areas separated by an insulating layer for forming power electronics or control elements.

Das in US 2011 / 0 068 387 A1 beschriebene Halbleiterbauteil weist durch Isolationsgräben getrennte Feldeffekttransistoren auf. Die Transistoren sind dabei über in einer Verschaltungsschicht angeordnete interne Leitungen verbunden.This in U.S. 2011/0 068 387 A1 The semiconductor component described has field effect transistors separated by isolation trenches. The transistors are connected via internal lines arranged in an interconnection layer.

Aus der Verwendung von Halbleiterbauteilen, die lediglich eine Transistorstruktur realisieren, folgt ein entsprechend hoher Bauraumbedarf für Halbleiterschaltungen, in denen mehrere Transistorstrukturen verschaltet sind, da mehrere Halbleiterbauteile verwendet werden müssen.The use of semiconductor components that implement only one transistor structure results in a correspondingly high installation space requirement for semiconductor circuits in which a plurality of transistor structures are interconnected, since a plurality of semiconductor components must be used.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, den Bauraumbedarf von Halbleiterschaltungen auf Basis eines Halbleiterbauteils zu reduzieren. The invention is therefore based on the object of reducing the space requirement of semiconductor circuits based on a semiconductor component.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Halbleiterbauteil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Mittelelektrode an der ersten Transistorstruktur direkt kollektor- oder drainseitig kontaktiert ist und an der zweiten Transistorstruktur direkt emitter- oder sourceseitig kontaktiert ist.According to the invention, this object is achieved in a semiconductor component of the type mentioned at the outset in that the center electrode is contacted directly on the collector or drain side on the first transistor structure and is contacted directly on the emitter or source side on the second transistor structure.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, mehrere Transistorstrukturen auf Basis eines einzigen Substrats, beispielsweise eines Wafers, auszubilden, wobei die Transistorstrukturen zur Reduktion oder Vermeidung einer gegenseitigen Beeinflussung ihrer Halbleiterstrukturen durch eine elektrisch isolierende Trennschicht voneinander separiert sind. Das Halbleiterbauteil kann insofern als monolithisch aufgefasst werden. Innerhalb eines jeweiligen Substratabschnitts sind mithin die Halbleiterübergänge, insbesondere zwischen unterschiedlich bzw. unterschiedlich stark dotierten Zonen, einer Transistorstruktur ausgebildet und voneinander durch die Trennschicht getrennt, welche beispielsweise durch Dotierung, das Einbringen einer Oxidschicht oder Ätzen ausgebildet sein kann. Mithin ermöglicht das erfindungsgemäße Halbleiterbauteil, auf Basis eines einzigen Substrats aus einem Halbleitermaterial mehrere Transistorstrukturen im Halbleiterbauteil zu realisieren, wodurch beim Aufbau von Halbleiterschaltungen mit mehreren Transistorstrukturen die Verwendung mehrerer Halbleiterbauteile und der damit verbundene hohe Bauraumbedarf vermieden werden kann.The invention is based on the idea of forming a plurality of transistor structures on the basis of a single substrate, for example a wafer, with the transistor structures being separated from one another by an electrically insulating separating layer in order to reduce or avoid mutual influence of their semiconductor structures. In this respect, the semiconductor component can be regarded as monolithic. The semiconductor junctions, in particular between differently or differently heavily doped zones, of a transistor structure are therefore formed within a respective substrate section and are separated from one another by the separating layer, which can be formed, for example, by doping, introducing an oxide layer or etching. The semiconductor component according to the invention therefore makes it possible to implement a plurality of transistor structures in the semiconductor component on the basis of a single substrate made of a semiconductor material, as a result of which the use of a plurality of semiconductor components and the associated large space requirement can be avoided when constructing semiconductor circuits with a plurality of transistor structures.

Bevorzugt sind die Transistorstrukturen jeweils als Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausgebildet. Eine solche auch als IGBT bezeichnete Transistorstruktur zeichnet sich im Allgemeinen insbesondere durch npnp-Übergänge im Fall eines n-Kanal-IGBT oder durch pnpn-Übergänge im Fall eines p-Kanal-IGBT und eine gegenüber diesen Halbleiterübergängen elektrisch isolierte Gatestruktur aus, die am jeweiligen Substratabschnitt angeordnet ist. Alternativ dazu können die Transistorstrukturen jeweils als Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate ausgebildet. Eine derartige Transistorstruktur wird auch als IGFET bezeichnet und kann beispielsweise ein Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttranstor (MISFET), inbesondere Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), sein. Auch hier kann die isolierende Gatestruktur am jeweiligen, die Halbleiterübergänge der Transistorstruktur ausbildenden Substratabschnitt angeordnet sein. Für beide Halbleiterstrukturen sind eine Vielzahl von, insbesondere für Anwendungen der Leistungselektronik ausgebildete, Ausgestaltungsvarianten bekannt, die grundsätzlich zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils herangezogen werden können.The transistor structures are preferably in the form of bipolar transistors with an insulated gate. Such a transistor structure, also referred to as an IGBT, is generally characterized in particular by npnp junctions in the case of an n-channel IGBT or by pnpn junctions in the case of a p-channel IGBT and a gate structure that is electrically insulated from these semiconductor junctions Substrate section is arranged. Alternatively, the transistor structures can each be formed as a field effect transistor with an insulated gate. Such a transistor structure is also referred to as an IGFET and can be, for example, a metal-insulator-semiconductor field-effect transistor (MISFET), in particular a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET). Here, too, the insulating gate structure can be arranged on the respective substrate section forming the semiconductor junctions of the transistor structure. For both semiconductor structures, a large number of design variants, designed in particular for applications in power electronics, are known which can in principle be used to design the semiconductor component according to the invention.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Transistorstrukturen jeweils vom gleichen Kanaltyp sind. So lässt sich insbesondere im Hinblick auf die Realisierung von zu Schaltzwecken vorgesehenen Halbleiterschaltungen eine geeignete Konfiguration der Transistorstrukturen im Halbleiterbauteil wählen.Furthermore, it is expedient if the transistor structures are each of the same channel type. A suitable configuration of the transistor structures in the semiconductor component can thus be selected, in particular with regard to the realization of semiconductor circuits provided for switching purposes.

Außerdem können beim erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil jeweils vertikal ausgebildete Transistorstrukturen verwendet werden. Der Begriff „vertikal“ bezieht sich dabei nicht notwendigerweise auf die räumliche Ausrichtung der jeweiligen Transistorstruktur, sondern darauf, dass die Halbleiterübergänge einer solchen Transistorstruktur typischerweise derart angeordnet sind, dass ein Stromfluss durch die Transistorstruktur von einer Oberfläche des Subtratabschnitts zu einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substratabschnitts erfolgt. Alternativ können die Transistorstrukturen lateral ausgebildet sein. Dabei erfolgt ein Stromfluss durch die Halbleiterübergänge typischerweise im Wesentlichen entlang einer Oberfläche des Substratabschnitts.In addition, vertically formed transistor structures can be used in the semiconductor component according to the invention. The term "vertical" does not necessarily refer to the spatial orientation of the respective transistor structure, but rather to the fact that the semiconductor junctions of such a transistor structure are typically arranged in such a way that a current flow through the transistor structure occurs from one surface of the substrate section to an opposite surface of the substrate section . Alternatively, the transistor structures can be formed laterally. In this case, a current flow through the semiconductor junctions typically occurs essentially along a surface of the substrate section.

Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil ist an einer Oberfläche des Substrats eine die Trennschicht überbrückende Mittelelektrode ausgebildet. Die, insbesondere metallische, Mittelelektrode kann mithin eine Verbindung zwischen der ersten Transistorstruktur und der zweiten Transistorstruktur herstellen. Eine solche Mittelelektrode kann aufgrund des hohen Integrationsgrades des Halbleiterbauteils wesentlich kürzer als eine herkömmliche Verbindung zwischen zwei diskreten Transistoren ausgebildet werden. Dies verringert zusätzlich die Kommutierungsinduktivität bei einem Einsatz in der Leistungselektronik erheblich.In the semiconductor component according to the invention, a center electrode bridging the separating layer is formed on a surface of the substrate. The, in particular metallic, center electrode can therefore establish a connection between the first transistor structure and the second transistor structure. Due to the high degree of integration of the semiconductor component, such a center electrode can be made much shorter than a conventional connection between two discrete transistors. This also significantly reduces the commutation inductance when used in power electronics.

Erfindungsgemäß ist die Mittelelektrode kollektor- oder drainseitig mit der ersten Transistorstruktur und emitter- oder sourceseitig mit der zweiten Transistorstruktur kontaktiert ist. Die Transistorstrukturen können so durch die Mittelelektrode in Reihe verschaltet werden, was für eine Realisierung unterschiedlichster Halbleiterschaltungen zweckmäßig ist. Insbesondere kann die Mittelelektrode als Abgriff eines zwischen den Transistorstrukturen liegenden Potentials dienen.According to the invention, the center electrode is in contact with the first transistor structure on the collector or drain side and with the second transistor structure on the emitter or source side. The transistor structures can thus be connected in series through the center electrode, which is expedient for realizing a wide variety of semiconductor circuits. In particular, the center electrode can be used to tap off a potential lying between the transistor structures.

Ferner können zwei elektrisch leitfähige Außenelektroden vorgesehen sein, wobei eine erste Außenelektrode emitter- oder sourceseitig mit der ersten Transistorstruktur und die zweite Außenelektrode kollektor- oder drainseitig mit der zweiten Transistorstruktur kontaktiert ist. Die Außenelektroden bilden mithin eine äußere Anschlussmöglichkeit zur Verschaltung des Halbleiterbauteils, beispielsweise in einem Halbleiterleistungsmodul. Dabei liegt am Kollektor bzw. Drain der zweiten Transistorstruktur typischerweise ein hohes Potential (High Side) und am Emitter bzw. Source der ersten Transistorstruktur ein niedriges Potential (Low Side) der zu realisierenden Halbleiterschaltungen an. Bevorzugt sind die Außenelektroden an einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche des die Halbleiterübergänge der vertikalen Transistorstrukturen ausbildenden Substrats angeordnet. Mit anderen Worten sind die vertikalen Transistorstrukturen um 180° gedreht angeordnet. So sind beispielsweise Gatestrukturen der Transistorstrukturen an unterschiedlichen Oberflächen angeordnet. Alternativ sind die Außenelektroden an der Oberfläche des die lateralen Transistorstrukturen ausbildenden Substrats angeordnet. Dabei können auch Gatestrukturen der Transistorstrukturen an derselben Oberfläche angeordnet sein.Furthermore, two electrically conductive external electrodes can be provided, a first external electrode being in contact with the first transistor structure on the emitter or source side and the second external electrode being in contact with the second transistor structure on the collector or drain side. The outer electrodes therefore form an external connection option for interconnecting the semiconductor component, for example in a semiconductor power module. In this case, the collector or drain of the second transistor structure is typically at a high potential (high side) and the emitter or source of the first transistor structure is at a low potential (low side) of the semiconductor circuits to be implemented. The external electrodes are preferably arranged on a second surface, opposite the first surface, of the substrate forming the semiconductor junctions of the vertical transistor structures. In other words, the vertical transistor structures are arranged rotated by 180°. For example, gate structures of the transistor structures are arranged on different surfaces. Alternatively, the outer electrodes are arranged on the surface of the substrate forming the lateral transistor structures. In this case, gate structures of the transistor structures can also be arranged on the same surface.

Besonders bevorzugt realisiert das Halbleiterbauteil eine Halbbrückenschaltung, die über einen Gateanschluss einer jeweiligen Transistorstruktur steuerbar ist und/oder deren Mittelabgriff durch die Mittelelektrode ausgebildet ist. Eine solche, zwei in Reihe geschalteten Transistoren aufweisende Halbbrückenschaltung ist eine essenzielle Grundschaltung für eine Vielzahl elektronische Anwendungen, insbesondere im Bereich der Leistungselektronik. Am Mittelabgriff sind dabei in Abhängigkeit der Ansteuerung der Gateanschlüsse das High-Side-Potential, das Low-Side-Potential oder ein zwischen diesen Potentialen liegendes Potential abgreifbar. Es ist mithin möglich, die Halbbrückenschaltung durch ein einziges, monolithisches Halbleiterbauteil zu realisieren, wobei die Zusammenschaltung der Transistoren der Halbbrückenschaltung allein durch die am Substrat angeordnete Mittelelektrode realisierbar ist.The semiconductor component particularly preferably implements a half-bridge circuit which can be controlled via a gate connection of a respective transistor structure and/or whose center tap is formed by the center electrode. Such a half-bridge circuit having two transistors connected in series is an essential basic circuit for a large number of electronic applications, in particular in the field of power electronics. The high-side potential, the low-side potential or a potential lying between these potentials can be tapped off at the center tap, depending on the activation of the gate connections. It is therefore possible to implement the half-bridge circuit using a single, monolithic semiconductor component, the interconnection of the transistors of the half-bridges circuit can be realized solely by the center electrode arranged on the substrate.

Insbesondere im Hinblick auf die leistungselektronische Verwendung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils wird es bevorzugt, wenn in den Substratabschnitten jeweils eine antiparallel zur Transistorstruktur geschaltete Diodenstruktur ausgebildet ist. Durch diese Diodenstruktur ist eine Freilaufdiode realisierbar, die gegen die vorgesehene Stromrichtung durch die Transistorstrukturen fließende Ströme, die beispielsweise von einer induktiven Last in das Halbleiterbauteil fließen, an den empfindlichen Transistorstrukturen vorbeiführt. Es wird so ein noch weitergehender Integrationsgrad und eine zusätzliche Bauraumreduktion durch das Halbleiterbauteil erzielt. Eine Diodenstruktur kann dabei anodenseitige mit einer Außenelektrode und kathodenseitig mit der Mittelelektrode und die andere Diodenstruktur anodenseitig mit der Mittelelektrode und kathodenseitig mit der anderen Außenelektrode kontaktiert sein. Zweckmäßigerweise realisiert die Diodenstruktur eine pin-Diode, also einen Übergang von einer stark p-dotierten Zone über eine schwach n-dotierte Zone (sog. intrinsisch leitende Zone) zu einer stark n-dotierten Zone. Insbesondere bei vertikalen Transistorstrukturen ist eine solche Diodenstruktur aufwandsarm antiparallel zur Transistorstruktur ausbildbar.In particular with regard to the power electronic use of the semiconductor component according to the invention, it is preferred if a diode structure connected antiparallel to the transistor structure is formed in each of the substrate sections. This diode structure enables a freewheeling diode to be implemented, which conducts currents flowing through the transistor structures counter to the intended current direction, which flow, for example, from an inductive load into the semiconductor component, past the sensitive transistor structures. In this way, an even greater degree of integration and an additional reduction in installation space are achieved by the semiconductor component. One diode structure can be contacted with an outer electrode on the anode side and with the middle electrode on the cathode side, and the other diode structure can be contacted with the middle electrode on the anode side and with the other outer electrode on the cathode side. The diode structure expediently implements a pin diode, ie a transition from a heavily p-doped zone via a weakly n-doped zone (so-called intrinsically conductive zone) to a heavily n-doped zone. In the case of vertical transistor structures in particular, such a diode structure can be formed antiparallel to the transistor structure with little outlay.

Außerdem wird es beim erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil bevorzugt, wenn in einem jeweiligen Substratabschnitt Halbleiterübergänge mehrerer Transistorstrukturen ausgebildet sind, die jeweils separat kontaktierbar sind. Mit anderen Worten können zu beiden Seiten der Trennschicht jeweils mehrere Transistorstrukturen vorgesehen sein. Dabei können sämtliche Ausführungen zum zuvor beschriebenen, die erste und die zweite Transistorstruktur umfassenden Paar, auf ein jeweiliges weiteres, durch die Trennschicht getrenntes Paar weiterer Transistorstrukturen übertragen werden. Mithin lassen sich so monolithisch beispielsweise mehrere parallel verschaltete Halbbrücken realisieren, beispielsweise für einen mehrphasigen Wechselrichter.In addition, in the case of the semiconductor component according to the invention, it is preferred if semiconductor junctions of a plurality of transistor structures are formed in a respective substrate section, which can each be contacted separately. In other words, a plurality of transistor structures can be provided on both sides of the separating layer. In this case, all statements relating to the pair described above, comprising the first and the second transistor structure, can be transferred to a respective further pair of further transistor structures separated by the separating layer. Consequently, for example, a plurality of half-bridges connected in parallel can thus be implemented monolithically, for example for a multi-phase inverter.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Halbleiterleistungsmodul für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauteil. Das Halbleiterleistungsmodul kann beispielsweise Teil einer Lenksteuereinrichtung, einer Getriebesteuereinrichtung oder eines elektrisch angetriebenen Klimakompressors sein. Alternativ kann das Halbleiterleistungsmodul ein Wechselrichter oder ein Gleichspannungswandler sein oder Teil eines solchen sein.The object on which the invention is based is also achieved by a semiconductor power module for a motor vehicle, comprising at least one semiconductor component according to the invention. The semiconductor power module can be part of a steering control device, a transmission control device or an electrically driven air conditioning compressor, for example. Alternatively, the semiconductor power module can be an inverter or a DC/DC converter or can be part of one.

Außerdem wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein erfindungsgemäßes Halbleiterleistungsmodul.In addition, the object on which the invention is based is achieved by a motor vehicle comprising at least one semiconductor power module according to the invention.

Sämtliche Ausführungen zum erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Halbleiterleistungsmodul und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass auch mit diesen die zuvor genannten Vorteile erzielbar sind.All statements relating to the semiconductor component according to the invention can be transferred analogously to the semiconductor power module according to the invention and the motor vehicle according to the invention, so that the aforementioned advantages can also be achieved with these.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:

  • 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
  • 2 ein Schaltbild einer Halbbrückenschaltung eines erfindungsgemäßen Halbleiterleistungsmoduls des Kraftfahrzeugs;
  • 3 eine Schichtdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils; und
  • 4 eine Schichtdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils.
Further advantages and details of the invention result from the exemplary embodiments described below and from the drawings. These are schematic representations and show:
  • 1 a schematic diagram of a motor vehicle according to the invention;
  • 2 a circuit diagram of a half-bridge circuit of a semiconductor power module according to the invention of the motor vehicle;
  • 3 a layer representation of a first exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention; and
  • 4 a layer representation of a second exemplary embodiment of a semiconductor component according to the invention.

1 zeigt eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeugs 1, umfassend ein Halbleiterleistungsmodul 2, welches beispielsweise Teil einer Lenksteuereinrichtung, einer Getriebesteuereinrichtung, eines elektrisch angetriebener Klimakompressors, eines Wechselrichters oder eines Gleichspannungswandlers des Kraftfahrzeugs 1 ist. Das Halbleiterleistungsmodul 2 weist eine oder mehrere Halbbrückenschaltungen 3 auf. 1 shows a schematic diagram of a motor vehicle 1, comprising a semiconductor power module 2, which is part of a steering control device, a transmission control device, an electrically driven air conditioning compressor, an inverter or a DC voltage converter of the motor vehicle 1, for example. The semiconductor power module 2 has one or more half-bridge circuits 3 .

2 zeigt ein Schaltbild der Halbbrückenschaltung 3. Diese umfasst einen ersten Transistor 4 und einen zweiten Transistor 5 jeweils in Form eines p-Kanal-Bipolartransistors mit isoliertem Gate (IGBT), die in Reihe zwischen einer auf einem hohen Potential 6 liegenden Leitung und einer auf einem niedrigen Potential 7 liegenden Leitung verschaltet sind. Dabei ist ein Emitter 8 des ersten Transistors 4 mit dem niedrigen Potential 7 und ein Kollektor 9 des ersten Transistors 4 mit einem Emitter 10 des zweiten Transistors 5 verbunden. Dessen Kollektor 11 liegt wiederum auf dem hohen Potential 6. Zwischen dem Emitter 10 und dem Kollektor 9 ist ein Mittelabgriff 12 vorgesehen. Durch Ansteuerung eines Gates 13 des ersten Transistors 4 und eines Gates 14 des zweiten Transistors 5 lässt sich am Mittelabgriff 12 mithin entweder das hohe Potential 6, das niedrige Potential 7 oder ein dazwischen liegendes Potential abgreifen. 2 shows a circuit diagram of the half-bridge circuit 3. This comprises a first transistor 4 and a second transistor 5, each in the form of a p-channel insulated gate bipolar transistor (IGBT), which are connected in series between a line which is at a high potential 6 and a line which is at a low potential 7 lying line are connected. In this case, an emitter 8 of the first transistor 4 is connected to the low potential 7 and a collector 9 of the first transistor 4 is connected to an emitter 10 of the second transistor 5 . Its collector 11 is in turn at the high potential 6. Between the emitter 10 and the collector 9 a center tap 12 is provided. By driving a gate 13 of the first transistor 4 and a gate 14 of the second transistor 5, either the high potential 6, the low potential 7 or a potential in between can be tapped off at the center tap 12.

Antiparallel zu den Transistoren 4, 5 ist jeweils eine Diode 15, 16 geschaltet, so dass ein Stromfluss vom niedrigen Potential 7 bzw. vom Mittelabgriff 12 in Richtung des hohen Potentials 6 an den Transistoren 4, 5 vorbeigeführt wird. Ein solcher Stromfluss kann beispielsweise durch eine induktive Last der Halbbrückenschaltung 3 hervorgerufen werden und die empfindlichen Strukturen der Transistoren 4, 5 schädigen.A diode 15, 16 is connected antiparallel to the transistors 4, 5, so that a current flow from the low potential 7 or from the center tap 12 in the direction of the high potential 6 is guided past the transistors 4, 5. Such a current flow can be caused, for example, by an inductive load of the half-bridge circuit 3 and damage the sensitive structures of the transistors 4, 5.

3 zeigt eine Schichtdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Halbleiterbauteils 17, das die Halbbrückenschaltung 3 realisiert. 3 FIG. 1 shows a layer representation of an exemplary embodiment of a semiconductor component 17 that implements the half-bridge circuit 3. FIG.

Das Halbleiterbauteil 17 umfasst ein Substrat 18 aus einem Halbleitermaterial. Innerhalb des Substrats 18 ist eine elektrisch isolierende Trennschicht 19, beispielsweise durch Dotierung, Einbringen einer Oxidschicht oder Ätzen, ausgebildet, welche das Substrat 18 in einen ersten Substratabschnitt 20 und in einen zweiten Substratabschnitt 21 aufteilt.The semiconductor device 17 includes a substrate 18 made of a semiconductor material. Within the substrate 18 an electrically insulating separating layer 19 is formed, for example by doping, introducing an oxide layer or etching, which divides the substrate 18 into a first substrate section 20 and a second substrate section 21 .

Innerhalb des ersten Substratabschnitts 20 sind sowohl die Halbleiterübergänge einer ersten Transistorstruktur 22 ausgebildet, zu welcher ferner eine oberflächenseitig am ersten Substratabschnitt 20 angeordnete isolierte Gatestruktur 23 gehört, als auch die Halbleiterübergänge einer Diodenstruktur 24 ausgebildet. Die Halbleiterübergänge der ersten Transistorstruktur 22 werden durch eine schwach n-dotierte Epitaxiezone 25 gebildet, in der zwei stark p-dotierte Wannen 26, 27 mit jeweils einer stark n-dotierten Insel 28, 29 ausgebildet sind. Die Wannen 26, 27 berühren dabei die isolierte Gatestruktur 23 teilweise. Auf der den Wannen 26, 27 abgewandten Seite der Epitaxiezone 25 befindet sich eine stark n-dotierte Pufferzone 30, an die sich im Bereich der ersten Transistorstruktur 22 eine stark p-dotierte Zone 45 anschließt und die sich im Bereich der ersten Diodenstruktur 24 bis zu einer ersten Oberfläche 31 des Substrats 18 erstreckt. Der erste Substratabschnitt 20 bildet mithin sowohl den npnp-Übergang der ersten Transistorstruktur 22 für den vertikalen IGBT als auch den pin-Übergang der ersten Diodenstruktur 24 aus.Both the semiconductor junctions of a first transistor structure 22, which also includes an insulated gate structure 23 arranged on the surface side on the first substrate section 20, and the semiconductor junctions of a diode structure 24 are formed within the first substrate section 20. The semiconductor junctions of the first transistor structure 22 are formed by a lightly n-doped epitaxial zone 25 in which two heavily p-doped wells 26, 27 each having a heavily n-doped island 28, 29 are formed. The wells 26, 27 touch the insulated gate structure 23 partially. On the side of the epitaxial zone 25 facing away from the wells 26, 27 there is a heavily n-doped buffer zone 30, which is adjoined in the area of the first transistor structure 22 by a heavily p-doped zone 45 and which in the area of the first diode structure 24 up to a first surface 31 of the substrate 18 extends. The first substrate section 20 consequently forms both the npnp junction of the first transistor structure 22 for the vertical IGBT and the pin junction of the first diode structure 24 .

Die erste Transistorstruktur 22 bildet folglich den ersten Transistor 4 der in 2 gezeigten Halbbrückenschaltung 3 aus. Dessen antiparallele Diode ist ferner durch die erste Diodenstruktur 24 ausgebildet. An der der ersten Oberfläche 31 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 32 des Substrats 18 ist eine elektrisch leitfähige erste Außenelektrode 33 vorgesehen, die die Gatestruktur 23 einfasst und den Emitter 8 mit der Anode der Diode 15 verbindet. An der ersten Oberfläche 31 ist eine elektrisch leitfähige Mittelelektrode 34 vorgesehen, die den Kollektor 9 mit der Kathode der Diode 15 verbindet.The first transistor structure 22 consequently forms the first transistor 4 in FIG 2 shown half-bridge circuit 3 from. Its anti-parallel diode is also formed by the first diode structure 24 . An electrically conductive first outer electrode 33 is provided on the second surface 32 of the substrate 18 opposite the first surface 31 , which encloses the gate structure 23 and connects the emitter 8 to the anode of the diode 15 . An electrically conductive center electrode 34 is provided on the first surface 31 and connects the collector 9 to the cathode of the diode 15 .

Innerhalb des zweiten Substratabschnitts 21 sind Halbleiterübergänge einer zweiten Transistorstruktur 35 und eine zweite Diodenstruktur 36 ausgebildet, die der ersten Transistorstruktur 22 bzw. der ersten Diodenstruktur 24 entsprechen, allerdings bezüglich einer parallel zu den Oberflächen 31, 32 verlaufenden Ebene gespiegelt angeordnet sind. Ferner ist eine zweite Gatestruktur 37 der zweiten Transistorstruktur 35 an der ersten Oberfläche 31 vorgesehen. Mithin bilden die zweite Transistorstruktur 35 den zweiten Transistor 5 und die zweite Diodenstruktur 36 die zweite Diode 16 der in 2 gezeigten Halbbrückenschaltung 3 aus. Zur Verbindung des Kollektors 9 mit dem Emitter 10 überbrückt die Mittelelektrode 34 die Trennschicht 19 und fasst am zweiten Substratabschnitt 21 die zweite Gatestruktur 37 ein. Die Mittelelektrode 34 bildet dabei auch die Verbindung der Kathode der zweiten Diode 16 mit dem Emitter 10 des zweiten Transistors 5. An der zweiten Oberfläche 32 ist im Bereich des zweiten Substratabschnitts 21 eine zweite Außenelektrode 38 vorgesehen, die den Kollektor 11 des zweiten Transistors 5 mit der Anode der zweiten Diode 16 verbindet.Semiconductor junctions of a second transistor structure 35 and a second diode structure 36 are formed within the second substrate section 21, which correspond to the first transistor structure 22 and the first diode structure 24, but are arranged mirrored with respect to a plane running parallel to the surfaces 31, 32. Furthermore, a second gate structure 37 of the second transistor structure 35 is provided on the first surface 31 . Consequently, the second transistor structure 35 forms the second transistor 5 and the second diode structure 36 forms the second diode 16 of FIG 2 shown half-bridge circuit 3 from. In order to connect the collector 9 to the emitter 10 , the middle electrode 34 bridges the separating layer 19 and encloses the second gate structure 37 on the second substrate section 21 . The center electrode 34 also forms the connection between the cathode of the second diode 16 and the emitter 10 of the second transistor 5. A second outer electrode 38 is provided on the second surface 32 in the region of the second substrate section 21, which connects the collector 11 of the second transistor 5 with the anode of the second diode 16 connects.

Somit ist die Halbbrückenschaltung 3 monolithisch durch das aus einem einzigen Substrat 18 gebildete Halbleiterbauteil 17 realisiert, wobei die erste Außenelektrode 33 mit dem niedrigen Potential 7 und die zweite Außenelektrode 38 mit dem hohen Potential 6 zu verbinden ist. Der Mittelabgriff 12 ist durch die Mittelelektrode 34 bereitgestellt.The half-bridge circuit 3 is thus implemented monolithically by the semiconductor component 17 formed from a single substrate 18, with the first outer electrode 33 being connected to the low potential 7 and the second outer electrode 38 being connected to the high potential 6. Center tap 12 is provided by center electrode 34 .

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 17 sind die Transistorstrukturen 22, 35 als vertikaler Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGFET), beispielsweise als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) ausgebildet. Dabei entsprechen funktional die Emitter 8, 10 einem jeweiligen Sourceanschluss und die Kollektoren 9, 11 einem jeweiligen Drainanschluss der IGFET.According to a further exemplary embodiment of the semiconductor component 17, the transistor structures 22, 35 are in the form of vertical insulated-gate field-effect transistors (IGFET), for example metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFET). The emitters 8, 10 correspond functionally to a respective source connection and the collectors 9, 11 to a respective drain connection of the IGFET.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils 17, dessen Transistorstrukturen 22, 35 im Gegensatz zum zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel jeweils als lateraler n-Kanal-IGBT ausgebildet sind. Dabei sind sowohl die Außenelektroden 33, 38 als auch die Mittelelektrode 34 an der selben Oberfläche 32 des Substrats 18 angeordnet. 4 12 shows a further exemplary embodiment of a semiconductor component 17, the transistor structures 22, 35 of which, in contrast to the exemplary embodiment described above, are each formed as a lateral n-channel IGBT. Both the outer electrodes 33, 38 and the center electrode 34 are arranged on the same surface 32 of the substrate 18.

Das Substrat 18 weist dazu im ersten Substratabschnitt 20 eine p-dotierte Basiszone 39 auf, in der im Bereich der den Emitter 8 des ersten Transistors 4 kontaktierenden ersten Außenelektrode 33 eine stark p-dotierte Zone 40 und eine stark n-dotierte Zone 41 ausgebildet ist. Kollektorseitig ist eine weitere stark p-dotierte Zone 42 ausgebildet, die in vertikaler Richtung durch eine n-dotierte Pufferzone 43 von der Basiszone 39 und in lateraler Richtung durch eine n-dotierte Driftzone 44 von der Basiszone 39 getrennt ist. Die Gatestruktur 23 der ersten Transistorstruktur 22 ist hier an der Oberfläche 32 ausgebildet und grenzt in vertikaler Richtung unmittelbar an die Basiszone 39 an.For this purpose, the substrate 18 has a p-doped base zone 39 in the first substrate section 20 in which a heavily p-doped zone 40 and a heavily n-doped zone 41 are formed in the region of the first outer electrode 33 contacting the emitter 8 of the first transistor 4 . On the collector side, another heavily p-doped zone 42 is formed, which is in the vertical direction by an n-doped Puf ferzone 43 is separated from the base zone 39 and in the lateral direction by an n-doped drift zone 44 from the base zone 39. The gate structure 23 of the first transistor structure 22 is formed here on the surface 32 and is directly adjacent to the base zone 39 in the vertical direction.

Im zweiten Substratabschnitt 21 sind die Halbleiterübergänge der zweiten Transistorstruktur 35 analog zur ersten Transistorstruktur 22 realisiert, wobei die Gatestruktur 37 ebenfalls an der Oberfläche 32 ausgebildet ist. Auch hier überbrückt die Mittelelektrode 34 die Trennschicht 19 des Substrats 18 und stellt so die Verbindung zwischen dem Kollektor 9 des ersten Transistors 4 und dem Emitter 10 des zweiten Transistors 5 her. Die zweite Außenelektrode 38 kontaktiert dementsprechend den Kollektor 11 des zweiten Transistors 5 zur Ausbildung der Halbbrückenschaltung 3 gemäß 2.The semiconductor junctions of the second transistor structure 35 are implemented in the second substrate section 21 analogously to the first transistor structure 22 , with the gate structure 37 also being formed on the surface 32 . Here, too, the center electrode 34 bridges the separating layer 19 of the substrate 18 and thus establishes the connection between the collector 9 of the first transistor 4 and the emitter 10 of the second transistor 5 . The second outer electrode 38 accordingly contacts the collector 11 of the second transistor 5 to form the half-bridge circuit 3 according to FIG 2 .

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des in 4 gezeigten Halbleiterbauteils 17 sind die Transistorstrukturen 22, 35 als laterale IGFET, beispielsweise als MOSFET, ausgebildet. Auch hier entsprechen die Emitter 8, 10 funktional einem jeweiligen Sourceanschluss und die Kollektoren 9, 11 einem jeweiligen Drainanschluss der IGFET.According to a further embodiment of the in 4 Semiconductor component 17 shown, the transistor structures 22, 35 are formed as lateral IGFETs, for example as MOSFETs. Here, too, the emitters 8, 10 correspond functionally to a respective source connection and the collectors 9, 11 to a respective drain connection of the IGFET.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der in den 3 und 4 gezeigten Halbleiterbauteile 17 sind beidseits der Trennschicht 19 jeweils mehrere Transistorstrukturen 22, 35 und Diodenstrukturen 24, 36 ausgebildet, so dass mehrere Halbbrückenschaltungen parallel im Substrat 18 realisiert werden. Dabei verläuft die Trennschicht 19 durchgängig zwischen den Substratabschnitten 20, 21, in denen jeweils Halbleiterübergänge mehrerer erste bzw. zweite Transistorstrukturen 22, 35 ausgebildet sind.According to a further embodiment in the 3 and 4 In the semiconductor components 17 shown, a plurality of transistor structures 22, 35 and diode structures 24, 36 are formed on both sides of the separating layer 19, so that a plurality of half-bridge circuits are realized in parallel in the substrate 18. In this case, the separating layer 19 runs continuously between the substrate sections 20, 21, in each of which semiconductor junctions of a plurality of first and second transistor structures 22, 35 are formed.

Claims (12)

Halbleiterbauteil, umfassend ein Substrat (18) aus einem Halbleitermaterial, in welchem Substrat (18) Halbleiterübergänge einer Transistorstruktur (22) des Halbleiterbauteils (17) ausgebildet sind, wobei innerhalb des Substrats (18) eine das Substrat (18) in zwei Substratabschnitte (20, 21) aufteilende, elektrisch isolierende Trennschicht (19) ausgebildet ist, wobei die Halbleiterübergänge einer ersten Transistorstruktur (22) in einem Substratabschnitt (20) und Halbleiterübergänge einer zweiten Transistorstruktur (35) des Halbleiterbauteils (17) im anderen Substratabschnitt (21) ausgebildet sind, wobei an einer Oberfläche (31) des Substrats (18) eine die Trennschicht (19) überbrückende elektrisch leitfähige Mittelelektrode (34) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (34) an der ersten Transistorstruktur (22) direkt kollektor- oder drainseitig kontaktiert ist und an der zweiten Transistorstruktur direkt emitter- oder sourceseitig kontaktiert ist.Semiconductor component, comprising a substrate (18) made of a semiconductor material, in which substrate (18) semiconductor junctions of a transistor structure (22) of the semiconductor component (17) are formed, wherein within the substrate (18) a substrate (18) is divided into two substrate sections (20 , 21) dividing, electrically insulating separating layer (19), the semiconductor junctions of a first transistor structure (22) being formed in a substrate section (20) and the semiconductor junctions of a second transistor structure (35) of the semiconductor component (17) being formed in the other substrate section (21). , wherein an electrically conductive center electrode (34) bridging the separating layer (19) is formed on a surface (31) of the substrate (18), characterized in that the center electrode (34) on the first transistor structure (22) directly on the collector or drain side is contacted and is contacted directly on the emitter or source side of the second transistor structure. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Transistorstrukturen (22, 35) jeweils als Bipolartransistor mit isoliertem Gate oder als Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate ausgebildet sind.semiconductor component claim 1 , characterized in that transistor structures (22, 35) are each formed as an insulated gate bipolar transistor or as an insulated gate field effect transistor. Halbleiterbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistorstrukturen (22, 35) jeweils vom gleichen Kanaltyp sind.semiconductor component claim 1 or 2 , characterized in that the transistor structures (22, 35) are each of the same channel type. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistorstrukturen (22, 35) jeweils vertikal oder lateral ausgebildet sind.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that the transistor structures (22, 35) are each formed vertically or laterally. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei elektrisch leitfähige Außenelektroden (33, 38) vorgesehen sind, wobei eine erste Außenelektrode (33) emitter- oder sourceseitig mit der ersten Transistorstruktur (32) und die zweite Außenelektrode (38) kollektor- oder drainseitig mit der zweiten Transistorstruktur (35) kontaktiert ist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that two electrically conductive outer electrodes (33, 38) are provided, with a first outer electrode (33) on the emitter or source side with the first transistor structure (32) and the second outer electrode (38) on the collector or is in contact with the second transistor structure (35) on the drain side. Halbleiterbauteil nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenelektroden (33, 38) an einer der Oberfläche (31) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (32) des die Halbleiterübergänge der vertikalen Transistorstrukturen (22, 35) ausbildenden Substrats (18) oder an der Oberfläche (31) des die Halbleiterübergänge der lateralen Transistorstrukturen (22, 35) ausbildenden Substrats (18) angeordnet sind.Semiconductor component according to claims 4 and 5 , characterized in that the outer electrodes (33, 38) on a surface (31) opposite second surface (32) of the semiconductor junctions of the vertical transistor structures (22, 35) forming the substrate (18) or on the surface (31) of the Semiconductor junctions of the lateral transistor structures (22, 35) forming the substrate (18) are arranged. Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Halbbrückenschaltung (3) realisiert, die über einen Gateanschluss einer jeweiligen Transistorstruktur (22, 35) steuerbar ist und/oder deren Mittelabgriff (12) durch die Mittelelektrode (34) ausgebildet ist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that it implements a half-bridge circuit (3) which can be controlled via a gate connection of a respective transistor structure (22, 35) and/or whose center tap (12) is formed by the center electrode (34). Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Substratabschnitten (20, 21) jeweils eine antiparallel zur Transistorstruktur geschaltete Diodenstruktur (24, 36) ausgebildet ist.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that a diode structure (24, 36) connected antiparallel to the transistor structure is formed in each of the substrate sections (20, 21). Halbleiterbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem jeweiligen Substratabschnitt (20, 21) Halbleiterübergänge mehrerer Transistorstrukturen (22, 35) ausgebildet sind, die jeweils separat kontaktierbar sind.Semiconductor component according to one of the preceding claims, characterized in that in a respective substrate section (20, 21) semiconductor junctions of a plurality of transistor structures (22, 35) are formed, which can each be contacted separately. Halbleiterleistungsmodul für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend wenigstens ein Halbleiterbauteil (17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Semiconductor power module for a motor vehicle (1), comprising at least one semiconductor structure part (17) according to any one of the preceding claims. Lenksteuereinrichtung oder Getriebesteuereinrichtung oder elektrisch angetriebener Klimakompressor oder Wechselrichter oder Gleichspannungswandler mit einem Halbleiterleistungsmodul nach Anspruch 10.Steering control device or transmission control device or electrically driven air conditioning compressor or inverter or DC voltage converter with a semiconductor power module claim 10 . Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein Halbleiterleistungsmodul (2) nach Anspruch 10 oder eine Lenksteuereinrichtung oder eine Getriebesteuereinrichtung oder einen elektrisch angetriebenen Klimakompressor oder einen Wechselrichter oder einen Gleichspannungswandler nach Anspruch 11.Motor vehicle, comprising at least one semiconductor power module (2). claim 10 or a steering control device or a transmission control device or an electrically driven air conditioning compressor or an inverter or a DC voltage converter claim 11 .
DE102016218821.6A 2016-09-29 2016-09-29 Semiconductor device, semiconductor power module for an automobile and automobile Active DE102016218821B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016218821.6A DE102016218821B4 (en) 2016-09-29 2016-09-29 Semiconductor device, semiconductor power module for an automobile and automobile

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016218821.6A DE102016218821B4 (en) 2016-09-29 2016-09-29 Semiconductor device, semiconductor power module for an automobile and automobile

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102016218821A1 DE102016218821A1 (en) 2018-03-29
DE102016218821B4 true DE102016218821B4 (en) 2023-03-23

Family

ID=61563981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016218821.6A Active DE102016218821B4 (en) 2016-09-29 2016-09-29 Semiconductor device, semiconductor power module for an automobile and automobile

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016218821B4 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4040691A1 (en) 1989-12-21 1991-06-27 Gen Electric SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMI-BRIDGE CIRCUIT BLOCK
EP1401021A1 (en) 2001-05-25 2004-03-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power semiconductor device
US20090114947A1 (en) 2007-11-07 2009-05-07 Denso Corporation Semiconductor device and inverter circiut having the same
US20110068387A1 (en) 2009-09-23 2011-03-24 Denso Corporation Semiconductor device including vertical transistor and horizontal transistor and method of manufacturing the same
US20110260245A1 (en) 2010-04-23 2011-10-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Cost Effective Global Isolation and Power Dissipation For Power Integrated Circuit Device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4040691A1 (en) 1989-12-21 1991-06-27 Gen Electric SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMI-BRIDGE CIRCUIT BLOCK
EP1401021A1 (en) 2001-05-25 2004-03-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power semiconductor device
US20090114947A1 (en) 2007-11-07 2009-05-07 Denso Corporation Semiconductor device and inverter circiut having the same
US20110068387A1 (en) 2009-09-23 2011-03-24 Denso Corporation Semiconductor device including vertical transistor and horizontal transistor and method of manufacturing the same
US20110260245A1 (en) 2010-04-23 2011-10-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Cost Effective Global Isolation and Power Dissipation For Power Integrated Circuit Device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016218821A1 (en) 2018-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112013000784B4 (en) Semiconductor arrangement with active drift zone
DE102013217176B4 (en) Circuit arrangement with a first semiconductor device and with a plurality of second semiconductor devices
DE102013213447B4 (en) Integrated circuit with at least two switches
DE102014111360B4 (en) SEMICONDUCTOR COMPONENT AND ELECTRONIC CIRCUIT FOR SWITCHING HIGH VOLTAGES
DE102013107379B4 (en) Integrated semiconductor device and bridge circuit with the integrated semiconductor device
DE102006038479B4 (en) Power semiconductor module with two multiple power semiconductor devices
DE102013100683B4 (en) Integrated circuit with field effect transistor structures with gate and field electrodes and method for producing such an integrated circuit
DE102014109859B4 (en) SEMICONDUCTOR DEVICES WITH A FIELD ELECTRODE, SYNCHRONOUS RECTIFICATION DEVICE AND POWER SUPPLY
EP1231645A2 (en) Thin film SOI semiconductor device
DE102014110985A1 (en) MOSFET driver device
DE102014119395B4 (en) Transistor device with field electrode
DE112013000782T5 (en) Semiconductor arrangement with active drift zone
DE112012006885T5 (en) Switching device for power and Stromrichtvorrichtung
DE102013206057A1 (en) INTEGRATED SWITCHING ELEMENT WITH PARALLEL RECTIFIER ELEMENT
DE102015116611B4 (en) Transistor component
DE112015002272T5 (en) SIC POWER MODULES WITH HIGH CURRENT AND LOW SWITCH LOSSES
DE102014116091A1 (en) Semiconductor device
DE102014114836A1 (en) Semiconductor device
DE102014106102B4 (en) Power transistor with an at least partially integrated driver stage
DE102009011349B4 (en) Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor chips
DE10252609B4 (en) Termination for a semiconductor device with MOS gate control with protection rings
DE102015108091A1 (en) Transistor arrangement with power transistors and voltage-limiting components
DE102016110645A1 (en) SEMICONDUCTOR DEVICE WITH ONE FIRST FIELD PLATE AND A SECOND FIELD PLATE TRANSISTOR
DE102016218821B4 (en) Semiconductor device, semiconductor power module for an automobile and automobile
DE10005772B4 (en) Trench MOSFET

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final