DE112009001714T5 - Vertikaler MOSFET mit einer den Körper durchdringenden Durchkontaktierung für den Gatebereich - Google Patents
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Abstract
einem Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden und im Wesentlichen ebenen ersten Oberfläche und einer einen Drainbereich definierenden und im Wesentlichen ebenen zweiten Oberfläche, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche im Wesentlichen parallel und nicht koplanar sind;
einem Gatebereich, der in dem Halbleiterkörper nahe bei der zweiten Oberfläche ausgebildet ist; und
einer Durchkontaktierung, die innerhalb des Halbleiterkörpers zumindest teilweise zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche und gekoppelt mit dem Gatebereich ausgebildet ist.
Description
- Ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) ist eine spezielle Bauart eines Feldeffekttransistors (FET), der durch elektronische Variation der Breite eines Kanals arbeitet, entlang dem die Ladungsträger fließen. Je breiter der Kanal ist, umso besser leitet die Vorrichtung. Die Ladungsträger dringen in den Kanal bei einer Sourceelektrode ein, und verlassen den Kanal über eine Drainelektrode. Die Leitfähigkeit des Kanals wird durch die Spannung an einer Gateelektrode gesteuert, die physikalisch zwischen dem Sourcebereich und dem Drainbereich angeordnet ist, und die von dem Kanal durch eine dünne Schicht aus Metall-Oxid isoliert ist.
- Das „Metall” in dem Abkürzungswort MOSFET ist heutzutage oftmals eine Fehlbezeichnung, weil das vormals metallische Gatematerial nunmehr typischerweise eine Schicht aus Polysilizium (polykristallinem Silizium) ist. Genauer gesagt wurde bis in die 1980er Jahre typischerweise Aluminium als das Gatematerial verwendet, als Polysilizium aufgrund seiner Befähigung zur Ausbildung von selbstausgerichteten Gatebereichen dominant wurde. IGFET ist eine verwandte allgemeinere Bezeichnung, welche Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate bedeutet, und ist nahezu synonym zu MOSFET, obschon es sich auf FETs mit einem Gateisolator beziehen kann, der nicht ein Oxid ist. Manche bevorzugen die Verwendung von „IGFET”, wenn sie sich auf Vorrichtungen mit Polysiliziumgates beziehen, aber die meisten verwenden noch immer die Bezeichnung MOSFET, und diese Vereinbarung wird vorliegend verwendet.
- Es gibt zwei Arten, auf die ein MOSFET arbeiten kann. Die erste ist als Verarmungsbetriebsart bekannt, bei der der Kanal seine maximale Leitfähigkeit zeigt, wenn keine Spannung am Gatebereich anliegt. Mit steigender Spannung am Gatebereich (entweder positiv oder negativ in Abhängigkeit davon, ob der Kanal aus einem P- oder N-Halbleitermaterial ausgebildet ist) nimmt die Kanalleitfähigkeit ab. Die zweite Art, auf die ein MOSFET betrieben werden kann, wird Anreicherungsbetriebsart genannt, bei der eigentlich kein Kanal vorliegt und die Vorrichtung nicht leitet, wenn keine Spannung an dem Gatebereich anliegt. Ein Kanal wird durch das Anlegen einer Spannung an dem Gatebereich erzeugt. Je größer die Gatespannung ist, umso besser leitet die Vorrichtung.
- Der MOSFET weist bestimmte Vorteile gegenüber dem konventionellen Übergangs-FET oder JFET auf. Weil der Gatebereich von dem Kanal elektrisch isoliert ist, fließt kein Strom zwischen dem Gate und dem Kanal, ungeachtet der Gatespannung (solange diese nicht so groß ist, dass sie einen physikalischen Zusammenbruch der Metall-Oxid-Schicht verursacht). Somit weist der MOSFET praktisch eine unendliche Impedanz auf. Dies macht den MOSFET nützlich für Leistungsanwendungen. Die Vorrichtungen sind außerdem für hochschnelle Schaltanwendungen gut geeignet.
- Ein Leistungs-MOSFET ist eine spezifische Bauart eines MOSFET, die zur Handhabung einer großen Leistung entworfen ist. Im Vergleich zu anderen Leistungshalbleitervorrichtungen (beispielsweise Bipolartransistoren mit isoliertem Gate („IGBT”, Thyristoren usw.) sind die Hauptvorteile eine hohe Stromwendungsgeschwindigkeit, eine gute Effizienz bei niedrigen Spannungen sowie ein isolierter Gatebereich, der die Ansteuerung vereinfacht. Der Leistungs-MOSFET teilt seine Betreibungsprinzipien mit seinem Niederleistungsgegenstück, dem lateralen MOSFET. Der Leistungs-MOSFET ist der meistverbreitete Niederspannungsschalter (d. h. unterhalb von 200 V). Er findet sich in den meisten Energieversorgungsvorrichtungen, Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umwandlern und Niederspannungsmotorsteuerungen.
-
1 zeigt eine Schnittansicht eines bekannten vertikal diffundierten Metall-Oxid-Halbleiters (sog. VDMOS: Vertical Diffused Metal Oxide Semiconductor) anhand einer grundlegenden Zelle. Die Zellen sind typischerweise sehr klein (einige Mikrometer bis einige zehn Mikrometer breit), und ein Leistungs-MOSFET ist typischerweise aus mehreren Tausend davon zusammengesetzt. Der Querschnitt illustriert die „senkrechte Lage” der Vorrichtung, bei der die Sourceelektrode über dem Drainbereich angeordnet ist, was zu einem Strom hauptsächlich in vertikaler Richtung führt, wenn sich der Transistor im Durchlasszustand befindet. Vorliegend werden die Begriffe „vertikaler MOSFET” und „Leistungs-MOSFET” austauschbar verwendet. Die „Diffusion” bei dem Begriff VDMOS bezieht sich auf den Herstellungsvorgang: die P-Wannen werden durch einen Doppeldiffusionsvorgang für die P- und N+-Bereiche erhalten. - Es versteht sich, dass es viele Bauarten und Entwürfe für Leistungs-MOSFETs gibt, und dass das MOSFET-Beispiel nach
1 nur eines von vielen ist.2 zeigt schematisch einen verallgemeinerten Leistungs-MOSFET9 . Ein Halbleiterkörper B, typischerweise aus Silizium, weist einen Sourcebereich S auf einer Seite und einen Drainbereich D auf der anderen Seite auf. Ein Gatebereich G ist auf der Seite des Sourcebereichs S bereitgestellt. Der Gatebereich G ist selbstverständlich bezüglich des Körpers B isoliert, und mit den Gateelektroden der typischerweise Tausenden von MOSFET-Zellen verbunden. Der Sourcebereich S ist gleichermaßen mit den Sourcebereichen der MOSFET-Zellen verbunden, und der Drainbereich D ist mit den Drainelektroden der MOSFET-Zellen verbunden. - Ein Abwärtsregulator ist eine Gleichstrom-zu-Gleichstrom Umschaltkonvertertopologie, die eine unregulierte Eingangsspannung aufnimmt und eine niedrigere regulierte Ausgangsspannung erzeugt. Die niedrigere Ausgangsspannung wird durch Abtasten der Eingangsspannung mit einem in Reihe verbundenen Schalter (Transistor) erzielt, der einer Spule und einem Kondensator Impulse zuführt, wobei ein Mittelwert gebildet wird. Bei einem MOSFET-Abwärtsregulator werden zwei MOSFETs verwendet, bei denen die Drainelektrode eines „unteren” MOSFET und die Sourceelektrode eines „oberen” MOSFET miteinander verbunden sind.
-
3 zeigt eine schematische Ansicht einer bekannten MOSFET-Schaltung10 , die für Abwärtsregulatoren nützlich ist. Die Schaltung10 beinhaltet einen ersten MOSFET12 und einen zweiten MOSFET14 , die in Reihe geschaltet sind. Genauer ist die Sourceelektrode S des ersten MOSFET12 mit der Drainelektrode D des zweiten MOSFET14 gekoppelt, wobei ein als die „Phase” bekannter Knoten ausgebildet wird. -
4 zeigt eine mögliche physikalische Verbindung der MOSFETs12 und14 gemäß dem Stand der Technik. Da die vertikalen MOSFETs12 und14 ihre Drainbereiche auf der Rückseite des Siliziumkörpers aufweisen, können diese beiden MOSFETs nicht in Kontakt mit derselben leitenden Oberfläche oder „Platte” stehen, da dies ihre Drainbereiche kurzschließen würde. Dies erfordert die Anbringung der Drainbereiche auf zwei getrennten Platten P1 bzw. P2, die voneinander elektrisch isoliert sind. - Multidrahtverbindungen
20 koppeln den Sourcebereich S des MOSFET12 mit dem Drainbereich D des MOSFET14 . Daher dient bei diesem Beispiel die Platte P2 als die Phase. - Das Einhäusen von Halbleitern wird zunehmend wichtig. Das Einhäusen kann zum Optimieren der Halbleiterleistungsfähigkeit auf vielerlei Weise einschließlich der Wärmeabfuhr, der Abschirmung und der Anschlussvereinfachung verwendet werden. Die
US Patentschriften 6,624,522 ,6,930,397 sowie7,285,866 von Standing et al. lehren beispielsweise für MOSFETs gut geeignete Gehäuse. Die in diesen Druckschriften offenbarten Vorrichtungen beinhalten eine Metalldose, die einen MOSFET aufnehmen kann. Der MOSFET ist derart ausgerichtet, dass seine Drainelektrode dem Boden der Dose zugewandt und mit diesem durch eine Schicht aus leitendem Epoxydharz, einem Lötmittel oder dergleichen elektrisch verbunden ist. Die Ecken des MOSFET sind von den Wänden der Dose beabstandet, und der Abstand zwischen den Kanten des MOSFET und den Wänden der Dose ist mit einer isolierenden Schicht gefüllt. -
5 zeigt ein dosenartiges Gehäuse für einen MOSFET nach dem Stand der Technik. Die Dose16 umschließt einen Leistungs-MOSFET18 , wobei die Drainelektrode D mit der elektrisch leitenden Metalldose16 elektrisch gekoppelt ist. Das Dosengehäuse, das allgemein vorteilhaft ist, ist zum Umschließen von Leistungs-MOSFET-Paaren, die nach3 verschaltet sind, nicht gut geeignet. Dies liegt an dem vorstehend beschriebenen Problem eines Kurzschließens der Drainbereiche auf einer leitenden Platte, d. h. dem Boden der elektrisch leitenden Metalldose16 . - Diese und andere Nachteile aus dem Stand der Technik werden dem Fachmann nach Studium der nachfolgenden Beschreibung sowie der beiliegenden Zeichnung näher ersichtlich.
- ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG
- Bei einem beispielhaft angegebenen und nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel beinhaltet ein vertikaler MOSFET einen Halbleiterkörper mit einer im Wesentlichen ebenen ersten Oberfläche, die einen Sourcebereich definiert, sowie einer im Wesentlichen ebenen zweiten Oberfläche, die einen Drainbereich definiert. Die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche sind im Wesentlichen parallel und nicht koplanar. Ein benachbart zu der zweiten Oberfläche in dem Halbleiterkörper ausgebildeter Gatebereich ist mit einer innerhalb des Halbleiterkörpers zumindest teilweise zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche ausgebildeten Durchkontaktierung gekoppelt.
- Bei einem beispielhaft angegebenen und nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel beinhaltet ein MOSFET-Leistungschip einen ersten vertikalen MOSFET und einen zweiten vertikalen MOSFET. Der erste vertikale MOSFET beinhaltet einen Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden ersten Oberfläche und einer einen Drainbereich definierenden zweiten Oberfläche. Eine Gatestruktur ist in dem Halbleiterkörper nahe der zweiten Oberfläche ausgebildet, und eine Durchkontaktierung ist innerhalb des Halbleiterkörpers angeordnet, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche ist. Die Durchkontaktierung umfasst ein mit der ersten Oberfläche elektrisch gekoppeltes erstes Ende und ein mit der Gatestruktur elektrisch gekoppeltes zweites Ende.
- Der zweite vertikale MOSFET beinhaltet einen Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden ersten Oberfläche und einer einen Drainbereich definierenden zweiten Oberfläche sowie eine in dem Halbleiterkörper nahe der ersten Oberfläche ausgebildeten Gatestruktur. Die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFETS und die zweite Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFETS sind im Wesentlichen koplanar und ein elektrisch leitendes Material koppelt die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFETS mit der zweiten Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFETS.
- Bei einem beispielhaft angegebenen und nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel beinhaltet ein MOSFET-Leistungschip einen ersten vertikalen MOSFET und einen zweiten vertikalen MOSFET. Der erste vertikale MOSFET beinhaltet einen Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden ersten Oberfläche und einer einen Drainbereich definierenden zweiten Oberfläche sowie eine in dem Halbleiterkörper nahe der zweiten Oberfläche ausgebildeten Gatestruktur. Eine Durchkontaktierung ist innerhalb des Halbleiterkörpers ausgebildet, und im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche. Die Durchkontaktierung umfasst ein mit der ersten Oberfläche elektrisch gekoppeltes erstes Ende und ein mit der Gatestruktur elektrisch gekoppeltes zweites Ende.
- Der zweite vertikale MOSFET beinhaltet einen Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden ersten Oberfläche, einer einen Drainbereich definierenden zweiten Oberfläche und einer in dem Halbleiterkörper nahe der ersten Oberfläche ausgebildeten Gatestruktur. Die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFET und die zweite Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFET sind im Wesentlichen koplanar, und eine elektrisch leitende Dose umgibt im Wesentlichen die MOSFETs und schließt die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFET mit der zweiten Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFET kurz.
- Bei einem beispielhaft angegebenen und nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Leistungsschaltvorrichtung einen Halbleiterkörper mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche sowie einer dazwischen ausgebildeten vertikalen Halbleiterstruktur. Ein Steuerknoten für die vertikale Halbleiterstruktur würde bei traditionellen Entwürfen normalerweise mit der ersten Oberfläche assoziiert, aber anstatt dessen verbindet eine sich innerhalb des Halbleiterkörpers zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche erstreckende Durchkontaktierung den Steuerknoten mit der zweiten Oberfläche.
- Unter Verwendung einer den Körper durchdringenden Durchkontaktierung kann der Gatebereich von der Rückseite verlagert werden, was ein „Wenden” des Rohchips relativ zum konventionellen MOSFET zum Kurzschließen des Sourcebereichs des Rohchips mit dem Drainbereich des konventionellen MOSFETS ermöglicht. Dies vereinfacht das Gehäuse und erlaubt eine bessere Verbindung zwischen den Rohchips und daher eine insgesamt bessere Leistungsfähigkeit.
- Diese und andere Ausführungsbeispiele und Vorteile sowie weitere dabei offenbarte Merkmale werden dem Fachmann anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher ersichtlich.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
- Nachstehend sind mehrere beispielhaft angegebene Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bestandteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Die beispielhaft angegebenen Ausführungsbeispiele sind illustrierend und nicht einschränkend gedacht. Die Zeichnung beinhaltet die folgenden Figuren:
-
1 zeigt eine Schnittansicht von einem Beispiel für eine vertikale MOSFET-Zelle nach dem Stand der Technik; -
2 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines vertikalen MOSFET nach dem Stand der Technik; -
3 zeigt ein schematisches Diagramm von einem miteinander gekoppelten Paar vertikaler MOSFETs nach dem Stand der Technik; -
4 zeigt eine Darstellung der physikalischen Verschaltung der MOSFETs nach3 ; -
5 zeigt eine Darstellung eines dosenartigen Gehäuses für einen vertikalen MOSFET nach dem Stand der Technik; -
6 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines vertikalen MOSFET mit einer den Körper durchdringenden Durchkontaktierung für den Gatebereich; -
7 zeigt eine vergrößerte Ansicht des durch die unterbrochene Linie 7 umkreisten Abschnitts aus6 ; -
8 zeigt eine Darstellung von einem Beispiel für eine physikalische Verbindung von einem bekannten vertikalen MOSFET mit einem MOSFET nach6 ; und -
9 zeigt eine Teilschnittansicht von einem Beispiel für eine physikalische Verbindung von einem bekannten vertikalen MOSFET mit einem MOSFET nach6 innerhalb eines dosenartigen Gehäuses. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFT ANGEGEBENEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
- Die
1 bis5 sind vorstehend bezüglich des Standes der Technik beschrieben. Die6 bis9 zeigen mehrere beispielhaft angegebene und nicht beschränkend gedachte Ausführungsbeispiele. - Nach
6 weist ein vertikaler MOSFET22 nach einem Ausführungsbeispiel einen Körper B mit einem Halbleitermaterial wie etwa Silizium oder Galliumarsenid auf. Der Körper B ist oftmals ein als „Rohchip” (engl.: „die”) bekanntes Stück eines Halbleiterwafers. Mehrere Rohchips werden fachterminologisch als „dice” in Bezug genommen. Der Körper B kann im Wesentlichen monokristallin oder aus mehreren Schichten ausgebildet sein. - Wie bei dem Stand der Technik ist der vertikale MOSFET
22 aus vielen MOSFET-Zellen ausgebildet, wobei die Drainelektroden, Sourceelektroden und Gateelektroden zur Ausbildung des Drainbereichs D, des Sourcebereichs S und des Gatebereichs G des vertikalen MOSFET22 miteinander gekoppelt sind. Es gibt viele Entwürfe für vertikale MOSFET und MOSFET-Zellen, wie dem Fachmann gut bekannt ist. Vergleiche beispielsweise ohne Einschränkung B. E. Taylor: „POWER MOSFET DESIGN", John Wiley & Sons, Inc., 1993. - Der vertikale MOSFET
22 ist mit einer Durchkontaktierungsstruktur V innerhalb des Körpers B versehen, und ist bei dem vorliegenden Beispiel als sich zwischen einer mit dem Sourcebereich S assoziierten ersten Oberfläche24 und einer Gatestruktur G erstreckend gezeigt. Eine zweite Oberfläche26 ist mit einem Drainbereich D assoziiert. Die Gatestruktur G ist aufgrund der leitenden Durchkontaktierungsstruktur V (im Gegensatz zum Stand der Technik) näherliegend zu dem Drainbereich D als zu dem Sourcebereich S ausgebildet. - Unter zusätzlicher Bezugnahme auf
7 , die eine vergrößerte Ansicht des durch die unterbrochene Linie7 umkreisten Abschnitts aus6 zeigt, umfasst der Gatebereich G ein leitendes Material28 , das bezüglich des Körpers B durch eine isolierende Schicht30 elektrisch isoliert ist. Das leitende Material28 kann Polysilizium oder ein anderes leitendes Material wie etwa ein Metall, beispielsweise Aluminium, sein. Die isolierende Schicht30 kann aus mehreren prozesskompatiblen Arten wie etwa Siliziumoxid oder Siliziumnitrid ausgebildet sein. Die Bezeichnungen „Gatebereich” und „Gatestruktur” sind vorliegend hin und wieder einigermaßen synonym verwendet, obwohl der Begriff „Gatebereich” sich gelegentlich primär auf den leitenden Abschnitt des Gatebereichs bezieht, während der Begriff „Gatestruktur” sich üblicherweise sowohl auf den leitenden Abschnitt als auch auf den isolierenden Abschnitt bezieht. - Die Durchkontaktierungsstruktur V beinhaltet ein leitendes Material
32 , das typischerweise ein Metall wie etwa Wolfram, Aluminium, Kupfer usw. ist. Die Durchkontaktierungsstruktur V beinhaltet ferner eine isolierende Schicht34 , die das leitende Material32 vor dem Körper B elektrisch isoliert. Die Begriffe „Durchkontaktierung” und „Durchkontaktierungsstruktur” sind hin und wieder einigermaßen synonym verwendet, obwohl der Begriff „Durchkontaktierung” sich gelegentlich hauptsächlich auf den leitenden Abschnitt der Durchkontaktierung bezieht, während der Begriff „Durchkontaktierungsstruktur” sich üblicherweise sowohl auf den leitenden Abschnitt als auch auf den isolierenden Abschnitt der Durchkontaktierung bezieht. - Die Ausbildung von Durchkontakten in Halbleiterwafern ist dem Fachmann gut bekannt. Vergleiche beispielsweise Robert Döring (Herausgeber) und Yoshio Nishi (Herausgeber): „Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology, Second Edition", CRC, 2007. Durchgehende Löcher können in den Wafern durch eine Vielzahl von dem Fachmann gut bekannten Verfahren einschließlich eines anisotropen Plasmaätzvorgangs, eines Laserbohrvorgangs usw. erzeugt werden.
- Die Darstellung nach
7 ist lediglich beispielhaft und nicht beschränkend angegeben. Das leitende Material32 der Durchkontaktierung V ist an das leitende Material28 des Gatebereichs G an der Grenzfläche36 angrenzend gezeigt. Die leitenden Materialien können jedoch durch Zwischenmaterialien miteinander gekoppelt werden, miteinander verschmolzen werden, als kontinuierliches Material ausgebildet werden, usw. Gleichermaßen sind das isolierende Material30 des Gatebereichs G und das isolierende Material34 der Durchkontaktierung V an einer Grenzfläche35 angrenzend gezeigt. Diese isolierenden Materialen können jedoch gleichermaßen durch andere isolierende Materialen miteinander gekoppelt sein, miteinander verschmolzen sein, als kontinuierliches Material ausgebildet sein, usw. -
8 zeigt ein beispielhaft und nicht beschränkend angegebenes Ausführungsbeispiel eines MOSFET-Leistungschips38 . Der Leistungschip38 beinhaltet einen bekannten vertikalen MOSFET-Rohchip9 sowie einen vorstehend beschriebenen vertikalen MOSFET-Rohchip22 . Der Sourcebereich des MOSFET22 und der Drainbereich des MOSFET9 sind durch eine leitende (typischerweise metallische und beispielsweise aus Aluminium ausgebildete) Platte P zur Ausbildung der Phase des MOSFET-Paars kurzgeschlossen. Der Gatebereich G und der Drainbereich D des MOSFET22 sind mit leitenden Leitern40 bzw.42 gekoppelt, und der Gatebereich G und der Sourcebereich S des MOSFET9 sind mit leitenden Leitern44 bzw.46 gekoppelt. Der MOSFET-Leistungschip38 ist oftmals innerhalb eines Gehäuses umschlossen, wie es durch die unterbrochene Linie48 angedeutet ist. -
8 stellt, wie gesagt, nur ein Ausführungsbeispiel dar. Der MOSFET-Leistungschip38 kann beispielsweise eine andere Schaltung innerhalb des Gehäuses48 beinhalten, die mit den MOSFETs9 und/oder22 verschaltet ist oder nicht. Bei dem vorliegenden Beispiel sind die Leiter40 bis46 als externe Kontakte gezeigt, die sich aus dem Gehäuse48 erstrecken. Alternativ können einige oder alle der Leitungen innerhalb des Gehäuses48 intern verschaltet sein. Vorteilhafterweise kann die Platte P zur Verschaltung der beiden MOSFETs in Reihe verwendet werden, um die Phase an der Platte P zu erzeugen, ohne Verbindungsdrähte zu benötigen. -
9 zeigt ein beispielhaft und nicht beschränkend angegebenes Ausführungsbeispiel eines MOSFET-Leistungschips50 . Der Leistungschip38 beinhaltet einen bekannten vertikalen MOSFET-Rohchip9 sowie einen vorstehend beschriebenen vertikalen MOSFET-Rohchip22 , obwohl sie bezüglich des Ausführungsbeispiels nach8 gewendet sind. Der Sourcebereich des MOSFETS22 und der Drainbereich des MOSFETS9 sind durch eine leitende (typischerweise metallische) Platte P kurzgeschlossen, die ein Teil eines Metalldosengehäuses52 ist. -
9 zeigt, wie gesagt, nur ein Ausführungsbeispiel. Der MOSFET-Leistungschip50 kann beispielsweise eine andere Schaltung innerhalb des Dosengehäuses52 beinhalten, die mit den MOSFETs9 und/oder22 verschaltet sein kann oder nicht. Vorteilhafterweise kann die Platte P des Dosengehäuses52 zur Verschaltung der beiden MOSFETs in Reihe verwendet werden, um die Phase zu erzeugen, ohne Verbindungsdrähte zu erfordern. - In den
US-Patentschriften 6,624,522 ,6,930,397 sowie7,285,866 sind Metalldosen als Gehäuse für einen MOSFET gelehrt. Ein Dosengehäuse52 kann beispielsweise aus einer silberplattierten Kupferlegierung ausgebildet sein. Es weist typischerweise Innendimensionen auf, die größer als die der MOSFETs9 und22 sind. Der Drainbereich D des MOSFET9 kann mit dem Boden der Dose52 durch eine Schicht aus mit Silber beladenem leitenden Epoxydharz54 verbunden sein. In ähnlicher Weise kann der Sourcebereich S des MOSFET22 mit dem Boden der Dose52 durch die Schicht aus mit Silber beladenem leitenden Epoxydharz54 als nicht beschränkendes Beispiel verbunden sein. Ein Ring aus geringer Verspannung und hoher Anhaftung verursachendem Epoxydharz56 kann um die Kanten der MOSFETs9 und22 sowie dazwischen angeordnet sein, um das Gehäuse52 zu versiegeln und ihm eine zusätzliche strukturelle Festigkeit zu verleihen. Der Gatebereich G und der Drainbereich D des MOSFET22 und der Gatebereich G und der Sourcebereich S des MOSFET9 können an dem offenen Ende58 des Dosengehäuses52 freigelegt sein. Die Paarbildung eines bekannten MOSFET und eines MOSFET mit der den Körper durchdringenden Durchkontaktierung für seinen Gatebereich erlaubt daher ein in Reihe geschaltetes Paar von MOSFETs, die innerhalb eines hochleistungsfähigen Dosengehäuses umschlossen sind. - Während die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiele auf MOSFET-Strukturen basieren, ist dem Fachmann ersichtlich, dass andere vertikale Vorrichtungen ebenfalls bei beispielhaften Ausführungsbeispielen verwendet werden können. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen können beispielsweise vertikale Vorrichtungen wie etwa IGBT MOSFET, Vertikale DMOS, Vertikale JFET GTO (gate turnoff thyristor) und MCT (MOS controlled thyristors) zur Ausbildung einer vertikalen Halbleiterschaltvorrichtung verwendet werden. Derartige Ausführungsbeispiele können einen Halbleiterkörper mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche sowie einer dazwischen ausgebildeten vertikalen Halbleiterstruktur beinhalten, wobei eine Steuergateelektrode für die vertikale Halbleiterstruktur normalerweise mit der ersten Oberfläche assoziiert wäre, und eine sich innerhalb des Halbleiterkörpers zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche erstreckende Durchkontaktierung zum Assoziieren der Steuergateelektrode mit der zweiten Oberfläche bereitgestellt ist.
- Obwohl vorstehend verschiedene Ausführungsbeispiele unter Verwendung spezifischer Begriffe und Vorrichtungen beschrieben sind, ist diese Beschreibung nur zu illustrativen Zwecken gedacht. Die Wörter sind lediglich umschreibend und nicht beschränkend gedacht. Es versteht sich, dass Änderungen und Abwandlungen durch den Fachmann erfolgen können, ohne von dem Erfindungsbereich gemäß der beigefügten Patentansprüche abzuweichen. Zudem versteht es sich, dass Merkmale von verschiedenen anderen Ausführungsbeispielen teilweise oder vollständig ausgetauscht werden können. Es versteht sich daher, dass die Patentansprüche nicht einschränkend auszulegen sind.
- Zusammenfassung
- Ein MOSFET-Leistungschip beinhaltet erste und zweite vertikale MOSFET. Der erste vertikale MOSFET beinhaltet einen Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden ersten Oberfläche und einer einen Drainbereich definierenden zweiten Oberfläche sowie einer in dem Halbleiterkörper nahe der zweiten Oberfläche ausgebildeten Gatestruktur. Eine Durchkontaktierung ist im Wesentlichen senkrecht zu beiden Oberflächen und mit der ersten Oberfläche und der Gatestruktur elektrisch gekoppelt. Der zweite vertikale MOSFET beinhaltet einen Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden ersten Oberfläche, einer einen Drainbereich definierenden zweiten Oberfläche sowie einer in dem Halbleiterkörper nahe der ersten Oberfläche ausgebildeten Gatestruktur. Die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFET und die zweite Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFET sind im Wesentlichen koplanar, und eine elektrisch leitende Dose umgibt im Wesentlichen die MOSFET und schließt die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFET mit der zweiten Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFET kurz.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (22)
- Vertikaler MOSFET, mit: einem Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden und im Wesentlichen ebenen ersten Oberfläche und einer einen Drainbereich definierenden und im Wesentlichen ebenen zweiten Oberfläche, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche im Wesentlichen parallel und nicht koplanar sind; einem Gatebereich, der in dem Halbleiterkörper nahe bei der zweiten Oberfläche ausgebildet ist; und einer Durchkontaktierung, die innerhalb des Halbleiterkörpers zumindest teilweise zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche und gekoppelt mit dem Gatebereich ausgebildet ist.
- Vertikaler MOSFET nach Anspruch 1, wobei der Körper Silizium umfasst.
- Vertikaler MOSFET nach Anspruch 2, wobei das Silizium zumindest einen Abschnitt eines Siliziumwafers umfasst.
- Vertikaler MOSFET nach Anspruch 1, wobei der vertikale MOSFET eine Vielzahl von MOSFET-Zellen umfasst, deren Sourcebereiche, Drainbereiche und Gatebereiche jeweils mit den Sourcebereichen, Drainbereichen und Gatebereichen des vertikalen MOSFETS elektrisch verbunden sind.
- Vertikaler MOSFET nach Anspruch 1, wobei der Gatebereich ein leitendes Material umfasst.
- Vertikaler MOSFET nach Anspruch 5, wobei der Gatebereich ferner eine isolierende Schicht umfasst, die das leitende Material des Gatebereichs vor dem Körper elektrisch isoliert.
- Vertikaler MOSFET nach Anspruch 6, wobei die Durchkontaktierung ein leitendes Material umfasst, das mit dem leitenden Material des Gatebereichs elektrisch verbunden ist.
- Vertikaler MOSFET nach Anspruch 7, wobei die Durchverbindung ferner eine isolierende Schicht umfasst, die das leitende Material der Durchkontaktierung vor dem Körper elektrisch isoliert.
- MOSFET-Leistungschip, mit: einem ersten vertikalen MOSFET mit einem Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden ersten Oberfläche und einer einen Drainbereich definierenden zweiten Oberfläche, einer in dem Halbleiterkörper nahe bei der zweiten Oberfläche ausgebildeten Gatestruktur und einer innerhalb des Halbleiterkörpers angeordneten Durchkontaktierung, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche angeordnet ist, wobei die Durchkontaktierung ein mit der ersten Oberfläche elektrisch gekoppeltes erstes Ende und ein mit der Gatestruktur elektrisch gekoppeltes zweites Ende aufweist; einem zweiten vertikalen MOSFET mit einem Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden ersten Oberfläche und einer einen Drainbereich definierenden zweiten Oberfläche sowie einer in dem Halbleiterkörper nahe bei der ersten Oberfläche ausgebildeten Gatestruktur, wobei die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFET und die zweite Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFET im Wesentlichen koplanar angeordnet sind; und einem elektrisch leitenden Material, welche die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFET mit der zweiten Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFET koppelt.
- MOSFET-Leistungschip nach Anspruch 9, wobei die Körper des ersten vertikalen MOSFETS und des zweiten vertikalen MOSFETS Silizium umfassen.
- MOSFET-Leistungschip nach Anspruch 9, ferner mit einer den Drainbereich des ersten vertikalen MOSFET mit dem Drainbereich des zweiten vertikalen MOSFET koppelnden elektrisch leitenden Platte.
- MOSFET-Leistungschip nach Anspruch 9, ferner mit Leitungen, die mit dem Gatebereich und dem Drainbereich des ersten vertikalen MOSFET gekoppelt sind, sowie mit Leitungen, die mit dem Gatebereich und dem Sourcebereich des zweiten vertikalen MOSFET gekoppelt sind.
- MOSFET-Leistungschip nach Anspruch 10, wobei der erste vertikale MOSFET und der zweite vertikale MOSFET innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind.
- MOSFET-Leistungschip nach Anspruch 11, wobei das Gehäuse zumindest Plastik, Keramik oder Metall beinhaltet.
- MOSFET-Leistungschip, mit: einem ersten vertikalen MOSFET mit einem Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden ersten Oberfläche und einer einen Drainbereich definierenden zweiten Oberfläche, einer in dem Halbleiterkörper nahe bei der zweiten Oberfläche ausgebildeten Gatestruktur, sowie einer innerhalb des Halbleiterkörpers angeordneten Durchkontaktierung, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche angeordnet ist, wobei die Durchkontaktierung ein mit der ersten Oberfläche elektrisch gekoppeltes erstes Ende und ein mit der Gatestruktur elektrisch gekoppeltes zweites Ende aufweist; einem zweiten vertikalen MOSFET mit einem Halbleiterkörper mit einer einen Sourcebereich definierenden ersten Oberfläche und einer einen Drainbereich definierenden zweiten Oberfläche sowie einer in dem Halbleiterkörper nahe bei der ersten Oberfläche ausgebildeten Gatestruktur, wobei die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFET und die zweite Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFET im Wesentlichen koplanar angeordnet sind; und einer elektrisch leitfähigen Dose, die den ersten vertikalen MOSFET und den zweiten vertikalen MOSFET im Wesentlichen umgibt, und die die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFET bis zur zweiten Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFET bedeckt.
- MOSFET-Leistungschip nach Anspruch 15, wobei der erste vertikale MOSFET und der zweite vertikale MOSFET innerhalb einer leitenden Dose angeordnet sind.
- MOSFET-Leistungschip nach Anspruch 16, wobei die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFET und die zweite Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFET mit der Dose elektrisch gekoppelt sind.
- MOSFET-Leistungschip nach Anspruch 17, wobei die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFET und die zweite Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFET mit der Dose durch ein leitfähiges Haftmittel elektrisch gekoppelt sind.
- MOSFET-Leistungschip nach Anspruch 17, wobei die erste Oberfläche des ersten vertikalen MOSFET und die zweite Oberfläche des zweiten vertikalen MOSFET mit der Dose durch ein Lötmittel elektrisch gekoppelt sind.
- MOSFET-Leistungschip nach Anspruch 19, wobei die Dose Metall aufweist.
- Leistungsschaltvorrichtung, mit: einem Halbleiterkörper mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche sowie einer dazwischen ausgebildeten vertikalen Halbleiterstruktur, wobei ein Steuerknoten für die vertikale Halbleiterstruktur normalerweise mit der ersten Oberfläche assoziiert wäre; und einer Durchkontaktierung, die sich innerhalb des Halbleiterkörpers zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche erstreckt, um den Steuerknoten mit der zweiten Oberfläche zu verbinden.
- Leistungsschaltvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die vertikale Halbleiterstruktur aus der Gruppe MOSFET, IGBT MOSFET, Vertikaler DMOS, Vertikaler JFET GTO und MCT ausgewählt ist.
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