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Die
Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil, das mehrere parallel bzw.
seriell zueinander geschaltete Halbleiter-Funktionselemente aufweist.
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Auf
dem Gebiet der Leistungs-Halbleiterbauteile ist es bekannt, mehrere
Halbleiter-Funktionselemente, beispielsweise Transistoren oder Dioden
parallel bzw. seriell miteinander zu verschalten und die verschalteten
Halbleiter-Funktionselemente in einem Halbleiterbauteil zu konzentrieren.
Auf diese Art und weise kann unter anderem die an dem Halbleiterbauteil
anliegende Last auf mehrere Halbleiter-Funktionselemente aufgeteilt
werden, womit selbst bei hohen elektrischen Strömen bzw. Spannungen, die im Leistungs-Halbleiterbereich
zu „verarbeiten" sind, keine Schäden im Halbleiterbauteil
auftreten.
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Im
Folgenden soll unter Bezugnahme auf 4 ein Beispiel
eines Halbleiterbauteils, das eine Parallelschaltung mehrerer Transistoren
enthält,
näher erläutert werden.
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Ein
Ausschnitt eines Halbleiterbauteils 1 weist eine erste
Halbleiterschicht 2 und eine zweite Halbleiterschicht 3 auf.
Die zweite Halbleiterschicht 3 ist durch Isolatorstrukturen,
hier einer ersten Isolationsschicht 4 und einer zweiten
Isolationsschicht 5, die die zweite Halbleiterschicht 3 jeweils
im rechten Winkel schneiden, in mehrere Halbleitergebiete aufgeteilt.
Der Ausschnitt des Halbleiterbauteils 1 in 3 zeigt
hierbei ein erstes, zweites und drittes Funktionselement-Halbleitergebiet 6, 7 und 8,
wobei lediglich das zweite Funktionselement-Halbleitergebiet 7 in
voller Breite zu sehen ist und vom ersten bzw. dritten Funktionselement-Halbleitergebiet 6, 7 jeweils
nur dessen rechtes bzw. linkes Ende. Die erste und zweite Isolatorstruktur 4, 5 sind
in diesem Beispiel durch ein p-dotiertes
Material gegeben, wohingegen das erste bis dritte Funktionselement-Halbleitergebiet 6 bis 7 jeweils
aus einem n-dotierten Halbleitermaterial besteht. Die erste Halbleiterschicht 2 besteht
in diesem Beispiel aus einem schwach p-dotierten Material. Das zweite
Funktionselement-Halbleitergebiet 7 ist
ein Teil eines MOS-Feldeffekttransistors, der weiterhin ein n-dotiertes
Source-Gebiet 9, ein p-dotiertes Body- bzw. Körpergebiet 10,
die in das zweite Funktionselement-Halbleitergebiet 7 eingeprägt sind,
sowie ein Drain-Gebiet 11, das unter anderem an einer Grenze
zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 2, 3 verläuft, aufweist.
Das Drain-Gebiet 11 besteht hierbei aus einem stark n-dotierten
Material. Mittels eines Gates 12 lässt sich in das Body- bzw.
Körper-Gebiet 10 ein
p-Kanal induzieren, so dass ein elektrischer Strom vom Source-Gebiet 9 durch
das zweite Funktionselement-Halbleitergebiet 7 (Basis)
zu dem Drain-Gebiet 11 hinfließen kann. Mit D, S und G sind
jeweils ein Drain-, Source- und Gate-Anschluss bezeichnet.
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Wenn
an dem Drain-Gebiet 11 eine negative Drain-Spannung anliegt,
so tritt das Problem auf, dass Elektronen aus dem Drain-Gebiet 11 austreten, durch
die erste Halbleiterschicht 2 diffundieren, die zweite
Isolatorstruktur 5 umgehen und in das benachbarte dritte
Funktionselement-Halbleitergebiet 8 gelangen. Analog hierzu
können
Elektronen, die aus dem Drain-Gebiet 11 austreten,
durch die erste Halbleiterschicht 2 diffundieren, die erste
Isolatorstruktur 4 umgehen und in das erste Funktionselement-Halbleitergebiet 6 eintreten.
Gelangen auf derartige Art und Weise Elektronen in benachbarte oder
weiter entfernte Halbleitergebiete (die Elektronen können über mehrere
mm diffundieren), so können
diese die Funktionsweise der darin realisierten Halbleiter-Funktionselemente
beeinträchtigen
(in diesem Beispiel sind sowohl das erste Funktionselement-Halbleitergebiet 6 als
auch das dritte Funktionselement-Halbleitergebiet 8 Teile
jeweiliger MOS-Feldeffekttransistoren, die in 3 der
Einfachheit halber weggelassen sind). Ähnliche Probleme können auch
auftreten, wenn anstelle der MOS-Feldeffekttransistoren andere Halbleiter-Funktionselemente,
beispielsweise Dioden, verwendet werden.
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Das
Diffundieren der Elektronen vom zweiten Funktionselement-Halbleitergebiet 7 in
das dritte Funktionselement-Halbleitergebiet 8 ist
hier schematisch durch das Schaltbild eines parasitären Bipolartransistors
T symbolisiert.
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Um
die oben beschriebenen parasitären Querströme insbesondere
zwischen benachbarten Halbleitergebieten zu verringern, ist es bekannt, durch
geeignete Verschaltungen mehrerer parasitärer npn- bzw. pnp-Strukturen
eine Potenzialdifferenz zwischen Basis und Emitter einer der parasitären pnp-/npn-Struktur abzusenken.
Ein erstes Ausführungsbeispiel
einer derartigen Verschaltung ist in 6 gezeigt
und soll im Folgenden erläutert
werden.
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Da
der in 6 gezeigte Ausschnitt eines Halbleiterbauteils
dem in 4 gezeigten Aufbau stark ähnelt, soll hier nur auf die
wesentlichen Unterschiede eingegangen werden.
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Der
in 6 gezeigte Ausschnitt eines Halbleiterbauteils 1' weist ein erstes
Funktionselement-Halbleitergebiet 6 und ein zweites Funktionselement-Halbleitergebiet 7 auf,
wobei in dem ersten Funktionselement-Halbleitergebiet 6 ein
Bipolar-Transistor
(n-p-n), und in dem zweiten Funktionslement- Halbleitergebiet 7 ein MOS-Transistor
ausgebildet ist. Jedes der Funktionselement-Halbleitergebiete 6, 7 ist
von einer ersten und zweiten Isolationsstruktur 4, 5 umgeben.
Zwischen der zweiten Isolationsstruktur 5 des ersten Funktionselement-Halbleitergebiets 6 und
der ersten Isolationsstruktur 4 des zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 ist eine
dritte Isolationsstruktur 13 vorgesehen, die die gleiche
Dotierung aufweist wie die der ersten und zweiten Isolationsstrukturen 4, 5.
Zwischen der dritten Isolationsstruktur 13 und der ersten
Isolationsstruktur 4 des zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 ist
weiterhin eine Halbleiterstruktur 14 vorgesehen, die die
gleiche Dotierung wie ein Kollektor-Gebiet 19 innerhalb des ersten
Funktionselement-Hablbeitergebiets 6 und
ein Drain-Gebiet 11 innerhalb des zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 aufweist.
Die dritte Isolationsstruktur 13 sowie die Halbleiterstruktur 14 verlaufen
von einer Oberseite der zweiten Halbleiterschicht 3 bis
zu deren Unterseite bzw. ragen noch ein Stück weit in die erste Halbleiterschicht 2 hinein
und sind an ihren oberen Enden über
eine Leitung 15 elektrisch verbunden. Der an die erste
Halbleiterschicht 2 angrenzende Teil bzw. der in die erste
Halbleiterschicht 2 hineinragende Teil der Halbleiterstruktur 14 bildet
zusammen mit dem Drain-Gebiet 11 des zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 sowie
dem dazwischen liegenden Teil der ersten Halbleiterschicht 2 und
der ersten Isolationsstruktur 4 des zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 eine
erste parasitäre npn-Struktur
Qn1. Analog hierzu bilden das Kollektor-Gebiet 19/das
Drain-Gebiet 11 innerhalb des ersten und zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 6, 7 sowie
der dazwischen liegende Teil der ersten Halbleiterschicht 2 mit
der dritten Isolationsstruktur 13 eine zweite parasitäre npn-Struktur
Qn2. Die parasitären Strukturen Qn1 und
Qn2 sind in 6 durch entsprechende
Ersatzschaltbilder symbolisiert.
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Über die
Leitung 15 ist die Basis der zweiten parasitären npn-Struktur
mit dem Kollektor der ersten parasitären npn-Struktur verbunden. Damit kann eine Basis-Emitterspannung
der zweiten parasitären npn-Struktur
Qn2 herabgesetzt werden. Nachteilig an dem
in 6 gezeigten Halbleiterbauteil 1' ist, dass die
Basis-Emitterspannung der zweiten parasitären npn-Struktur Qn2 maximal
bis auf eine Sättigungsspannung
der ersten parasitären
npn-Struktur Qn1 reduziert werden kann.
Eine weitere Reduktion ist nicht möglich, womit eine vollständige Abschaltung
der zweiten parasitären
npn-Struktur Qn2 ausscheidet.
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Eine
alternative Ausführungsform
zur Reduzierung der Basis-Emitterspannung
der zweiten parasitären
npn-Struktur Qn2 ist in 8 gezeigt,
die im Folgenden erläutert
wird.
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In
einem Ausschnitt eines Halbleiterbauteils 1'' ist
neben der zweiten Isolationsstruktur 5 des zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 und außerhalb
desselben eine Halbleiterstruktur 16 vorgesehen, die mit
der ersten Isolationsstruktur 4 des zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 durch eine
Leitung 17 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel
wird die erste parasitäre
npn-Struktur Qn1 durch die Halbleiterstruktur 16,
das Drain-Gebiet 11 innerhalb des zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 sowie
den dazwischen liegenden Teil der ersten Halbleiterschicht 2 bzw.
die zweite Isolationsstruktur 5 des ersten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 gebildet.
Die zweite parasitäre
npn-Struktur Qn2 wird durch das Kollektor-Gebiet 19/das
Drain-Gebiet 11 innerhalb des ersten und zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 6, 7 sowie
den dazwischen liegenden Teil der ersten Halbleiterschicht 2 bzw.
die erste Isolationsstruktur 4 des zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 gebildet.
Die zweite Isolationsstruktur 5 des zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 ist
hierbei geerdet.
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Über die
Leitung 17 wird die Basis der zweiten parasitären npn-Struktur
Qa2 mit dem Kollektor der ersten parasitären npn-Struktur
Qn1 verbunden, womit eine Basis-Emitterspannung
der zweiten parasitären
npn-Struktur Qn2 bis auf die Sättigungsspannung
der ersten parasitären
npn-Struktur Qn1 gesenkt werden kann. Ebenso
wie bei der in 6 beschriebenen Ausführungsform
ist auch hier keine weitere Absenkung der Basis-Emitterspannung
möglich.
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In 5 und 7 sind
entsprechende Draufsichten auf Teile der in 6 und 8 gezeigten
Halbleiterbauteile 1', 1'' gezeigt. In 5 ist
zu sehen, dass mittels der Leitung 15 die oberen Enden der
dritten Isolationsstruktur 13 und der Halbleiterstruktur 14 miteinander
elektrisch in Verbindung stehen. Der mit Bezugsziffer 18 gekennzeichnete
Teil symbolisiert hierbei schematisch alle rechts neben der Halbleiterstruktur 14 liegenden
Strukturen, die zur Funktion des in dem zweiten Funktionselement-Halbleitergebiet 7 ausgebildeten
MOS-Transistors
von Belang sind. Analog hierzu ist in 7 zu sehen,
dass die oberen Enden der ersten Isolationsstruktur 4 des
zweiten Funktionselement-Halbleitergebiets 7 und der Halbleiterstruktur 16 über die
Leitung 17 miteinander verbunden sind.
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In 9 ist
ein Ersatzschaltbild gezeigt, das den in 6 und 8 beschriebenen
Halbleiterbauteilen 1', 1'' zugrunde liegt. In der in 8 gezeigten
Ausführungsform
bezeichnet beispielsweise Rsub1 den Widerstand
durch die zweite Isolationsstruktur 5, Rsub2 den
Widerstand durch die erste Halbleiterschicht 2 (von einer
Unterseite der ersten Halbleiterschicht 2 bis zu einer
Unterseite der Halbleiterstruktur 4), Rsub3 den
Widerstand durch die Halbleiterstruktur 16, und Rmetall den Widerstand der Leitung 17. Analog
hierzu bezeichnet in der in 6 gezeigten Ausführungsform
Rsub1 deri Widerstand durch die erste Halbleiterschicht 2 (von
einer Unterseite der ersten Halbleiterschicht 2 bis zu
einer Unterseite der ersten Isolationsstruktur 4), Rsub2 den Widerstand durch die erste Halbleiterschicht 2 (von
einer Unterseite der ersten Halbleiterschicht 2 bis zu
einer Unterseite der Halbleiterstruktur 13), Rsub3 den
Widerstand durch die Halbleiterstruktur 14, und Rmetall den Widerstand der Leitung 15.
Mit Rc1 ist die ohmsche Kopplung der ersten
Isolationsstruktur 4 mit der Halbleiterstruktur 13 (6)
bzw. die ohmsche Kopplung der ersten Isolationsstruktur 4 mit
der zweiten Isolationsstruktur 5 (8) bezeichnet.
Mit Bezugsziffer 20 ist eine in dem zweiten Funktionselement-Halbleitergebiet 7 ausgebildete
DMOS-Struktur, mit Bezugsziffer 21 eine inherente Reverse-Diode
der DMOS-Struktur bezeichnet.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist, ein Halbleiterbauteil
anzugeben, mit dem die Basis-Emitterspannung einer parasitären pnp-
bzw. npn-Struktur weiter als bisher möglich reduziert werden kann,
um laterale Querströme
zwischen den Funktionselementen des Halbleiterbauteils weiter zu verringern
bzw. zu unterbinden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Halbleiterbauteil gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden
sich in den Unteransprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Halbleiterbauteil weist
mehrere (insbesondere parallel beziehungsweise seriell zueinander geschaltete)
Halbleiter-Funktionselemente und eine erste und eine zweite Halbleiterschicht
auf, wobei die zweite Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht
aufgebracht und zu dieser invers dotiert ist. Ferner sind Isolatorstrukturen
vorgesehen, die wenigstens in der zweiten Halbleiterschicht ausgebildet
sind und die zur Aufteilung der zweiten Halbleiterschicht in mehrere
voneinander isolierte Funktionselement-Halbleitergebiete dienen. Jedes Halbleiter-Funktionselement
wird wenigstens zum Teil aus einem dieser Funktionselement-Halbleitergebiete
gebildet. Durch ein in das Halbleiterbauteil integriertes, aktiv
ansteuerbares Schaltelement wird ein parasitärer Stromfluss durch eine npn-/pnp-Struktur,
die durch jeweils einen Teil zweier Funktionselement-Halbleitergebiete
und den dazwischen liegenden Teil der ersten Halbleiterschicht (und/oder
eine der zwischen den Funktionselement-Halbleitergebieten liegenden
Isolatorstrukturen) gebildet wird, verringert, indem durch das Schaltelement
ein Stromfluss erzeugt wird, der eine Basis-Emitterspannung der
parasitären
npn-/pnp-Struktur
verringert.
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Als
Schaltelement kann insbesondere eine MOS-Struktur bzw. ein Transistor
zum Einsatz kommen.
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Die
Isolatorstrukturen müssen
hierbei nicht notwendigerweise die Funktionselement-Halbleitergebiete "komplett" isolieren, also
diese nicht notwendigerweise vollständig umschließen. Eine "teilweise Isolierung", wie in 5 und 7 gezeigt,
kann je nach Anwendung ausreichend sein.
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Die
Isolatorstrukturen grenzen vorzugsweise direkt an die erste Halbleiterschicht
an und bestehen aus zur zweiten Halbleiterschicht invers dotiertem Halbleitermaterial.
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Das
zur Absenkung der Basis-Emitterspannung dienende Schaltelement (im
Folgenden auch als "Absenk-Schaltelement" bezeichnet) wird
vorzugsweise so ausgebildet, dass durch diesen ein Stromfluss zwischen
einer der Isolatorstrukturen und dem an die Isolatorstruktur angrenzenden
Funktionselement-Halbleitergebiet steuerbar ist. Dazu lässt sich
beispielsweise in die Isolatorstruktur eine Source-Zone integrieren,
die mit einem Source-Anschluss des Absenk-Schaltelements in Verbindung steht. Über ein
Gate lässt
sich dann ein Stromfluss von dem Source-Gebiet durch die Isolatorstruktur
hindurch in das angrenzende Funktionselement-Halbleitergebiet steuern.
Durch einen derartigen Stromfluss kann die Basis-Emitterspannung
einer parasitären npn-/pnp-Struktur
auf Null reduziert werden (Kurzschluss der Basis-Emitterstrecke
der parasitären npn-/pnp-Struktur). Die
Verringerung der Basis-Emitterspannung einer parasitären npn-/pnp-Struktur
ist somit nicht mehr auf die Sättigungsspannung
einer weiteren parasitären
npn-/pnp-Struktur
beschränkt.
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Das
zur Verringerung der Basis-Emitterspannung dienende Schaltelement
kann hierbei als selbstständiges
Funktionselement ausgebildet sein, oder aber eine Drain-Zone des
in dem angrenzenden Funktionselement-Halbleitergebiet ausgebildeten Schaltelements „mitbenutzen". In letzterem Fall
wird dem Halbleiterbauteil also lediglich eine zusätzliche Source-Zone
sowie ein zusätzliches
Gate hinzugefügt
sowie die an das Funktionselement-Halbleitergebiet angrenzende Isolatorstruktur
geändert.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass das Erzeugen von zusätzlichen
parasitären
Strukturen, die mit bereits vorhandenen parasitären Strukturen verschaltet
werden und eine Verringe rung unerwünschter lateraler Querströme bewirken
sollen, entfallen kann.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden
Figuren in beispielsweiser Ausführungsform
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils.
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2 ein
Ersatzschaltbild des in 1 gezeigten Halbleiterbauteils.
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3 eine
Draufsicht eines Teils des in 1 gezeigten
Halbleiterbauteils.
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4 eine
Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform eines herkömmlichen
Halbleiterbauteils.
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5 eine
Draufsicht eines Teils des in 6 gezeigten
Halbleiterbauteils.
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6 eine
Querschnittsdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines herkömmlichen Halbleiterbauteils.
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7 eine
Draufsicht eines Teils des in 8 gezeigten
Halbleiterbauteils.
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8 eine
Querschnittsdarstellung einer dritten Ausführungsform eines herkömmlichen
Halbleiterbauteils.
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9 ein
Ersatzschaltbild der in 6 und 8 gezeigten
Halbleiterbauteile.
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10 eine
Detaildarstellung einer Schnittstelle zwischen Isolatorstruktur
und daran angrenzendem Fuktionselement-Halbleitergebiet.
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In
den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Bauteile
bzw. Bauteilgruppen mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
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In 1 ist
ein Halbleiterbauteil 30 gezeigt, dessen Aufbau im Wesentlichen
den in 6 und 8 gezeigten Halbleiterbauteilen 1', 1'' entspricht. Ein wesentlicher Unterschied
zu den in 6 und 8 gezeigten
herkömmlichen
Halbleiterbauteilen 1', 1'' besteht darin, dass ein Schaltelement
in Form eines zusätzlichen
Transistors 31 vorgesehen ist, der Source-Gebiete 32,
ein Körper-Gebiet 33,
ein Gate 34 und ein Drain-Gebiet 35 aufweist.
Der Transistor 31 ist aktiv ansteuerbar und wird vorzugsweise
dann aktiviert, wenn an das Drain-Gebiet 11 eine negative Spannung
angelegt wird. Das Aktivieren des Transistors 31 bewirkt
einen Stromfluss zwischen den Source-Gebieten 32 und dem
zweiten Funktionselement-Halbleitergebiet 7 bzw. dem Drain-Gebiet 11. Hierzu
wird durch das Gate 34 ein Kanal in das Körper-Gebiet 33 induziert.
Der Stromfluss durch das Körper-Gebiet 33 bewirkt
eine Herabsetzung des Potenzials zwischen der Basis und dem Emitter
der parasitären
npn-Struktur Qn2• Mittels des Transistors 31 ist
es sogar möglich,
einen vollständigen
Kurzschluss einer Basis-Emitterstrecke des parasitären Transistors
Qn2 zu erzielen. Die in 1 gezeigte
Ausführungsform
ist hierbei stark schematisch, Details bezüglich der Randstrukturen des
Transistors 31 bzw. des in dem zweiten Funktionselement-Halbleitergebiet 7 ausgebildeten
Transistors sind hier nicht gezeigt.
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Die
Source-Gebiete 32 sowie das Gate 34 des zur Potenzialreduktion
dienenden Transistors 31 sind mit einem Source-Anschluss
S2 bzw. einem Gate-Anschluss G2 verbunden.
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Die
in 6 und 8 gezeigten „künstlich" vorgesehenen Halbleiterstrukturen zur
Reduzierung parasitärer
Querströme
(Bezugsziffern 13, 14 und 16) können in
der in 1 gezeigten Ausführungsform entfallen. Dies
ist jedoch nicht zwingend notwendig, diese Halbleiterstrukturen
können
auch im Halbleiterbauteil verbleiben.
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Das
in 2 gezeigte Ersatzschaltbild zeigt den Fall, dass
in dem Halbleiterbauteil zusätzliche Halbleiterstrukturen
vorgesehen sind, die eine erste npn-/pnp-Struktur Qn1 ausbilden
(diese zusätzlichen Halbleiterstrukturen
sind in 1 nicht dargestellt bzw. enthalten).
Der zur Potenzialreduktion dienende Transistor 31 wird
zu der ersten parasitären npn-/pnp-Struktur
Qn1 parallel geschaltet, wenn eine derartige
Struktur vorhanden ist. Entfällt
der parasitäre.
Transistor Qn1 (wie in 1 gezeigt),
so wird dieser durch den Transistor 31 „ersetzt".
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In
den Figuren ist mit „C", „B", „E" ein Kollektor-,
Basis- und Emitteranschluss
bezeichnet.
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In 3 ist
ein Teil einer möglichen
Ausführungsform
des zur Potenzialabsenkung dienenden Transistors 31 gezeigt,
in der dieser als ringförmige Struktur
ausgebildet ist, die das im zweiten Funktionselement-Halbleitergebiet
ausgebildete Funktionselement (Transistor) einschließt. Dadurch
kann eine besonders effektive Potenzialabsenkung bewirkt werden.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt; es
genügt,
wenn der Transistor 31 als längliche Struktur ausgebildet
ist, ähnlich der
ersten bzw. zweiten Isolationsstruktur 4, 5 in 7.
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Die
in den Ausführungsformen
gezeigten p- bzw. n-Gebiete können
natürlich
invers dotiert sein, d. h. p- und n-Gebiete können miteinander vertauscht werden.
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In 10 ist
eine Detaildarstellung einer Schnittstelle zwischen Isolatorstruktur 4 und
daran angrenzendem Fuktionselement-Halbleitergebiet 7 gezeigt.
Die Isolatorstruktur 4 ist hierbei in einen ersten Teil 4A und
einen zweiten Teil 4B aufgeteilt, die durch einen Teil
des zweiten Fuktionselement-Halbleitergebiets 7 voneinander
getrennt sind. Zusätzlich sind
zum Erzielen einer besseren Isolation zwei Feldoxidschichten 36 vorgesehen,
die wenigstens teilweise von einer Metallschicht 37 bedeckt
sind. In dieser Ausführungsform
wird ein niederdotiertes n-Epi-Gebiet
in Serie geschalten, wodurch ein elektrisches Feld abgebaut und
ein Spannungsdurchbruch bei hohen Spannungen vermieden wird.
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Die
Erfindung lässt
sich auch wie folgt darstellen: Die Erfindung betrifft eine neuartige
Lösung des
Problems der Minoritätsträgerinjektion
in sperrschichtisolierten BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)-Technologien.
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Bisher
sind Guard-Strukturen bekannt, die gemein haben, dass die lokale
Absenkung des Substratpotenzials, die zur Unterdrückung des
lateralen npn-Parasiten im Substrat führen soll, unter Zuhilfenahme
eben dieses Parasiten erreicht wird (6, 8).
Das elektrische Ersatzbild in 9 verdeutlicht, dass
die Basis-Emitterspannung des störenden Parasiten
Qn2 bei optimierten parasitären Impedanzen
bis auf die Sättigungsspannung
des Parasiten Qn1 reduziert werden kann.
Eine weiter Reduktion ist jedoch nicht möglich, wodurch eine vollständige Ausschaltung
von Qn2 nicht erzielt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die
Absenkung des Substratpotenzials und damit die lokale Unterdrückung des
parasitären
npn-Transistors Qn2 im Substrat durch eine
aktive MOS-Struktur erreicht. Diese ist dem üblicherweise zu diesem Zweck
herangezogenen Parasiten Qn1 parallelgeschaltet
und ermöglicht eine
stärkere
Potenzialreduktion, da diese nicht mehr durch die Sättigungsspannung
des bipolaren Parasiten Qn1 begrenzt ist.
Theoretisch ist damit ein vollständiger
Kurzschluss der Basis-Emitterstrecke von Qn2 erreichbar.
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2 zeigt
ein Prinzipschaltbild der Anordnung. Wird der zusätzliche
FET geeignet angesteuert (beim Auftreten negativer Potenziale am
Drain des DMOS eingeschalten), so bewirkt er einen Kurzschluss der
Basis-Emitterstrecke des parasitären Transistors
Qn2 und verhindert somit dessen Aktivierung.
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Ein
wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, unter Zuhilfenahme einer
aktiven MOS-Sturktur das Substratpotenzial weiter als bisher möglich abzusenken.
Dadurch wird die Grenze für
die Substratabsenkung, die bisher die Sättigungsspannung des bipolaren
Parasiten war, unterschritten und eine vollständige Deaktivierung des lateralen
npn-Parasiten ist möglich.
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Ein
Ausführungsbeispiel
ist in 1 wiedergeben. Eine außerhalb des eigentlichen DMOS-Transistors
(Funktionselement) angeordnete Source-Bulk-Zelle bewirkt bei Aufsteuerung
des zusätzliches
Gates G2 einen Stromfluss vom Drain des DMOS zum Substrat. Dadurch
wird am Rand des DMOS-Transistors
das Substratpotenzial abgesenkt und die Drain- Substrat-Diode gesperrt. Diese Anordnung
kann beispielsweise wie in 3 gezeigt
als Ring um den DMOS-Transistor ausgeführt werden. Das gibt die Möglichkeit,
die Schutzstruktur in den Randabschluss des DMOS-Transistors zu
integrieren. Wird der aktive Schutz nicht benötigt, kann G2 mit S2 verbunden
werden und der zusätzliche
FET ist inaktiv. (Das zusätzliche
Gate G2 ist in 3 zur Vereinfachung nicht dargestellt).
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Eine
andere Ausführungsform
wäre die
Verwendung eines eigenen Bauteils (z. B. DMOS), um die Verbindung
zwischen Drain und Substrat herzustellen. Dies wäre unter Umständen weniger
flächeneffizient,
da der erforderliche Rdson (der Widerstand Drain-Source im eingeschalteten
Zustand (Einschaltwiderstand)) für
gute Effizienz der Unterdrückung
gering sein muss. Der Vorteil wäre
jedoch, dass diese Ausführung
mit Standard-Bibliotheksbauteilen ohne Modifikation umsetzbar ist.
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- 1
- Halbleiterbauteil
- 1'
- Halbleiterbauteil
- 1''
- Halbleiterbauteil
- 2
- erste
Halbleiterschicht
- 3
- zweite
Halbleiterschicht
- 4
- erste
Isolationsstruktur
- 4A
- erster
Teil der Isolationsstruktur
- 4B
- zweiter
Teil der Isolationsstruktur
- 5
- zweite
Isolationsstruktur
- 6
bis 8
- erstes
bis drittes Funktionselement-Halbleitergebiet
- 9
- Source-Gebiet
- 10
- Körper-Gebiet
- 11
- Drain-Gebiet
- 12
- Gate
- D
- Drain-Anschluss
- S
- Source-Anschluss
- G
- Gate-Anschluss
- S2
- Source-Anschluss
- G2
- Gate-Anschluss
- 13
- dritte
Isolationsstruktur
- 14
- Halbleiterstruktur
- 15
- Leitung
- Qn1
- erste
parasitäre
npn-Struktur
- Qn2
- zweite
parasitäre
npn-Struktur
- 16
- Halbleiterstruktur
- 17
- Leitung
- 18
- Struktur
- 19
- Kollektor-Gebiet
- 20
- DMOS-Struktur
- 21
- Reverse-Diode
- 30
- Halbleiterbauteil
- 31
- Transistor
- 32
- Source-Gebiet
- 33
- Körper-Gebiet
- 34
- Gate
- 35
- Drain-Gebiet
- 36
- Feldoxidschicht
- 37
- Metallschicht