DE19946167C2 - Integrierte Halbbrückenschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Halblei­ terschaltungsanordnung, durch welche die Funktion einer soge­ nannten Halbbrückenschaltung realisiert ist. Halbbrücken­ schaltungen weisen erste und zweite in Reihe zwischen einer Versorgungsspannung geschaltete Transistoren auf, wobei eine dem ersten und zweiten Transistor gemeinsame Klemme als Aus­ gangsklemme dient, an der die Versorgungsspannung nach Maßga­ be der Schaltstellungen der beiden Transistoren anliegt.

Derartige Halbbrückenschaltungen finden insbesondere Anwen­ dung in Automobilen zum gesteuerten Anlegen der Versorgungs­ spannung an einen an die Ausgangsklemme angeschlossenen Verbraucher.

Als Transistoren, die in der Lage sind, die auftretenden Ströme oder Spannungen zerstörungsfrei zu schalten werden üb­ licherweise sogenannte Vertikaltransistoren, insbesondere Vertikal-MOSFET verwendet. Die Laststreckenanschlüsse (Drain und Source) des MOSFET befinden sich dabei an gegenüberlie­ genden Seiten eines Halbleiterkörpers, in dem der MOSFET ge­ bildet ist. Um den Transistor vor Überhitzung zu schützen sind mitunter aufwendige Kühlmaßnahmen erforderlich.

Die US 5,216,275 beschreibt einen vertikalen Leistungstran­ sistor, der ein Substrat eines ersten Leitungstyps aufweist, auf welchem abwechselnd nebeneinander liegend Bereiche des ersten Leistungstyps und Bereiche eines zweiten Leitungstyps angeordnet sind. Oberhalb dieser unterschiedlich dotierten Bereiche befindet sich eine Schicht des ersten Leitungstyps, in welche stark dotierte Wannen des zweiten Leitungstyps ein­ gebracht sind. Ausgehend von einer Oberfläche des Halbleiter­ körpers erstreckt sich eine Gate-Elektrode V-förmig in den Halbleiterkörper hinein, die mittels einer Isolationsschicht gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert ist. Die Gate- Elektrode erstreckt sich von den stark dotierten Bereichen des zweiten Leitungstyps bis zu einem zweiten Bereich des zweiten Leitungstyps oberhalb des Substrats. Aufgabe der Ga­ te-Elektrode ist es, bei Anlagen eines Ansteuerpotentials ei­ nen leitenden Kanal in der Schicht hervorzurufen, um so eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Zone, die an die Source-Elektrode angeschlossen ist, und dem Substrat, das an die Drain-Elektrode angeschlossen ist, hervorzurufen.

Aus der EP 0 544 047 A1 ist eine integrierte Halbbrücken­ schaltung bekannt, die zwei n-Kanal-MOSFET und zwei p-Kanal- MOSFET, die in einem Halbleiterkörper integriert sind, auf­ weist. Zur Herstellung einer leitenden Verbindung zwischen den Drain-Anschlüssen der n-Kanal-MOSFET und den Drain- Anschlüssen der p-Kanal-MOSFET sind externe, d. h. außerhalb des Halbleiterkörpers befindliche Leitungsverbindungen vorge­ sehen.

Die DE 35 44 324 A1 beschreibt eine integrierte Halbbrücken­ schaltung, die vier n-Kanal-MOSFET aufweist, von denen je­ weils zwei in Reihe geschaltet sind. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Source-Gebieten von zwei der MOSFET mit den Drain-Gebieten der beiden anderen MOSFET erfolgt bei dieser Halbbrückenschaltung durch eine Metallisierung ober­ halb der Oberfläche des Halbleiterkörpers.

Außerdem ist aus der FR 2 124 142 eine integrierte Halbbrü­ ckenschaltung bekannt, bei der zwei n-Kanal-MOSFET in einem Halbleiterkörper integriert sind. Dabei ist das Source-Gebiet des einen MOSFET durch eine Metallisierung oberhalb des Halbleiterkörpers mit der Drain-Zone des zweiten MOSFET verbun­ den.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine integrierte Halbbrückenschaltung zur Verfügung zu stellen, die mit her­ kömmlichen Fertigungsmethoden einfach herstellbar ist, die zuverlässig funktioniert, bei der keine externen Leitungsver­ bindungen zwischen den Anschlussbereichen der Transistoren erforderlich sind und die insbesondere ohne aufwendige Kühl­ maßnahmen kühlbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Halbbrückenschaltung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der auf dem Substrat angeordnete erste Bereich aus halblei­ tendem Material des zweiten Leitfähigkeitstyps dient dabei als Drain-Gebiet eines ersten der beiden Transistoren. Der dritte Bereich dient als gemeinsames Drain-/Source-Gebiet der beiden Transistoren und der zweite Bereich dient als Source- Gebiet des zweiten der beiden Transistoren. Der zwischen dem ersten und dritten Bereich angeordnete vierte Bereich aus Halbleitermaterial des ersten Leitungstyps dient als Sperrbe­ reich des ersten Transistors, wobei dieser Sperrbereich durch Anlegen einer Spannung zwischen der über dem Sperrbereich an­ geordneten ersten Steuerelektrode, die die Funktion der Gate- Elektrode des ersten Transistors erfüllt, und dem Source- Gebiet (dritter Bereich) des ersten Transistors leitend ge­ macht werden kann. Der zwischen dem zweiten und dritten Be­ reich angeordnete fünfte Bereich aus Halbleitermaterial des ersten Leitungstyps dient als Sperrbereich des zweiten Tran­ sistors, wobei dieser Sperrbereich durch Anlegen einer Span­ nung zwischen der über dem Sperrbereich angeordneten zweiten Steuerelektrode, die die Funktion der Gate-Elektrode des zweiten Transistors erfüllt, und dem Source-Gebiet (zweiter Bereich) des zweiten Transistors leitend gemacht werden kann.

Der erste, zweite und dritte Bereich ist in einer Kontaktie­ rungsebene - die der dem Substrat abgewandten Oberfläche des Halbleiterkörpers entspricht - zum Anschließen des Versor­ gungspotentials, des Bezugspotentials und der Ausgangsklemme zugänglich. Diese Bereiche weisen hierzu vorzugsweise hochdo­ tierte in der Kontaktierungsebene zugängliche Anschlußgebiete auf.

Die Anschlüsse für das Versorgungs- und Bezugspotential und die Ausgangsklemme befinden sich bei der erfindungsgemäßen Halbleiterschaltungsanordnung auf einer Seite des Halbleiter­ körpers. Die gegenüberliegende Seite des Halbleiterkörpers, muß - anders als bei Vertikal-MOSFET - nicht für Anschlüsse zu­ gänglich sein. Der Anschluß des Substrats erfolgt üblicherweise an das negativste oder positivste Potential in der Schaltung. Davon ausgehend, daß das Bezugspotential das nega­ tivste Potential in einem Fahrzeug, nämlich das Potential der Fahrzeugkarosserie ist, an welche die Fahrzeugbatterie ange­ schlossen ist, kann das Substrat bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur einfachen und kostensparenden Kühlung wärmelei­ tend und elektrisch leitend an die Karosserie angeschlossen werden. Zur Herstellung der elektrisch leitenden bzw. wärme­ leitenden Verbindung ist vorzugsweise eine Metallisierung auf das Substrat aufgebracht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, ei­ ne Schicht eines Halbleitermaterials des zweiten Leitfähig­ keitstyps auf das Substrat an der den ersten bis fünften Be­ reichen abgewandten Seite aufzubringen. Zwischen dem Substrat und dem Bezugspotential, das dem Potential der Fahrzeugkar­ rosserie entspricht, entsteht so eine in Sperrichtung gepolte Diode, die im Wesentlichen die Aufgabe eines Widerstands er­ füllt und verhindert, daß ein Strom von dem Bezugspotential über das Substrat an die Ausgangsklemme fließt, wenn das Po­ tential an der Ausgangsklemme unter den Wert des Bezugspoten­ tials absinkt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, auf dem Substrat Bereiche aus Halbleitermaterial des ersten Leitfä­ higkeitstyps vorzusehen, die in die ersten und dritten Berei­ che, vorzugsweise unterhalb der hochdotieren Anschlußgebiete, hineinragen. Diese Bereiche und die Anschlußgebiete bilden Zenerdioden, die von dem Anschluß für das Versorgungspotenti­ al und von der Ausgangsklemme in Sperrichtung zu dem Substrat gepolt sind und die dazu dienen Überspannungen an der Versor­ gungsklemme bzw. der Ausgangsklemme zum Schutz der Halbbrüc­ kenschaltung an das Substrat abzuleiten.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei­ spielen anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Erfindungsgemäße Halbleiterschaltungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform in seitlicher Schnitt­ darstellung;

Fig. 2: Halbleiterschaltungsanordnung nach Fig. 1 in Drauf­ sicht auf eine Kontaktierungsebene;

Fig. 3: Ersatzschaltbild der Halbleiterschaltungsanordnung gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 4: Erfindungsgemäße Halbleiterschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht auf die Kontaktierungsebene;

Fig. 5: Halbleiterschaltungsanordnung nach Fig. 4 in seit­ licher Schnittdarstellung;

Fig. 6: Erfindungsgemäße Halbleiterschaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform in Draufsicht auf die Kontaktierungsebene;

Fig. 7: Halbleiterschaltung gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform in seitlicher Schnittdarstellung;

Fig. 8: Halbleiterschaltung gemäß Fig. 7 in Draufsicht auf die Kontaktierungsebene;

Fig. 9: Ersatzschaltbild der Halbleiterschaltungsanordnung gemäß Fig. 7 und 8;

Fig. 10: Querschnitt durch einen Halbleiterkörper vor Aus­ bildung der vierten und fünften Bereiche.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben gleiche Bezugszeichen gleiche Teile, Funktionseinheiten und Bereiche mit gleicher Bedeutung.

Die Erfindung wird nachfolgend ohne Beschränkung der Allge­ meinheit unter Verwendung eines p-leitenden Halbleitermateri­ als als Halbleitermaterial des ersten Leitfähigkeitstyps und unter Verwendung eines n-leitenden Halbleitermaterials als Halbleitermaterial des zweiten Leitfähigkeitstyps beschrie­ ben.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer er­ findungsgemäßen integrierten Halbleiterschaltungsanordnung in seitlicher Schnittdarstellung (Fig. 1) und in Draufsicht auf eine Kontaktierungsebene KE (Fig. 2), wobei die Kontaktie­ rungsebene eine Oberseite eines Halbleiterkörpers 1 dar­ stellt, in dem Teile der Schaltungsanordnung ausgebildet sind. Die erfindungsgemäße Halbleiterschaltungsanordnung weist ein p-leitendes Substrat 2 auf, auf dem ein n-leitender erster Bereich 4, ein n-leitender zweiter Bereich 6 und ein n-leitender dritter Bereich 8 angeordnet sind. Zwischen dem ersten und dritten Bereich 4, 8 ist auf dem Substrat 2 ein p- leitender vierter Bereich 10 und zwischen dem zweiten und dritten Bereich 6, 8 ist auf dem Substrat 2 ein p-leitender fünfter Bereich 12 angeordnet. Die ersten bis fünften Berei­ che 4, 6, 8, 10, 12 erstrecken sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 1 von der Kontaktierungsebene KE bis an das Substrat 2.

Die ersten, zweiten und dritten Bereiche 4, 6, 8, sind in der Kontaktierungsebene KE zur Kontaktierung zugänglich. Sie wei­ sen jeweils hochdotierte, in der Kontaktierungsebene KE zu­ gängliche n-leitende Anschlußgebiete 41, 61, 81 auf, die vor­ zugsweise wannenartig ausgebildet sind. Das hochdotierte An­ schlußgebiet 41 des ersten Bereiches 4 dient zum Anschluß an ein Versorgungspotential +U, das hochdotierte Anschlußgebiet 61 des zweiten Bereichs 6 dient zum Anschluß an ein Bezugspo­ tential M und das hochdotierte Anschlußgebiet 81 des dritten Bereichs 8 dient zum Anschluß an eine Ausgangsklemme A. Die hochdotierten Anschlußgebiete 41, 61, 81 sind beabstandet zu den vierten und fünften Bereichen 10, 12 ausgebildet.

Über dem p-leitenden vierten Bereich 10 ist getrennt durch eine Isolationsschicht 18 eine an eine erste Steuerklemme G1 anschließbare erste Steuerelektrode 16 angeordnet und über dem p-leitenden fünften Bereich 12 ist getrennt durch eine Isolationsschicht 22 eine an eine zweite Steuerklemme an­ schließbare weite Steuerelektrode 20 angeordnet. Die Steuer­ elektroden 16, 20 die oberhalb der in Fig. 2 dargestellten Kontaktierungsebene KE angeordnet sind, sind Fig. 2 zum bes­ seren Verständnis gestrichelt eingezeichnet. Die Anordnung der ersten bis fünften Bereiche 4, 6, 8, 10, 12 ist, wie ins­ besondere aus Fig. 2 deutlich wird von einer - vorzugsweise hochdotierten - p-leitenden Schicht, die in vertikaler Rich­ tung von der Kontaktierungsebene KE bis an das Substrat 2 reicht, umgeben, um die Anordnung gegen benachbarte Bauele­ mente, insbesondere weitere derartige Anordnungen, wie sie in Fig. 2 angedeutet sind, zu isolieren.

Die Halbleiterschaltungsanordnung nach den Fig. 1 und 2 stellt eine Halbbrückenschaltung aus einer Reihenschaltung eines ersten und zweiten Transistors T1, T2 dar, deren Er­ satzschaltbild in Fig. 3 gezeigt ist. Der auf dem Substrat 2 angeordnete erste Bereich 4 bildet das Drain-Gebiet D des er­ sten Transistors T1, das an das Versorgungspotential +U ange­ schlossen ist. Das Source-Gebiet des zweiten Transistors T2 wird durch den zweiten Bereich 6 gebildet. Das Source-Gebiet des ersten Transistors T1 und das Drain-Gebiet des zweiten Transistors T2 werden durch das dritte Gebiet 8 gebildet. Das zwischen dem ersten und dritten Gebiet 4, 8 angeordnete vier­ te Gebiet 10 bildet den Sperrbereich des ersten Transistors T1 und der zwischen dem zweiten und dritten Gebiet 6, 8 ange­ ordnete fünfte Bereich 12 bildet den Sperrbereich des zweiten Transistors T2.

Eine leitende Verbindung zwischen dem ersten und dritten Be­ reich 4, 8 bzw. zwischen dem zweiten und dritten Bereich 6, 8 entsteht bei Anlegen eines positiven Potentials an die jewei­ lige Steuerelektrode 16; 20. Der erste bzw. zweite Transistor T1, T2 wird dadurch leitend. Die Sperrbereiche 10, 12 sind in Bereichen 101, 121 benachbart zu den Steuerelektroden 16, 20 schwach, in den übrigen Bereichen 102, 122 stark p-dotiert. Das Potential an der Steuerelektrode 16, 20 bzw. die Span­ nungsdifferenz zwischen der Steuerelektrode 16, 20 und dem Source-Gebiet 6, 8 bei dem bzw. bei der eine leitende Verbin­ dung entsteht und der entsprechende Transistor T1; T2 leitet, kann durch die Dotierung der Bereiche 101, 121 eingestellt werden.

Die Einsatzspannung der Transistoren T1, T2 wird durch die Dotierung der Bereiche 101, 121 bestimmt. Die Dotierung die­ ser Bereiche 101, 121 ist vorzugsweise derart, daß sie bei leitenden Transistoren T1, T2 vollständig ausgeräumt werden.

An der den ersten bis fünften Bereichen 4, 6, 8, 10, 12 abge­ wandten Seite des Substrats 2 ist in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 eine n-leitende Schicht 24 aufge­ bracht. Auf diese n-leitende Schicht 24 ist eine elektrisch leitende Schicht 26, vorzugsweise eine Metallisierung, aufge­ bracht, die an das Bezugspotential M angeschlossen ist. Der pn-Übergang zwischen dem Substrat 2 und der n-leitenden Schicht 24 bildet zwischen dem Substrat 2 und dem Bezugspo­ tential M eine Diode, die Fig. 3 als D3 bezeichnet ist. Die­ se in Sperrichtung zwischen dem Bezugspotential M und dem Substrat geschaltete Diode D3 verhindert, daß in Ausnahmefäl­ len, in denen das Bezugspotential M höher ist als das Poten­ tial an der Ausgangsklemme A ein Strom fließt.

Die pn-Übergänge zwischen dem Substrat 2 und den ersten, und dritten Bereichen sind als Dioden D1 und D2 in dem Ersatz­ schaltbild eingezeichnet.

Bei der erfindungsgemäßen Halbleiterschaltungsanordnung, bei der die Unterseite des Halbleiterkörpers 1 auf Bezugspotenti­ al M liegt, kann der Halbleiterkörper 1 bei Verwendung in Kraftfahrzeugen, bei denen die Karosserie auf Bezugspotential M, üblicherweise dem negativsten Potential in dem Fahrzeug, liegt, mit seiner Unterseite wärmeleitend, insbesondere unter Verwendung eines gut wärmeleitenden Metalls, mit der Karosse­ rie zu Zwecken der Kühlung in Verbindung gebracht werden.

Vorzugsweise sind in einem Halbleiterkörper eine Vielzahl der in Fig. 1 dargestellten zellenartigen Anordnungen getrennt durch eine in Draufsicht gitterartige Isolierschicht 14 ange­ ordnet, wie in Fig. 2 angedeutet ist. Die Isolierschicht 14 erstreckt sich von der Kontaktierungsebene KE bis an das Sub­ strat 2 und umgibt die ersten bis fünften Bereiche. Die Iso­ lierschicht 14 ist stark p-dotiert und bildet eine sogenannte "Junktion-Isolation" für die ersten bis fünften Bereiche ge­ genüber benachbarten Bereichen. Gleiche Bereiche der einzel­ nen Zellen sind an denselben Anschluß +U, A, M angeschlossen. Durch die Zusammenschaltung der Zellen entsteht eine Halb­ brückenschaltung mit vergrößerter Transistorfläche und ent­ sprechend vergrößerter Strom- bzw. Spannungsfestigkeit.

In den Fig. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterschaltungsanordnung in Draufsicht auf die Kontaktierungsebene KE (Fig. 4) und in seitlicher Schnittdarstellung (Fig. 5) gezeigt.

Wie insbesondere aus der Draufsicht in Fig. 4 deutlich wird, ist der n-leitende erste Bereich 4 in diesem Ausführungsbei­ spiel in lateraler Richtung vollständig von dem vierten Be­ reich 10 umschlossen, der wiederum von dem dritten Bereich 8 umschlossen ist. Der dritte Bereich 8 wird umschlossen von dem fünften Bereich 10, der von dem zweiten Bereich 6 um­ schlossen ist. Die Steuerelektroden 16, 20 sind, wie in Fig. 4 eingezeichnet ist, ebenfalls ringförmig über den vierten und fünften Bereichen 10, 12 geschlossen. Gemäß einer weite­ ren Ausführungsform ist vorgesehen, die Steuerelektroden 16 20 nur abschnittsweise über den vierten und fünften Bereichen 10, 12 auszubilden.

Der zweite Bereich 6 ist zur Isolierung gegenüber anderen Bauteilen in dem Halbleiterkörper von der hochdotierten p- leitenden Schicht 14 umgeben, die sich wie die anderen Berei­ che 4, 6, 8, 10, 12 von der Kontaktierungsebene KE bis an das Substrat 2 erstreckt.

In den ersten, zweiten und dritten Bereichen 4, 6, 8 sind be­ abstandet zu den vierten und fünften Bereichen 10, 12 hochdo­ tierte Anschlußgebiet 41, 61, 81 ausgebildet, die in Drauf­ sicht in dem Beispiel nach Fig. 4 streifenartig verlaufen. Die Anschlußgebiete 41, 61, 62, 81, 82 können auch entspre­ chend den Steuerelektroden 16, 20 ringförmig geschlossen sein können.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Halbleiterschaltungsanordnung in Draufsicht auf die Kontaktierungsebene KE. Bei dieser Ausführungsform ist innerhalb einer in Draufsicht ringförmig verlaufenden und nach unten bis an das Substrat reichenden stark p-dotierten Isolierschicht 14 ein n-leitender, ebenfalls nach unten bis an das Substrat reichender dritter Bereich 84 ausgebildet. In dem dritten Bereich 84 sind nebeneinander und jeweils umgeben von p-leitenden vierten bzw. fünften Bereichen 103, 105; 123, 125, 127 erste bzw. zweite n-leitende Bereiche 44, 46; 64, 66, 68 angeordnet. Zur Kontaktierung weist der dritte Bereich 84, jeweils benachbart zu den ersten und zweiten Bereichen 44, 46; 64, 66, 68 hochdotierte n-leitende Anschlußgebiete 85, 86, 87, 88 auf, die entsprechend den Ausführungsbeispie­ len in den Fig. 1 und 5 im Querschnitt wannenartig ausge­ bildet sind. Die ersten und zweiten Bereiche 44, 46; 64, 66, 68 weisen zur Kontaktierung ebenfalls hochdotierte n-leitende Anschlußgebiete 45, 47; 65, 67, 69 auf, die im Querschnitt wannenartig ausgebildet sind. Die Anschlußgebiete 85, 86, 87, 88, 45, 47, 65, 67, 69 sind jeweils beabstandet zu den als Sperrbereichen wirkenden vierten und fünften Bereichen 103, 105, 123, 125, 127 ausgebildet.

Die Fig. 7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Halbleiterschaltungsanordnung in seitlicher Schnittdarstellung und in Draufsicht auf die Kon­ taktierungsebene KE. Das Ersatzschaltbild der Schaltungsan­ ordnung ist in Fig. 9 gezeigt.

Auf einem Substrat 2 ist ein erster n-leitender Bereich 4 an­ geordnet, der zum Anschluß an eine Versorgungsspannung +U ein hochdotiertes Anschlußgebiet 41 aufweist. Von dem ersten Be­ reich 4 durch zwei p-leitende vierte Bereiche 104, 106 ge­ trennt sind auf dem Substrat zwei n-leitende dritte Bereiche 802, 806 zum Anschluß an eine Ausgangsklemme A angeordnet. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 könnte auch ein den ersten Bereich 4 ringförmig umschließender vierter Bereich und ein den vierten Bereich ringförmig umschließender dritter Bereich vorgesehen werden. Eine weitere Begrenzung der ersten, dritten und vierten Bereiche 4, 802, 806, 104, 106 bildet eine bis an das Substrat 2 reichende Isolier­ schicht 14. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind weiter­ hin zwei p-leitende fünfte Bereiche 124, 126 vorgesehen, die zwei n-leitende zweite Bereiche 602, 602 seitlich von den dritten Bereichen 802, 806 trennen. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 könnte auch ein den oder die drit­ ten Bereiche ringförmig umschließender fünfter Bereich und ein den fünften Bereich ringförmig umschließender zweiter Be­ reich vorgesehen werden. Über den vierten und fünften Berei­ chen 104, 106; 122, 124 sind Steuerelektroden 162, 164; 202, 204 angeordnet, die von den Bereichen 104, 106, 122, 124 durch Isolationsschichten getrennt sind. Eine weitere Begren­ zung der zweiten und fünften Bereiche 602, 604, 124, 126 bil­ det die bis an das Substrat 2 reichende Isolierschicht 14.

Der erste Bereich 4 dient als Drain-Gebiet eines ersten Transistors 71, das über das hochdotierte Anschlußgebiet 41 an Versorgungspotential +U angeschlossen ist. Die vierten Be­ reiche 102, 102 bilden Sperrbereiche des ersten Transistors T1, wobei deren zugehörige Steuerelektroden 162, 164 an einen gemeinsamen Steueranschluß G1 angeschlossen sind. Die dritten Bereiche 802, 806, die über hochdotierte Anschlußgebiete 804, 808 an die Ausgangsklemme A angeschlossen sind, bilden das Source-Gebiet des ersten Transistors T1 und das Drain-Gebiet eines zweiten Transistors T2. Die fünften Bereiche 124, 126 bilden den Sperrbereich des zweiten Transistors T2, wobei de­ ren zugehörige Steuerelektroden 202, 204 an einen gemeinsamen Steueranschluß G2 angeschlossen sind. Die zweiten Bereiche 602, 604, die über hochdotierte Anschlußgebiete 603, 604 an Bezugspotential M angeschlossen sind, bilden das Source- Gebiet des zweiten Transistors T2. Die Sperrbereiche 106, 104 sind schwach p-dotiert. Ihre Dotierung bestimmt die Einsatz­ spannung der Transistoren T1, T2.

Wie in Fig. 7 dargestellt ist, erstrecken sich hochdotierte p-leitende Bereiche 30, 32, 34 ausgehend von dem Substrat 2 in die ersten und dritten Bereiche 4, 802, 806. Diese Berei­ che 30, 32, 34 bilden mit den beabstandet dazu angeordneten hochdotierten Anschlußgebieten 41, 804, 808 in Sperrichtung geschaltete Zenerdioden Z1, Z2 zwischen dem Versorgungspoten­ tial +U und dem Substrat 2 bzw. der Ausgangsklemme A und dem Substrat 2. Die Zenerdioden Z1, Z2 dienen dazu eine Überspan­ nung an diesen Klemmen über das Substrat 2 ableiten.

Die ersten bis fünften Bereiche 4, 602, 604, 802, 806, 104, 106, 124, 126 sind von der bis an das Substrat reichenden hochdotierten p-leitenden Bereich 14 nach Art einer "Einfas­ sung" umgeben. Die hochdotierten Anschlußgebiete 603, 605 der zweiten Bereiche 602, 604 sind mittels elektrisch leitender Verbindungen 51, 52, beispielsweise Metallisierungen oder Po­ lysilizium mit der Isolierschicht 14 kurzgeschlossen. Der Source-Strom des zweiten Transistors T2 wird über die Iso­ lierschicht in das Substrat 2 geleitet. Die hochdotierten Ge­ biete 603, 605 reichen bei dieser Ausführungsform seitlich bis an die, vorzugsweise bis unter die, Steuerelektroden 202, 204.

Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die hoch­ dotierten n-leitenden Anschlußgebiete 41, 603, 605, 804, 808 wannenartig ausgebildet und beabstandet zu den Sperrbereichen 106, 104, 126, 124 angeordnet.

Gemäß einer nicht näher dargestellten Ausführungsform nimmt die Dicke der Isolationsschicht unter den Steuerelektroden 162, 164, 202, 204 zur Seite hin zu.

Wie in Fig. 8 angedeutet ist, können eine Vielzahl der durch die ersten bis fünften Bereiche und die zugehörigen Elektro­ den gebildeten Zellen durch Anschluß an gemeinsame Anschlüsse +U, A, M, G1, G2 zur Bildung einer Halbbrücke zusammenge­ schlossen werden, um die Transistorfläche der entstehenden Halbbrücke zu erhöhen.

Ein Verfahren zur Herstellung der p-leitender. Bereiche, also der Sperrbereiche und der Isolierschicht, zwischen den n- leitenden Bereiche ist in Fig. 10 dargestellt. Dabei werden auf das Substrat nacheinander mehrere n-leitende Epitaxieschichten 90, 92, 94 aufgebracht, wobei nach dem Aufbringen jeder Schicht, an den Stellen, an denen später p-leitende Säulen entstehen sollen, eine p-Dotierung 95, 97, 99, bei­ spielsweise durch Bor erfolgt. Bei einer anschließenden Aus­ diffusion verbinden sich die zunächst inselhaft übereinander­ liegenden p-Dotierungen zu den p-leitenden Bereichen.

Bezugszeichenliste

1

Halbleiterkörper

2

Substrat

4

erster Bereich

6

zweiter Bereich

8

dritter Bereich

10

vierter Bereich

12

fünfter Bereich

14

Isolierbereich

16

,

20

Steuerelektroden

18

,

22

Isolationsschicht

24

Halbleiterschicht

26

elektrisch leitende Schicht

30

,

32

,

34

Bereiche des ersten Leitfähigkeitstyps

41

Anschlußgebiet

44

,

46

zweite Bereiche

45

,

47

Anschlußgebiete

51

,

52

Metallisierungen

61

,

62

Anschlußgebiet

64

,

66

,

68

zweite Bereiche

65

,

67

,

69

Anschlußgebiete

81

,

82

Anschlußgebiete

84

dritter Bereich

85

,

87

,

88

Anschlußgebiete

101

,

121

schwach dotierte Bereiche

102

,

122

stark dotierte Bereiche

123

,

125

,

127

fünfte Bereiche

162

,

164

Steuerelektroden

202

,

204

Steuerelektroden

104

,

106

vierte Bereiche

124

,

126

fünfte Bereiche

603

,

605

Anschlußgebiete

802

,

806

dritte Bereiche

804

,

808

Anschlußgebiete
+U Versorgungspotential
M Bezugspotential
A Ausgangsklemme
G1, G2 Steuerklemmen
KE Kontaktierungsebene
Z1, Z2 Zenerdioden
D1, D2, D3 Dioden
T1 erster Transistor
T2 zweiter Transistor

Claims (12)

1. Integrierte Halbbrückenschaltung, die folgende Merkmale aufweist:

• - ein Substrat (2) eines ersten Leitfähigkeitstyps (p);
• - wenigstens einen auf dem Substrat (2) angeordneten, sich bis an das Substrat erstreckenden ersten Bereich (4) eines zweiten Leitfähigkeitstyps (n) zum Anschließen eines ersten Versorgungspotentials (+U);
• - wenigstens einen auf dem Substrat (2) angeordneten, sich bis an das Substrat erstreckenden zweiten Bereich (6; 64, 66, 68; 602, 604) des zweiten Leitfähigkeitstyps (n) zum An­ schließen eines Bezugspotentials (M);
• - wenigstens einen auf dem Substrat (2) angeordneten, sich bis an das Substrat erstreckenden dritten Bereich (8; 84; 802, 806) des zweiten Leitfähigkeitstyps (n) zum Anschließen an eine Ausgangsklemme (A);
• - wenigstens einen auf dem Substrat (2) zwischen dem ersten Bereich (4) und dem dritten Bereich (8; 84; 802, 806) ange­ ordneten vierten Bereich (10; 104, 106) des ersten Leitfähig­ keitstyps (p);
• - wenigstens einen auf dem Substrat (2) zwischen dem zweiten Bereich (6; 64, 66, 68; 602, 604) und dem dritten Bereich (8; 84; 802, 806) angeordneten fünften Bereich (12; 124, 126) des ersten Leitfähigkeitstyps (p);
• - wenigstens eine über dem vierten Bereich (10; 104, 106) an­ geordnete erste Steuerelektrode (16; 162, 164), die durch ei­ ne Isolationsschicht (18) von dem vierter Bereich (10; 104, 106) getrennt ist,
• - wenigstens eine über dem fünften Bereich (12; 124, 126) an­ geordnete zweite Steuerelektrode (20; 202, 204), die durch eine Isolationsschicht (22) von dem fünften Bereich (12; 124, 126) getrennt ist,
• - wobei der dritte Bereich (8; 84; 802, 806) des zweiten Leitfähigkeitstyps (n) ein gemeinsames Source/Drain-Gebiet der durch die Abfolge der ersten bis fünften Bereiche auf dem Substrat (2) ausgebildeten zwei Transistoren bildet.

2. Halbbrückenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (4; 44, 46) wenigstens ein hochdotiertes Anschlußgebiet (41; 45, 47) zum Anschließen des Versorgungs­ potentials (+U) aufweist.

3. Halbbrückenschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich (6; 64, 66, 68; 602, 604) wenigstens ein hochdotiertes Anschlußgebiet (61; 65, 67; 603, 605) zum An­ schließen des Bezugspotentials (M) aufweist.

4. Halbbrückenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Bereich (8; 84; 802, 806) wenigstens ein hochdo­ tierten Anschlußgebiet (81; 85, 86, 87; 804, 808) zum An­ schließen der Ausgangsklemme (A) aufweist.

5. Halbbrückenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß an der den ersten bis fünften Bereichen abgewandten Seite des Substrats (2) eine Schicht (24) aus einem Halbleitermaterial des zweiten Leitfähigkeitstyps (n) angeordnet ist.

6. Halbbrückenschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Substrat (2) abgewandten Seite der Schicht (24) eine elekt­ risch leitfähige Schicht (26), vorzugsweise eine Metallisie­ rung, zum Anschließen an das Bezugspotential (M) aufgebracht ist.

7. Halbbrückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der den ersten bis fünften Bereichen abgewandten Seite des Substrats (2) eine elektrisch leitfähige Schicht (26) zum An­ schließen an das Bezugspotential (M) aufgebracht ist.

8. Halbbrückenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus den ersten bis fünften Bereichen von einer bis an das Substrat reichenden Isolierschicht (14) aus einem Halbleitermaterial des ersten Leitfähigkeitstyps (p) umgeben ist.

9. Halbbrückenschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (14) und die hochdotierten Anschlußgebiete (603, 605) der zweiten Bereiche (602, 604) kurzgeschlossen sind.

10. Halbbrückenschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von dem Substrat (2) hochdotierte Bereiche (30, 32, 34) des ersten Leitfähigkeitstyps (p) unterhalb der hochdo­ tierten Anschlußgebiete (41, 804, 808) des zweiten Leitfähig­ keitstyps (n) in die ersten und dritten Bereiche (4, 802, 806) hineinragen.

11. Halbbrückenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial des ersten Leitfähigkeitstyps ein p- leitendes Material ist und daß das Halbleitermaterial des zweiten Leitfähigkeitstyps ein n-leitendes Material ist.

12. Halbbrückenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial des ersten Leitfähigkeitstyps ein n- leitendes Material ist und daß das Halbleitermaterial des zweiten Leitfähigkeitstyps ein p-leitendes Material ist.