DE102019135495B3 - Halbleiteranordnung mit integriertem temperatursensor und verfahren zu ihrer herstellung und anwendung - Google Patents

Halbleiteranordnung mit integriertem temperatursensor und verfahren zu ihrer herstellung und anwendung Download PDF

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Abstract

Eine Halbleiteranordnung ist beschrieben. Die Halbleiteranordnung umfasst: einen Halbleiterkörper (100) und einen in dem Halbleiterkörper (100) integrierten Temperatursensor (TES). Der Temperatursensor (TES) umfasst: ein erstes Halbleitergebiet (11) eines ersten Dotierungstyps, der in einer vertikalen Richtung (z) des Halbleiterkörpers (100) zwischen einem zweiten Halbleitergebiet (21) eines zweiten Dotierungstyps und einem dritten Halbleitergebiet (30) des zweiten Dotierungstyps angeordnet ist, und einen Kontaktstöpsel (4; 41), der das erste Halbleitergebiet (11) und das zweite Halbleitergebiet (21) ohmsch verbindet. Das erste Halbleitergebiet (11) umfasst einen Basisgebietsabschnitt (111), der zu dem Kontaktstöpsel (4; 41) in einer ersten lateralen Richtung (x) des Halbleiterkörpers (100) beabstandet ist, und einen Widerstandsabschnitt (112), der zwischen dem Basisgebietsabschnitt (111) und dem Kontaktstöpsel (4; 41) angeordnet ist, wobei der Widerstandsabschnitt (112) so realisiert ist, dass ein ohmscher Widerstand des Widerstandsabschnitts (112) zwischen dem Basisgebietsabschnitt (111) und dem ersten Halbleitergebiet (21) wenigstens 1 MΩ beträgt.

Description

  • Diese Beschreibung betrifft allgemein eine Halbleiteranordnung, die einen in einem Halbleiterkörper integrierten Temperatursensor umfasst.
  • Bei verschiedenen Arten von Halbleiteranordnungen ist es gewünscht, die Temperatur innerhalb eines Halbleiterkörpers zu messen. Ein Beispiel einer solchen Halbleiteranordnung ist ein Leistungstransistor. Ein Leistungstransistor umfasst mehrere Transistorzellen, die in einem Halbleiterkörper integriert sind. Ein Leistungstransistor kann in einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand betrieben werden, wobei im Ein-Zustand Leistung in dem Halbleiterkörper dissipiert werden kann, so dass der Halbleiterkörper erwärmt wird. Ein Temperatursensor innerhalb des Halbleiterkörpers ist hilfreich, um eine Übertemperatur zu detektieren, so dass der Leistungstransistor ausgeschaltet werden kann, um den Leistungstransistor davor zu schützen, beschädigt oder zerstört zu werden.
  • Die Druckschrift DE 10 2004 047 752 B3 beschreibt ein Halbleiterbauteil mit einem Halbleiterkörper, in dem ein Temperatursensor zum Messen der im Halbleiterkörper vorherrschenden Temperatur integriert ist. Der Temperatursensor umfasst einen MOS-Transistor und einen Bipolartransistor, wobei der MOS-Transistor so in dem Halbleiterkörper integriert ist, dass ein im sperrenden Zustand des MOS-Transistors fließender „Unterschwellenstrom“ proportional zu der zu messenden Temperatur ist und wobei der Unterschwellenstrom des MOS-Transistors durch den Bipolartransistor verstärkt wird.
  • Es besteht ein Bedarf nach einem integrierten Temperatursensor, insbesondere einem Temperatursensor, der in einem Leistungstransistor implementiert werden kann und der kosteneffizient hergestellt werden kann.
  • Ein Beispiel betrifft eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper und einem in dem Halbleiterkörper integrierten Temperatursensor. Der Temperatursensor umfasst ein erstes Halbleitergebiet eines ersten Dotierungstyps, das in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers zwischen einem zweiten Halbleitergebiet eines zweiten Dotierungstyps und einem dritten Halbleitergebiet des zweiten Dotierungstyps angeordnet ist, und einem Kontaktstöpsel, der das erste Halbleitergebiet und das zweite Halbleitergebiet ohmsch verbindet. Das erste Halbleitergebiet umfasst einen Basisgebietsabschnitt, der in einer ersten lateralen Richtung des Halbleiterkörpers von dem Kontaktstöpsel beabstandet ist, und einen Widerstandsabschnitt, der zwischen dem Basisgebietsabschnitt und dem Kontaktstöpsel angeordnet ist. Der Widerstandsabschnitt ist derart realisiert, dass ein ohmscher Widerstand des Widerstandsabschnitts zwischen dem Basisgebietsabschnitt und dem Kontaktstöpsel wenigstens 1 MΩ beträgt.
  • Beispiele sind nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen dienen dazu, bestimmte Prinzipien zu veranschaulichen, so dass nur Aspekte, die zum Verständnis dieser Prinzipien notwendig sind, dargestellt sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale.
    • Die 1A-1D zeigen eine Draufsicht bzw. eine vertikale Schnittansicht eines Temperatursensors gemäß einem Beispiel;
    • 2 veranschaulicht die Funktion des Temperatursensors gemäß der 1A-1D;
    • 3 veranschaulicht einen Messstrom über einer Messspannung in einem Temperatursensor gemäß einem Beispiel;
    • 4 veranschaulicht einen Messstrom über einer Temperatur in einem Temperatursensor gemäß einem Beispiel;
    • 5 veranschaulicht eine Modifikation des in den 1A-1D gezeigten Temperatursensors;
    • 6 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Beispiels einer Halbleiteranordnung, die ein vertikales Transistorbauelement mit mehreren Transistorzellen und einen Temperatursensor des in den 1A-1D gezeigten Typs umfasst;
    • 7 zeigt eine vertikale Schnittansicht einer Transistorzelle gemäß einem Beispiel im Detail;
    • 8 zeigt eine Draufsicht der in 4 gezeigten Halbleiteranordnung;
    • 9 zeigt eine vertikale Schnittansicht einer Transistorzelle gemäß einem weiteren Beispiel im Detail;
    • 10 zeigt eine vertikale Schnittansicht einer Isolation zwischen dem Temperatursensor und dem Transistorbauelement gemäß einem Beispiel;
    • 11 zeigt eine vertikale Schnittansicht der Isolation gemäß einem weiteren Beispiel;
    • 12 zeigt eine vertikale Schnittansicht der Isolation gemäß noch einem weiteren Beispiel;
    • 13 zeigt eine Draufsicht der Halbleiteranordnung gemäß einem Beispiel; und
    • 14 zeigt eine Draufsicht der Halbleiteranordnung gemäß einem weiteren Beispiel.
  • Die Merkmale der verschiedenen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nicht explizit etwas anderes angegeben ist.
  • Die 1A-1D veranschaulichen ein Beispiel eines Temperatursensors TES, der in einem Halbleiterkörper 100 integriert ist, wobei nur ein Abschnitt des Halbleiterkörpers 100, in dem der Temperatursensor TES integriert ist, dargestellt ist. 1A veranschaulicht eine Draufsicht auf eine erste Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100, 1B zeigt eine vertikale Schnittansicht des Halbleiterkörpers 100 in einer ersten vertikalen Schnittebene B-B, 1C veranschaulicht eine vertikale Schnittansicht des Halbleiterkörpers 100 in einer zweiten vertikalen Schnittebene C-C, und 1D veranschaulicht eine vertikale Schnittansicht des Halbleiterkörpers 100 in einer dritten vertikalen Schnittebene D-D. Die erste vertikale Schnittebene B-B erstreckt sich in einer vertikalen Richtung z und einer ersten lateralen Richtung x des Halbleiterkörpers 100, die zweite vertikale Schnittebene C-C erstreckt sich in der vertikalen Richtung z und einer zweiten lateralen Richtung y, und die dritte vertikale Schnittebene D-D erstreckt sich in einer vertikalen Richtung z und der zweiten lateralen Richtung y. Die zweite laterale Richtung y ist senkrecht zu der ersten lateralen Richtung x. Außerdem schneiden die zweite vertikale Schnittebene C-C und die dritte vertikale Schnittebene D-D durch den Halbleiterkörper 100 an verschiedenen Positionen in der ersten lateralen Richtung x.
  • Bezug nehmend auf die 1A-1D umfasst der Temperatursensor TES ein erstes Halbleitergebiet 11 eines ersten Dotierungstyps, ein zweites Halbleitergebiet 21 eines zu dem ersten Dotierungstyp komplementären zweiten Dotierungstyps und ein drittes Halbleitergebiet 30 des zweiten Dotierungstyps. Das erste Halbleitergebiet 11 ist in der vertikalen Richtung z des Halbleiterkörpers 100 zwischen dem zweiten Halbleitergebiet 21 und dem dritten Halbleitergebiet 30 angeordnet. Der Temperatursensor TES umfasst außerdem einen Kontaktstöpsel 4, der ohmsch an das erste Halbleitergebiet 11 und das zweite Halbleitergebiet 21 angeschlossen ist. „Ohmsch anschließen“ bedeutet, dass kein gleichrichtender Übergang in einem Strompfad von dem ersten Halbleitergebiet 11 über den Kontaktstöpsel 4 zu dem zweiten Halbleitergebiet 21, oder umgekehrt, vorhanden ist. Das heißt, es gibt einen ohmschen Kontakt zwischen dem Kontaktstöpsel 4 und jeweils dem ersten Halbleitergebiet 11 und dem zweiten Halbleitergebiet 21. Um solche ohmschen Kontakte zu erreichen, kann der Kontaktstöpsel 4 jeweils direkt an das erste Halbleitergebiet 11 und das zweite Halbleitergebiet 21 angrenzen. Optional ist ein Kontaktgebiet 11' (in gestrichelten Linien dargestellt) des selben Dotierungstyps wie das erste Halbleitergebiet 11, jedoch höher dotiert als das erste Halbleitergebiet 11, zwischen dem Kontaktstöpsel 4 und dem ersten Halbleitergebiet 11 angeordnet. Eine Dotierungskonzentration des Kontaktgebiets 11' ist hoch genug, um einen ohmschen Kontakt zwischen dem Kontaktstöpsel 4 und dem Kontaktgebiet 11' zu erreichen, so dass eine ohmsche Verbindung zwischen dem Kontaktstöpsel 4 und dem ersten Halbleitergebiet 11 vorhanden ist. Entsprechend kann ein Kontaktgebiet 21' (in gestrichelten Linien dargestellt) das vom zweiten Dotierungstyp und höher als das zweite Halbleitergebiet 21 dotiert ist, zwischen dem Kontaktstöpsel 4 und dem zweiten Halbleitergebiet 21 angeordnet sein. Eine Dotierungskonzentration dieses Kontaktgebiets 21' ist hoch genug, um eine ohmsche Verbindung zwischen dem Kontaktgebiet 21' und dem zweiten Halbleitergebiet 21 zu erreichen.
  • Der Kontaktstöpsel 4 umfasst ein Metall oder ein dotiertes polykristallines Halbleitermaterial, wie beispielsweise dotiertes Polysilizium. Das Metall umfasst beispielsweise Platin (Pt), Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Titan (Ti) oder Legierungen mit zwei oder mehr dieser Metalle. Gemäß einem Beispiel umfasst der Kontaktstöpsel einen Schichtstapel mit zwei oder mehr dieser Metalle und/oder Legierungen.
  • Der Halbleiterkörper 100 umfasst ein herkömmliches Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium (Si), Siliziumkarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), oder ähnliche. Gemäß einem Beispiel ist der erste Dotierungstyp ein p-Typ und der zweite Dotierungstyp ein n-Typ. In einem siliziumbasierten Halbleiterkörper 100 kann das erste Halbleitergebiet 11 beispielsweise Bor-(B)-Atome als p-Dotierungsatome umfassen und können die zweiten und dritten Halbleitergebiete 21, 30 Phosphor-(P)-Atome und/oder Arsen-(As)-Atome als n-Dotierungsatome umfassen. In einem Silizium-Halbleiterkörper ist eine Dotierungskonzentration der optionalen Kontaktgebiete 11', 21' wenigstens 1E18 cm-3.
  • Bei dem in den 1A-1D dargestellten Temperatursensor TES bilden das erste Halbleitergebiet 11, das zweite Halbleitergebiet 21 und das dritte Halbleitergebiet 30 einen Bipolartransistor. Genauer, ein Abschnitt des ersten Halbleitergebiets 11 bildet ein Basisgebiet des Bipolartransistors, das zweite Halbleitergebiet 21 bildet ein Emittergebiet des Bipolartransistors und das dritte Halbleitergebiet 30 bildet ein Kollektorgebiet des Bipolartransistor. Die ersten, zweiten und dritten Halbleitergebiete 11, 21, 30 werden nachfolgend daher auch als Basis-, Emitter- und Kollektorgebiete bezeichnet.
  • Die Funktionalität des Temperatursensors TES und weitere Merkmale des Temperatursensors TES werden anhand von 2 erläutert. 2 zeigt den Halbleiterkörper 100 in der ersten vertikalen Schnittebene B-B weiter im Detail. Bezug nehmend auf 2 umfasst das Messen einer Temperatur des Halbleiterkörpers 100 unter Verwendung des Temperatursensors TES das Anlegen einer Messspannung VCE zwischen dem dritten Halbleitergebiet (Kollektorgebiet) 30 und dem Kontaktstöpsel 4, der an das erste Gebiet (Basisgebiet) 11 und das zweite Gebiet (Emittergebiet) 21 angeschlossen ist. Der Kontaktstöpsel 4 bildet einen Emitterknoten E des Bipolartransistors und das Kollektorgebiet 30 bildet einen Kollektorknoten C oder ist an einen Kollektorknoten C angeschlossen.
  • Ein Schaltsymbol des Bipolartransistors, der durch die ersten, zweiten und dritten Halbleitergebiete 11, 21, 30 gebildet ist, ist in 2 ebenfalls dargestellt. Lediglich zur Veranschaulichung sei angenommen, dass der erste Dotierungstyp des Basisgebiets 11 ein p-Typ ist und der zweite Dotierungstyp der Kollektor- und Emittergebiete 30, 21 ein n-Typ ist, so dass der Bipolartransistor ein n-p-n-Bipolartransistor ist.
  • Die Messspannung VCE ist eine Gleichspannung und gemäß einem Beispiel im Wesentlichen konstant. Die Messspannung wird durch eine entsprechende Spannungsquelle 71 bereitgestellt. Eine beliebige Art von Gleichspannungsquelle kann dazu verwendet werden, die Messspannung VCE zwischen dem Kollektorknoten C, der durch das dritte Halbleitergebiet 30 gebildet ist, und dem Emitterknoten E zu erzeugen. Gemäß einem Beispiel ist die Messspannung VCE kleiner als 5V, kleiner als 2V oder sogar kleiner als IV. Gemäß einem Beispiel ist die Messspannung VCE zwischen 0,2V und 0,7V.
  • Eine eher kleine Messspannung, die ausgewählt ist aus zwischen 0,2V und 0,7V ist aus verschiedenen Gründen vorteilhaft. Der Messstrom ICE ist nicht nur abhängig von der Temperatur, sondern ist auch abhängig von der Messspannung VCE , wobei die Abhängigkeit des Messstroms ICE von der Messspannung VCE zunimmt, wenn die Messspannung VCE zunimmt. Eine hohe Abhängigkeit des Messstroms ICE von der Messspannung VCE hat den Effekt, dass unbeabsichtigte Variationen der Messspannung VCE Variationen des Messstroms ICE bewirken können, auch wenn sich die Temperatur nicht ändert. In einem Spannungsbereich der Messspannung VCE zwischen 0,2V und 0,7V ist die Abhängigkeit des Messstroms ICE von der Messspannung VCE eher gering. Dies ist in 3 dargestellt, die den Messstrom ICE bei einer festen Temperatur (180°C bei diesem Beispiel) abhängig von der Messspannung VCE zeigt. Wie ersichtlich ist, ist in einem Bereich zwischen 0,1V und 0,4V der Messstrom ICE weitgehend unabhängig von der Messspannung VCE , wobei dieser Bereich zu höheren Messspannungen, bis hin zu 0,7V extrapoliert werden kann. Wenn die Messspannung VCE also aus einem Bereich zwischen 0,2V und 0,7V ausgewählt wird, beeinflussen Variationen der Messspannung VCE bei derselben Temperatur den Messstrom ICE nicht wesentlich.
  • Außerdem benötigt es einige Zeit, bis der Temperatursensor in einem stabilen Betrieb arbeitet, wenn die Messspannung VCE angelegt wird, und bei einer gegebenen Temperatur einen konstanten Messstrom liefert. Je höher die Messspannung VCE ist, umso länger dauert dies. Wenn die Messspannung VCE also eher gering ist, wie beispielsweise zwischen 0,2V und 0,7V ausgewählt ist, wird ein zuverlässiger Messstrom ICE schneller bereitgestellt werden, als wenn höhere Messspannungen VCE verwendet werden.
  • Die Messspannung VCE bewirkt, dass ein Messstrom ICE zwischen dem Kollektorknoten C und dem Emitterknoten E des Bipolartransistors des Temperatursensors TES fließt. Dieser Messstrom ICE ist abhängig von der Temperatur des Halbleiterkörpers 100 in einem Gebiet, in dem der Temperatursensor TES integriert ist, wobei der Messstrom ICE zunimmt, wenn die Temperatur zunimmt.
  • Gemäß einem Beispiel ist ein Stromsensor 72 dazu ausgebildet, den Messstrom ICE zu messen und ein Messsignal SICE bereitzustellen, das den Messstrom ICE, und damit die Temperatur des Halbleiterkörpers 100 repräsentiert. Eine beliebige Art von Stromsensor 72 kann dazu verwendet werden, den Messstrom ICE zu messen und das Strommesssignal SICE bereitzustellen. Beispiele des Stromsensors 72 umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einen Hall-Sensor, einen induktiven Stromsensor, einen Stromsensor basierend auf einem Shunt-Widerstand, oder ähnliche.
  • Eine Steuerschaltung (nicht dargestellt) kann das Messsignal SICE erhalten und ein Signal ausgeben, das die dem Messsignal SICE zugeordnete Temperatur repräsentiert. Die Steuerschaltung kann dazu ausgebildet sein, die Temperatur T basierend auf dem Messsignal SICE durch wenigstens eines der folgenden zu erhalten: Berechnen der Temperatur T basierend auf dem Messsignal SICE unter Verwendung einer vorgegebenen Formel, die die Beziehung zwischen dem durch den Temperatursensor TES ausgegebenen Messsignal SICE und der zugeordneten Temperatur angibt; Erhalten eines Temperaturwerts von einer Nachschlagetabelle, die mehrere Wertepaare mit jeweils einem Wert des Messsignals SICE und einem zugeordneten Temperaturwert repräsentiert.
  • Da der Kontaktstöpsel 4 ohmsch an das Basisgebiet 11 angeschlossen ist, ist das Anlegen der Messspannung VCE zwischen dem Emitterknoten E und dem Kollektorknoten C gleichbedeutend mit dem Anlegen der Messspannung VCE über einem p-n-Übergang zwischen dem Basisgebiet 11 und dem Kollektorgebiet 30, wobei eine Polarität der Messspannung VCE derart ist, dass dieser p-n-Übergang rückwärts gepolt ist. Das Rückwärtspolen des p-n-Übergangs zwischen dem Basisgebiet 11 und dem Kollektorgebiet 30 bewirkt, dass ein Leckstrom ICB über den p-n-Übergang von dem Kollektorgebiet 30 zu dem Basisgebiet 11 fließt. Ladungsträger, die den p-n-Übergang vom Kollektorgebiet 30 zum Basisgebiet 11 an Positionen queren, die zu dem Kontaktstöpsel 4 in der ersten lateralen Richtung x beabstandet sind, fließen in dem Basisgebiet 11 in der lateralen Richtung x in Richtung des Kontaktstöpsels 4.
  • Gemäß einem Beispiel ist eine Dotierungskonzentration des Emittergebiets 21 wesentlich höher als eine Dotierungskonzentration des Basisgebiets 11, so dass das elektrische Potential des Emittergebiets 21 an jeder Position des Emittergebiets 21 in der ersten lateralen Richtung x als im Wesentlichen konstant angesehen werden kann, wobei dieses elektrische Potential gleich dem elektrischen Potential des Kontaktstöpsels 4 ist. Gemäß einem Beispiel ist eine Dotierungskonzentration des Emittergebiets 21 beispielsweise zwischen 1E18 cm-3 und 1E21 cm-3.
  • In dem ersten Halbleitergebiet 11 bewirkt allerdings der in der lateralen Richtung x fließende Strom einen Spannungsabfall derart, dass in dem ersten Halbleitergebiet 11 das elektrische Potential mit zunehmendem Abstand zu dem Kontaktstöpsel 4 zunimmt. Das erste Halbleitergebiet 11 kann so angesehen werden, dass es einen Basisgebietsabschnitt 111 und einen Widerstandsabschnitt 112 umfasst. Der Basisgebietsabschnitt 111 ist ein Abschnitt des ersten Halbleitergebiets 11, der zu dem Kontaktstöpsel 4 in der ersten lateralen Richtung x beabstandet ist, und bildet ein Basisgebiet des Bipolartransistors. Der Widerstandsabschnitt 112 ist ein Abschnitt des ersten Halbleitergebiets 11, der zwischen dem Basisgebietsabschnitt 111 und dem Kontaktstöpsel 4 angeordnet ist. Dieser Widerstandsabschnitt 112 bildet einen ohmschen Widerstand R für Ladungsträger, die in den Basisgebietsabschnitt 111 über den in Sperrrichtung gepolten p-n-Übergang gelangen und die in der ersten lateralen Richtung x von dem Basisgebietsabschnitt 111 über den Widerstandsabschnitt zu dem Kontaktstöpsel 4 gelangen.
  • Ein ohmscher Widerstand des Widerstandsabschnitts 112 zwischen dem Basisgebietsabschnitt 111 und dem Kontaktstöpsel 4 ist wenigstens 1 MΩ. Gemäß einem Beispiel ist der ohmsche Widerstand zwischen 1 MΩ und 15 MΩ. Gemäß einem Beispiel ist der ohmsche Widerstand höher als 3 MΩ oder höher als 5 MΩ.
  • Eis Widerstandsabschnitt dieses Typs hat den Effekt, dass sogar ein kleiner Leckstrom ICB von dem Kollektorgebiet 30 zu dem Basisgebietsabschnitt 112 über den p-n-Übergang einen Spannungsabfall VBE entlang des Widerstandsabschnitts 112 bewirkt, der hoch genug ist, um den Bipolartransistor einzuschalten, so dass der Messstrom ICE wesentlich höher ist als der Leckstrom ICB.
  • Der Messstrom ICE dieser Art von Temperatursensor TES ist exponentiell abhängig von der Temperatur T und nimmt zu, wenn die Temperatur zunimmt. 4 veranschaulicht in einem logarithmischen Maßstab gemäß einem Beispiel den Messstrom ICE eines Temperatursensors abhängig von der Temperatur T über einen Temperaturbereich von zwischen 25 °C und 175 °C. Zusätzlich zu dem Messstrom ICE ist der niedrigere Leckstrom ICB in diesem Beispiel ebenfalls dargestellt. Ein Verstärkungsfaktor α, welcher das Verhältnis zwischen dem Leckstrom ICB und dem Messstrom ICE ist, kann durch geeignetes Auswählen der oben erläuterten Parameter eingestellt werden, wie beispielsweise einer Dotierungskonzentration des Basisgebiets 11 oder dem Widerstand des Widerstandsabschnitts 112. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel ist dieser Verstärkungsfaktor (α=ICE/ICB) etwa 2.
  • Die in 4 dargestellte Kurve zeigt den Messstrom abhängig von der Temperatur eines Temperatursensors TES mit einer Messspannung VCE von 0,4 V, einer Arsen-(As)-Dotierungskonzentration des Emittergebiets 12 von etwa 1E20 cm-3, einer Bor-(B)-Dotierungskonzentration des Basisgebiets 11 von etwa 1E17 cm-3 und einem Widerstand R des Widerstandsabschnitts 112 von etwa 4 MΩ. Diese spezifischen Parameter sind jedoch nur Beispiele. Diese Parameter können variiert werden, um eine gewünschte Beziehung zwischen dem Messstrom ICE und der Temperatur T zu erreichen.
  • Eine genaue Beziehung zwischen dem Messstrom und der Temperatur ist abhängig von verschiedenen Parametern, wie beispielsweise Dotierungskonzentrationen und Abmessungen der ersten, zweiten und dritten Halbleitergebiete 11, 21, 30 und kann entweder berechnet oder durch Messungen oder Simulationen erhalten werden. In jedem Fall nimmt der Messstrom ICE allerdings zu, wenn die Temperatur zunimmt.
  • Der ohmsche Widerstand R des Widerstandsabschnitts 112 kann eingestellt werden durch geeignetes Einstellen folgender Parameter des Widerstandsabschnitts 112: einer Querschnittsfläche A1 in einer Schnittebene senkrecht zu der ersten lateralen Richtung x, einer Länge d1 in der ersten lateralen Richtung x, und einer Dotierungskonzentration. Gemäß einem Beispiel ist die Dotierungskonzentration im Basisgebietsabschnitt 111 und im Widerstandsabschnitt 112 im Wesentlichen dieselbe und haben der Basisgebietsabschnitt 111 und der Widerstandsabschnitt 112 dieselbe Querschnittsfläche A1.
  • Die Querschnittsfläche A1 des Widerstandsabschnitts 112 ist die Fläche des Widerstandsabschnitts 112 in einer Schnittebene, die sich in der zweiten lateralen Richtung y und der vertikalen Richtung z erstreckt. Eine Abmessung w1 (vergleiche 1C und 1D) des ersten Halbleitergebiets 11 und des Widerstandsabschnitts 112 wird nachfolgend als Breite wl bezeichnet. Außerdem wird eine Abmessung h1 des ersten Halbleitergebiets 11 und des Widerstandsabschnitts 112 in der vertikalen Richtung z nachfolgend als Höhe bezeichnet. Die Querschnittsfläche A1 ist gegeben durch die Breite wl multipliziert mit der Höhe h1, A 1 = w 1 ⋅ h 1
    Figure DE102019135495B3_0001
  • Gemäß einem Beispiel ist die Querschnittsfläche A1 ausgewählt aus zwischen 3 Quadratmikrometern (µm2) und 15 Quadratmikrometern. Gemäß einem Beispiel ist die Dotierungskonzentration des ersten Halbleitergebiets 11 ausgewählt aus zwischen 1E16 cm-3 und 1E18 cm-3. Gemäß einem Beispiel ist das erste Halbleitergebiet 11 eine Bor-(B)-dotierte p-Schicht. In diesem Fall entspricht eine Dotierungskonzentration von zwischen 1E16 cm-3 und 1E18 cm-3 einem spezifischen Widerstand von zwischen 1.464Ω·cm und 0.048Ω·cm. Eine Dotierungskonzentration von 1E17 cm-3 entspricht beispielsweise einem spezifischen Widerstand von etwa 0.206Q·cm.
  • Gemäß einem Beispiel sind die Dotierungskonzentrationen des ersten Halbleitergebiets 11 und die Querschnittsfläche A1 so aneinander angepasst, das ein spezifischer lateraler Widerstand des Widerstandsabschnitts 112 zwischen 3 kΩ/µm und 100 kΩ/µm beträgt. Der spezifische laterale Widerstand ist gegeben durch die Querschnittsfläche A1 multipliziert mit dem jeweiligen spezifischen Widerstand, der durch die Dotierungskonzentration gegeben ist. Der Widerstand R ist dann gegeben durch den spezifischen lateralen Widerstand multipliziert mit der Länge. Ein Widerstand R des Widerstandsgebiets 112 von beispielsweise 1 MΩ kann erreicht werden durch Einstellen des spezifischen lateralen Widerstands derart, dass er im Wesentlichen gleich 3 kΩ/µm ist und durch Realisieren des Widerstandsabschnitts 112 derart, dass er länger ist als 333 Mikrometer (µm). Ein spezifischer lateraler Widerstand von 3 kΩ/µm kann beispielsweise erreicht werden durch Einstellen des spezifischen Widerstands (durch geeignetes Dotieren) auf 1.2 Ω·cm und Einstellen der Querschnittsfläche auf 4 Quadratmikrometer (1.2 Ω·cm / 4 (µm2 = 3 kΩ/µm).
  • Es sei erwähnt, dass der Basisgebietsabschnitt 111 nicht notwendigerweise bezüglich der Dotierungskonzentration der Querschnittsfläche oder des spezifischen lateralen Widerstands von dem Widerstandsabschnitt 112 zu unterscheiden ist. In dem ersten Halbleitergebiet 11 ist der Basisgebietsabschnitt 111 ein Abschnitt, der durch den Widerstandsabschnitt 112 (welcher ein weiterer Abschnitt des ersten Gebiets 11 ist) von dem Kontaktstöpsel 4 beabstandet ist, wobei, wie oben erläutert, ein ohmscher Widerstand R des Widerstandsabschnitts 112 zwischen dem Basisgebietsabschnitt 111 und dem Kontaktstöpsel 4 wenigstens 1MΩ ist. Wie oben ausgeführt, hängt der ohmsche Widerstand R bei einem gegebenen spezifischen lateralen Widerstand des Widerstandsabschnitts 112 mit einer bestimmten Länge dl zusammen. Eine Gesamtlänge des Widerstandsabschnitts 112 und des Basisgebiets 111 ist daher größer als dl. Gemäß einem Beispiel ist eine Länge des Basisgebietsabschnitts 111 in der ersten lateralen Richtung x zwischen dem 0,1-fachen und dem 2-fachen von d1, insbesondere zwischen dem 0,1-fachen und dem 0,5-fachen von d1, so dass die Gesamtlänge des Widerstandsabschnitts 112 und des Basisgebietsabschnitts 111 bei diesem Beispiel zwischen dem 1, 1-fachen und dem 3-fachen von d1, insbesondere zwischen dem 1,1-fachen und dem 1,5-fachen von dl ist. Folglich ist ein Gesamtwiderstand des Basisgebiets 11 in dem Basisgebietsabschnitt 111 und dem Widerstandsabschnitt 112 zwischen dem 1,1-fachen und dem 3-fachen des gewünschten ohmschen Widerstands R des Widerstandsabschnitts 112 , insbesondere zwischen dem 1,1-fachen und dem 1,5-fachen des gewünschten ohmschen Widerstands R des Widerstandsabschnitts 112 . Wie oben ausgeführt, ist der gewünschte ohmsche Widerstand R des Widerstandsabschnitts 112 beispielsweise zwischen 1 MΩ und 15 MΩ.
  • Gemäß einem Beispiel ist der Gesamtwiderstand des Basisgebiets 11 in dem Basisgebietsabschnitt 111 und dem Widerstandsabschnitt 112 höher als 1,1 MΩ (=1,1 x 1 MΩ), höher als 3,3 MΩ (=1,1 x 3 MΩ), höher als 5,5 MΩ (=1,1 x 5 MΩ), oder höher als 16,5 MΩ (=1,1 x 15 MΩ).
  • 5 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Temperatursensors TES gemäß einem weiteren Beispiel. Bei diesem Beispiel umfasst der Temperatursensor TES zwei Kontaktstöpsel 41 , 42 , die ohmsch an das erste Halbleitergebiet 11 und das zweite Halbleitergebiet 21 angeschlossen sind und die in der ersten lateralen Richtung x voneinander beabstandet sind. Bei diesem Beispiel umfasst der Temperatursensor TES einen Basisgebietsabschnitt 112 zwischen den zwei Kontaktstöpseln 41 , 42 und zwei Widerstandsabschnitten, einem ersten Widerstandsabschnitt 1111 , der zwischen einem ersten 41 der Kontaktstöpsel 41 , 42 und dem Basisgebietsabschnitt 112 angeordnet ist, und einem zweiten Widerstandsabschnitt 1112 , der zwischen einem zweiten 42 der Kontaktstöpsel 41 , 42 und dem Basisgebietsabschnitt 112 angeordnet ist. Alles, was bezüglich einem Widerstand, einer Dotierungskonzentration und Abmessungen des Basisgebietsabschnitts 112 und des Widerstandsabschnitts 111 anhand von 2 erläutert wurde, gilt für den Basisgebietsabschnitt 112 und die Widerstandsabschnitte 1111 , 1112 , die in 5 dargestellt sind, entsprechend.
  • Gemäß einem Beispiel wird der Temperatursensor TES dazu verwendet, die Temperatur in einem Transistorbauelement zu messen. Bei diesem Beispiel ist der Temperatursensor TES in demselben Halbeiterkörper 100 wie das Transistorbauelement integriert. Eine vertikale Schnittansicht eines Halbleiterkörpers 100, in dem der Temperatursensor TES und ein Transistorbauelement integriert sind, ist in 6 dargestellt. Bei diesem Beispiel ist das Transistorbauelement ein vertikales Transistorbauelement, genauer, ein vertikaler Leistungs-MOSFET und umfasst mehrere Transistorzellen TC. Ein Beispiel einer solchen Transistorzelle TC ist in 7 weiter im Detail dargestellt.
  • Bezug nehmend auf die 4 und 5 umfasst jede Transistorzelle TC ein Bodygebiet 12 des ersten Dotierungstyps, ein Sourcegebiet 22 des zweiten Dotierungstyps und ein Driftgebiet 32 des zweiten Dotierungstyps, wobei das Bodygebiet 12 in der vertikalen Richtung z des Halbleiterkörpers 100 zwischen dem Sourcegebiet 22 und dem Driftgebiet 32 angeordnet ist. Die Transistorzelle TC umfasst außerdem eine Gatestruktur 6, wobei die Gatestruktur eine Elektrode umfasst, die benachbart zu dem Bodygebiet 12 angeordnet ist und die durch ein Gatedielektrikum 61 dielektrisch gegenüber dem Bodygebiet 12 isoliert ist. Bei dem in den 4 und 5 gezeigten Beispiel ist die Gateelektrode 61 in einem Graben angeordnet, der sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper erstreckt. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. Gemäß einem weiteren (nicht dargestellten) Beispiel ist die Gateelektrode 61 eine planare Gateelektrode, die auf der ersten Oberfläche 101 angeordnet ist.
  • Bezug nehmend auf 7 sind das Bodygebiet 12 und das Sourcegebiet 22 jeweils an einen Sourceknoten S des Transistorbauelements angeschlossen. Hierzu können das Bodygebiet 12 und das Sourcegebiet 22 an einen Source-Stöpsel 7 angeschlossen sein, der sich in den Halbleiterkörper 100 erstreckt, wobei der Source-Stöpsel 7 an einen Sourceknoten S angeschlossen ist. Gemäß einem Beispiel ist der Source-Stöpsel 7 ohmsch an das Sourcegebiet 22 und das Bodygebiet 21 angeschlossen. Hierzu kann ein optionales Kontaktgebiet, das vom ersten Dotierungstyps ist und das höher als das Bodygebiet 12 dotiert ist, zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Source-Stöpsel 7 angeordnet sein, um einen ohmschen Kontakt zwischen dem Source-Stöpsel 7 und dem Bodygebiet 12 zu erreichen. Entsprechend kann ein Kontaktgebiet, das vom zweiten Dotierungstyp ist und das höher als das Sourcegebiet 22 dotiert ist, zwischen dem Sourcegebiet 22 und dem Source-Stöpsel 7 angeordnet sein, um einen ohmschen Kontakt zwischen dem Source-Stöpsel 7 und dem Sourcegebiet 22 zu erreichen. Solche Kontaktgebiete sind in den 4 und 5 allerdings nicht dargestellt. Der Sourceknoten S kann durch eine Metallisierung (nicht dargestellt) gebildet sein, die auf der ersten Oberfläche 101 gebildet ist und an den Source-Stöpsel 7 angeschlossen ist.
  • Das Anschließen des Bodygebiets 12 und des Sourcegebiets 22 an den Sourceknoten S über einen Source-Stöpsel 7, der sich in den Halbleiterkörper 100 erstreckt, ist nur ein Beispiel. Gemäß einem anderen (nicht dargestellten) Beispiel erstreckt sich ein Abschnitt des Bodygebiets 12 zu der ersten Oberfläche 101 und das Bodygebiet 12 und das Sourcegebiet 22 sind an eine Sourcemetallisierung angeschlossen, die auf der ersten Oberfläche 101 gebildet ist, wobei die Sourcemetallisierung den Sourceknoten S bildet oder an den Sourceknoten S angeschlossen ist.
  • Bezug nehmend auf die 4 und 5 umfasst jede Transistorzelle TC außerdem ein Draingebiet 34, das durch das Driftgebiet 32 von dem Bodygebiet 12 getrennt ist und an eine der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100 gegenüberliegende zweite Oberfläche 102 angrenzt. Das Draingebiet 34 ist vom selben Dotierungstyp wie das Driftgebiet 32, hat jedoch eine höhere Dotierungskonzentration. Eine Dotierungskonzentration des Driftgebiets 32 ist beispielsweise ausgewählt aus zwischen 1E13 cm-3 und 1E17 cm-3, und eine Dotierungskonzentration des Draingebiets 34 ist beispielsweise ausgewählt aus zwischen 1E19 cm-3 und 1E21 cm-3.
  • Das Draingebiet 34 kann an das Driftgebiet 32 angrenzen. Gemäß einem weiteren (nicht dargestellten) Beispiel ist ein Puffergebiet des ersten Dotierungstyps zwischen dem Driftgebiet 32 und dem Draingebiet 34 angeordnet.
  • Die Transistorzellen TC des Transistorbauelements sind parallel geschaltet indem die Gateelektroden 61 der einzelnen Transistorzellen TC an einen gemeinsamen Gateknoten G angeschlossen sind, die Source- und Bodygebiete 22, 12 der Transistorzellen TC an den gemeinsamen Sourceknoten S angeschlossen sind und die Draingebiete 34 der Transistorzellen TC an einen gemeinsamen Drainknoten D angeschlossen sind. Die Driftgebiete 32 der einzelnen Transistorzellen können durch eine gemeinsame Halbleiterschicht gebildet sein. Entsprechend können die Draingebiete 34 der Transistorzellen TC durch eine gemeinsame Halbleiterschicht gebildet sein. Das dritte Halbleitergebiet 30 des Temperatursensors TES kann durch einen Abschnitt der Halbleiterschicht, die die Driftgebiete 32 bildet, und einen Abschnitt der Halbleiterschicht, die die Draingebiete 34 bildet, gebildet sein. In diesem Fall umfasst das dritte Halbleitergebiet zwei Teilgebiete, ein erstes Teilgebiet 31, das dieselbe Dotierungskonzentration wie die Driftgebiete 32 der Transistorzellen TC hat, und ein zweites Teilgebiet 33, das dieselbe Dotierungskonzentration wie die Draingebiete 34 der Transistorzellen TC hat. Der Kollektor C des Temperatursensors TES ist bei diesem Beispiel durch das zweite Teilgebiet 33 gebildet.
  • Das erste Halbleitergebiet 11 des Temperatursensors TES kann dieselbe Dotierungskonzentration oder dasselbe Dotierungsprofil wie die Bodygebiete 12 der Transistorzellen TC haben. In diesem Fall können das erste Halbleitergebiet 11 des Temperatursensors TES und die Bodygebiete 12 der Transistorzellen TC durch denselben Herstellungsprozess hergestellt werden. Entsprechend kann das zweite Halbleitergebiet 21 des Temperatursensors TES dieselbe Dotierungskonzentration oder dasselbe Dotierungsprofil wie die Sourcegebiete 22 der Transistorzellen TC haben. In diesem Fall können das zweite Halbleitergebiet 21 des Temperatursensors TES und die Sourcegebiete 22 der Transistorzellen TC durch denselben Herstellungsprozess hergestellt werden. Das „Dotierungsprofil“ ist gegeben durch die Dotierungskonzentration des jeweiligen Gebiets 21, 22 an einer jeweiligen Position.
  • 8 zeigt eine Draufsicht der in 6 gezeigten Anordnung. Bei diesem Beispiel sind die Transistorzellen TC Streifenzellen (langgestreckte Transistorzellen). Das heißt, die Transistorzellen TC sind in der zweiten lateralen Richtung y langgestreckt. Die Kontaktstöpsel 7 können langgestreckte Kontaktstöpsel sein, wie im Fall einer der Transistorzellen TC, die in 8 gezeigt sind, dargestellt ist. Optional können mehrere Kontaktstöpsel 7 in der zweiten lateralen Richtung y beabstandet zueinander angeordnet sein, wie im Fall einer anderen in 8 gezeigten Transistorzelle TC dargestellt ist. Der Temperatursensor TES kann wie anhand der 1A-1D und 2 erläutert wurde oder anhand von 5 erläutert wurde realisiert sein.
  • 9 zeigt eine Modifikation der in 7 gezeigten Transistorzelle TC. Bei diesem Beispiel umfasst die Transistorzelle TC außerdem eine Feldelektrode 63, die durch ein Feldelektrodendielektrikum 64 dielektrisch gegenüber dem Driftgebiet 32 isoliert ist. Die Feldelektrode 63 kann (wie dargestellt) an den Sourceknoten S angeschlossen sein oder kann (nicht dargestellt) an den Gateknoten G angeschlossen sein. Die Gateelektrode 61 ist gegenüber der Feldelektrode 63 dielektrisch isoliert.
  • Bezug nehmend auf 6 sind die ersten und zweiten Halbleitergebiete 11, 21 des Temperatursensors TES durch ein Isolationsgebiet 5 von den Source- und Bodygebieten 22, 12 der Transistorzellen TC getrennt. Dieses Isolationsgebiet 5 ist dazu ausgebildet, eine Spannung aufzunehmen, die zwischen dem Sourceknoten S des Transistorbauelements und dem Emitterknoten E des Temperatursensors TES auftreten kann, wenn das Transistorbauelement und der Temperatursensor TES im Betrieb sind. Dies ist nachfolgend erläutert.
  • Das Transistorbauelement kann als elektronischer Schalter verwendet werden, der abhängig von einer zwischen dem Gateknoten G und dem Sourceknoten S angelegten Spannung ein- oder ausschaltet. Im Aus-Zustand des Transistorbauelements kann eine Spannung zwischen dem Sourceknoten S und dem Drainknoten D einen Spannungspegel von einigen zehn Volt oder sogar einigen hundert Volt erreichen, wobei diese Spannung abhängig ist von einer Sperrspannungsfestigkeit des Transistorbauelements. Die „Sperrspannungsfestigkeit des Transistorbauelements“ ist die maximale Spannung, der das Transistorbauelement zwischen dem Drainknoten D und dem Sourceknoten S standhalten kann.
  • Bezug nehmend auf 2 wird eine konstante Spannung zwischen dem Kollektorknoten C des Temperatursensors TES und dem Emitterknoten E angelegt. Der Kollektorknoten C ist gleich dem Drainknoten D des Transistorbauelements, so dass eine Spannung VSE zwischen dem Sourceknoten S und dem Emitterknoten E gegeben ist durch die Drain-Source-Spannung VDS des Transistorbauelements abzüglich der Spannung VCE zwischen dem Kollektorknoten C und dem Emitterknoten E des Temperatursensors TES. Wie oben ausgeführt, kann die Messspannung VCE des Transistorbauelements weniger als 5 V sein und kann die Spannung zwischen dem Drainknoten D und dem Sourceknoten S des Transistorbauelements einige zehn Volt oder einige hundert Volt sein, so dass die Spannung zwischen dem Sourceknoten S und dem Emitterknoten E im Wesentlichen gleich der Laststreckenspannung VDS des Transistorbauelements ist. Das Isolationsgebiet 5 ist dazu ausgebildet, dieser Spannung standzuhalten. Beispiele zum Realisieren des Isolationsgebiets 5 sind weiter unten erläutert.
  • 10 veranschaulicht ein Beispiel des Isolationsgebiets 5 und eines angrenzenden Abschnitts des Temperatursensors TES. Bei diesem Beispiel umfasst das Isolationsgebiet 5 einen Graben, der sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100 erstreckt und an die ersten und zweiten Halbleitergebiete 21, 11 des Temperatursensors TES angrenzt. Der Graben des Isolationsgebiets 5 erstreckt sich in die Halbleiterschicht, die das Driftgebiet 32 der Transistorzellen (in 10 nicht gezeigt) und das erste Teilgebiet 31 des Kollektorgebiets 30 des Temperatursensors TES bildet. Dieser Graben umfasst ein elektrisch isolierendes Material. Dieses Material kann ein Feststoff, wie beispielsweise ein Oxid, ein Nitrid oder ähnliches sein. Alternativ ist der Graben wenigstens teilweise mit einem Gas, wie beispielsweise Luft, einem Edelgas oder ähnlichem gefüllt.
  • Ein weiteres Beispiel des Isolationsgebiets 5 ist in 11 dargestellt. Bei diesem Beispiel umfasst das Isolationsgebiet einen Graben, der von den ersten und zweiten Gebieten 11, 21 des Temperatursensors TES in der ersten lateralen Richtung x beabstandet ist. Außerdem umfasst dieser Graben eine Elektrode 52, die durch einen Isolator dielektrisch gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert ist. Der Isolator 51 ist beispielsweise ein Oxid oder ein Nitrid. Die Elektrode 52 kann an den Sourceknoten S angeschlossen sein. Bezug nehmend auf 11 umfasst das Isolationsgebiet 5 außerdem ein dotiertes Gebiet 52 des ersten Dotierungstyps, das zwischen dem Graben und den ersten und zweiten Gebieten 11, 21 des Temperatursensors TES angeordnet ist. Dieses dotierte Gebiet 53 kann beispielsweise dieselbe Dotierungskonzentration wie das erste Gebiet 11 des Temperatursensors TES haben.
  • 12 zeigt eine Modifikation des in 11 gezeigten Isolationsgebiets. Bei diesem Beispiel umfasst das Isolationsgebiet 5 zwei Gräben, einen ersten Graben mit einer ersten Elektrode 521 und einem ersten Dielektrikum 511 , der zu dem zweiten Temperatursensor TES beabstandet ist. Die Elektrode 521 ist an den Sourceknoten S angeschlossen. Dieser Graben entspricht dem in 11 dargestellten Graben.
  • Bezug nehmend auf 12 umfasst das Isolationsgebiet 5 außerdem einen zweiten Graben mit einer zweiten Elektrode 522 , die durch ein zweites Dielektrikum 512 dielektrisch gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert ist. Dieser zweite Graben grenzt an die ersten und zweiten Gebiete 11, 21 des Temperatursensors TES an. Die Elektrode 522 ist beispielsweise an den Emitterknoten E angeschlossen. Bezug nehmend auf 12 kann sich ein Abschnitt der Halbleiterschicht, die das Driftgebiet 32 der Transistorzellen TC und das erste Teilgebiet 31 des Kollektorgebiets 30 des Temperatursensors TES bildet, zwischen den zwei Gräben zu der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100 erstrecken.
  • 13 veranschaulicht schematisch eine Draufsicht einer Anordnung mit dem Temperatursensor TES und dem Transistorbauelement. Die Anordnung mit den Transistorzellen TC wird nachfolgend als Transistorzellenfeld bezeichnet. Bei dem in 13 gezeigten Beispiel ist der Temperatursensor TES in einer Ecke des Transistorzellenfeldes angeordnet und durch das Isolationsgebiet 5 von den Transistorzellen TC des Zellenfeldes getrennt.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel, das in 14 dargestellt ist, ist der Temperatursensor TES von den Transistorzellen TC des Zellenfeldes umgeben und durch das Isolationsgebiet 5 von den Transistorzellen TC getrennt.
  • Wie oben ausgeführt kann eine (nicht dargestellte) Steuerschaltung das Strommesssignal SICE, das durch den Temperatursensor TES bereitgestellt wird, erhalten. Bei dem in 4 ff. dargestellten Beispielen, bei denen der Temperatursensor TES und ein Transistorbauelement im selben Halbleiterkörper 100 integriert sind, kann die Steuerschaltung dazu ausgebildet sein, den Transistor auszuschalten, wenn das Strommesssignal SICE anzeigt, dass die Temperatur in dem Halbleiterkörper eine vorgegebene Temperaturschwelle erreicht hat. In diesem Fall kann die Steuerschaltung das Strommesssignal SICE einfach mit einem Wert vergleichen, der die Temperaturschwelle repräsentiert, um zu entscheiden, ob das Transistorbauelement ausgeschaltet werden soll oder nicht.

Claims (23)

  1. Halbleiteranordnung, die aufweist: einen Halbleiterkörper (100); und einen Temperatursensor (TES), der in dem Halbleiterkörper (100) integriert ist, wobei der Temperatursensor (TES) aufweist: in erstes Halbleitergebiet (11) eines ersten Dotierungstyps, das in einer vertikalen Richtung (z) des Halbleiterkörpers (100) zwischen einem zweiten Halbleitergebiet (21) eines zweiten Dotierungstyps und einem dritten Halbleitergebiet (30) des zweiten Dotierungstyps angeordnet ist; und einen Kontaktstöpsel (4; 41), der das erste Halbleitergebiet (11) und das zweite Halbleitergebiet (21) ohmsch verbindet, wobei das erste Halbleitergebiet (11) einen Basisgebietsabschnitt (111), der in einer ersten lateralen Richtung (x) des Halbleiterkörpers (100) zu dem Kontaktstöpsel (4; 41) beabstandet ist, und einen Widerstandsabschnitt (112), der zwischen dem Basisgebietsabschnitt (111) und dem Kontaktstöpsel (4; 41) angeordnet ist, aufweist, und wobei der Widerstandsabschnitt (112) derart realisiert ist, dass ein ohmscher Widerstand des Widerstandsabschnitts (112) zwischen dem Basisgebietsabschnitt (111) und dem Kontaktstöpsel (4; 41) wenigstens 1 MΩ ist.
  2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, wobei der ohmsche Widerstand des Widerstandsabschnitts (112) zwischen dem Basisgebietsabschnitt (111) und dem ersten Halbleitergebiet (21) zwischen 1 MΩ und 15 MΩ ist.
  3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der ohmsche Widerstand des Widerstandsabschnitts (112) zwischen dem Basisgebietsabschnitt (111) und dem ersten Halbleitergebiet (21) höher als 3 MΩ oder als 5 MΩ ist.
  4. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein spezifischer lateraler Widerstand des Widerstandsgebiets (112) im Wesentlichen gleich einem spezifischen lateralen Widerstand des Basisgebietsabschnitts (111) ist.
  5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, wobei der spezifische laterale Widerstand des Widerstandsgebiets (112) und des Basisgebietsabschnitts (111) zwischen 3 kΩ/µm und 100 kΩ/µm, zwischen 3 kΩ/µm und 50 kΩ/µm, oder zwischen 3 kΩ/µm und 30 kΩ/µm ist.
  6. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Dotierungskonzentration des ersten Halbleitergebiets (11) ausgewählt ist aus zwischen 1E16 cm-3 und 1E18 cm-3.
  7. Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Querschnittsfläche des ersten Halbleitergebiets (11) in einer zu der ersten lateralen Richtung senkrechten Ebene zwischen 3 und 15 Quadratmikrometern ist.
  8. Halbleiteranordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Dotierungsprofil des Widerstandsabschnitts (112) in der vertikalen Richtung und einer zweiten lateralen Richtung (y), die senkrecht zu der ersten lateralen Richtung ist, im Wesentlichen gleich einem Dotierungsprofil des Basisgebietsabschnitts (111) in der vertikalen Richtung (z) und der zweiten lateralen Richtung (y) ist.
  9. Halbleiteranordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Länge (d1) des Widerstandsgebiets (112) in der ersten lateralen Richtung (x) wenigstens 200 µm ist.
  10. Halbleiteranordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, die weiterhin mehrere Transistorzellen (TC) aufweist, die in dem Halbleiterkörper (100) integriert sind, wobei die Transistorzellen (TC) jeweils aufweisen: ein Bodygebiet (12) des ersten Dotierungstyps, das in der vertikalen Richtung (z) des Halbleiterkörpers (100) zwischen einem Sourcegebiet (22) des zweiten Dotierungstyps und einem Drift- und Draingebiet (32, 34) des ersten Dotierungstyps angeordnet ist; und eine Gateelektrode (61), die durch ein Gatedielektrikum dielektrisch gegenüber dem Bodygebiet (12) isoliert ist.
  11. Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, wobei die Drift- und Draingebiete (32, 34) der Transistorzellen (TC) und das dritte Halbleitergebiet (30) des Temperatursensors (TES) an denselben Schaltungsknoten (D/C) angeschlossen sind.
  12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 11, wobei die Drift- und Draingebiete (32, 34) der Transistorzellen (TC) und das dritte Halbleitergebiet (30) des Temperatursensors (TES) durch wenigstens eine gemeinsame Halbleiterschicht gebildet sind.
  13. Halbleiteranordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Sourcegebiete (22) der Transistorzellen (TC) an einen gemeinsamen Sourceknoten (S) angeschlossen sind, und wobei der Kontaktstöpsel (4) des Temperatursensors (TES) an einen Schaltungsknoten (E) angeschlossen ist, der sich von dem Sourceknoten (S) unterscheidet.
  14. Halbleiteranordnung nach einem beliebigen der Ansprüche 10 bis 13, wobei eine Isolationsanordnung (5) zwischen den Body- und Sourcegebieten (12, 22) der Transistorzellen (TC) und den ersten und zweiten Halbleitergebieten (11, 21) des Temperatursensors (TES) angeordnet ist.
  15. Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, wobei die Isolationsanordnung (5) wenigstens einen Graben aufweist, der wenigstens teilweise mit einem isolierenden Material (51; 511, 512) gefüllt ist.
  16. Halbleiteranordnung nach Anspruch 15, wobei der wenigstens eine Graben aufweist: einen ersten Graben, der an das Bodygebiet (12) der wenigstens einen Transistorzelle (TC) angrenzt und wenigstens dessen Oberfläche mit einer ersten isolierenden Schicht (511) bedeckt ist; und einen zweiten Graben, der an das erste Halbleitergebiet (11) wenigstens einer Transistorzelle (TC) angrenzt und wenigstens dessen Oberfläche mit einer zweiten isolierende Schicht (512) bedeckt ist.
  17. Halbleiteranordnung nach Anspruch 15, wobei die Isolationsanordnung (5) wenigstens eines der folgenden aufweist: eine erste Elektrode (521), die in dem ersten Graben angeordnet ist, durch die erste isolierende Schicht (511) von dem Halbleiterkörper (100) getrennt ist und an den gemeinsamen Sourceknoten (S) angeschlossen ist; oder eine zweite Elektrode (522), die in dem zweiten Graben angeordnet ist, durch die zweite isolierende Schicht (512) von dem Halbleiterkörper (100) getrennt ist und an das zweite Halbleitergebiet (21) angeschlossen ist.
  18. Halbleiteranordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, die weiterhin aufweist: eine Spannungsquelle (71), die zwischen den Kontaktstöpsel (4) und das dritte Halbleitergebiet (30) geschaltet ist; und einen Stromsensor (72), der dazu ausgebildet ist, einen Strom (ICE) durch den Temperatursensor (TES) zu erfassen.
  19. Halbleiteranordnung nach Anspruch 18, wobei das dritte Halbleitergebiet (30) ein an das erste Halbleitergebiet (11) angrenzendes erstes Teilgebiet (31) und ein zweites Teilgebiet (33) aufweist, wobei das erste Teilgebiet (31) zwischen dem ersten Halbleitergebiet (11) und dem zweiten Teilgebiet (33) angeordnet ist, wobei das zweite Teilgebiet (33) elektrisch an das erste Teilgebiet (31) angeschlossen ist, und wobei die Spannungsquelle (71) an das zweite Teilgebiet (33) angeschlossen ist.
  20. Halbleiteranordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, die weiterhin aufweist: einen weiteren Kontaktstöpsel (42), der das erste Halbleitergebiet (11) und das zweite Halbleitergebiet (21) ohmsch verbindet und der in der ersten lateralen Richtung (x) zu dem Kontaktstöpsel (41) beabstandet ist.
  21. Verfahren zum Herstellen eines Temperatursensors (TES) in einem Halbleiterkörper, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines ersten Halbleitergebiets (11) eines ersten Dotierungstyps, eines zweiten Halbleitergebiets (21) eines zweiten Dotierungstyps und eines dritten Halbleitergebiets (30) des zweiten Dotierungstyps in dem Halbleiterkörper (100) derart, dass das erste Halbleitergebiet (11) in einer vertikalen Richtung (z) des Halbleiterkörpers (100) zwischen dem zweiten Halbleitergebiet (21) und dem dritten Halbleitergebiet (30) angeordnet ist; und Herstellen eines Kontaktstöpsels (4; 41), der das erste Halbleitergebiet (11) und das zweite Halbleitergebiet (21) ohmsch verbindet, wobei das Herstellen des ersten Halbleitergebiets (11) aufweist, das erste Halbleitergebiet (11) so herzustellen, dass es aufweist: einen Basisgebietsabschnitt (111), der in einer ersten lateralen Richtung (x) des Halbleiterkörpers (100) zu dem Kontaktstöpsel (4; 41) beabstandet ist, und einen Widerstandsabschnitt (112), der zwischen dem Basisgebietsabschnitt (111) und dem Kontaktstöpsel (4; 41) angeordnet ist, wobei ein ohmscher Widerstand des Widerstandsabschnitts (112) zwischen dem Basisgebietsabschnitt (111) und dem Kontaktstöpsel (4) wenigstens 1 MΩ beträgt.
  22. Verfahren zum Messen einer Temperatur in einem Halbleiterkörper (100) unter Verwendung eines Temperatursensors (TES) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Verfahren aufweist: Anlegen einer Messspannung (VCE) zwischen dem dritten Halbleitergebiet (30) und dem Kontaktstöpsel (4); und Messen eines Stroms (ICE), der zwischen dem dritten Halbleitergebiet (30) und dem Kontaktstöpsel (4) fließt.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Messspannung (VCE) ausgewählt ist aus zwischen 0,2 V und 0,7 V.
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