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Dokumentenidentifikation DE102005030886B3 08.02.2007
Titel Schaltungsanordnung mit einem Transistorbauelement und einem Freilaufelement
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Tihanyi, Jenö, Dr., 85551 Kirchheim, DE
Vertreter Westphal, Mussgnug & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 01.07.2005
DE-Aktenzeichen 102005030886
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.02.2007
IPC-Hauptklasse H01L 27/088(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01F 7/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01L 29/78(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Last, die folgende Merkmale aufweist:
einen ersten und einen zweiten Versorgungspotentialanschluss (K1, K2) zum Anlegen eines ersten und zweiten Versorgungspotentials (+V, GND) und einen Lastanschluss (OUT) zum Anschließen der Last (L),
ein Transistorbauelement (M) eines ersten Leitungstyps mit einer Laststrecke (D-S) und einem Steueranschluss (G), dessen Laststrecke zwischen den ersten Versorgungspotentialanschluss (K1) und den Lastanschluss (OUT) geschaltet ist,
ein Freilaufelement, das als Diode verschalteter Transistor eines zweiten Leitungstyps ausgebildet ist und das zwischen den Lastanschluss (OUT) und den zweiten Versorgungspotentialanschluss (K2) geschaltet, wobei das Transistorbauelement (M) und das Freilaufelement (T2) in einem gemeinsamen Halbleiterkörper (100) integriert sind.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Last mit einem Transistorbauelement und einem Freilaufelement.

Zur Ansteuerung einer Last unter Verwendung eines Transistorbauelement ist es allgemein bekannt, das Transistorbauelement in Reihe zu der Last zwischen Klemmen für erste und zweite Versorgungspotentiale bzw. positive und negative Versorgungspotentiale zu schalten. Eine solche Schaltungsanordnung ist in 1 dargestellt. Das Bezugszeichen M bezeichnet dabei ein als MOSFET ausgebildetes Transistorbauelement dessen Laststrecke zwischen eine erste Anschlussklemme K1 für ein erstes Versorgungspotential +V und eine Ausgangsklemme OUT geschaltet ist. Eine Last L ist zwischen diese Ausgangsklemme OUT und eine zweite Anschlussklemme K2 für ein zweites Versorgungspotential GND geschaltet, so dass die Laststrecke des Transistorbauelements M und die Last L in Reihe zwischen die Anschlussklemmen K1, K2 für die Versorgungspotentiale geschaltet sind. Die Laststrecke des MOSFET M wird durch dessen Drain-Source-Strecke gebildet. Der MOSFET M ist über dessen Gate-Anschluss, der einen Steueranschluss bildet, durch eine Ansteuerschaltung 10 nach Maßgabe eines Schaltsignals Sin ansteuerbar. Die Ansteuerschaltung 10 ist dazu ausgebildet, nach Maßgabe des Schaltsignals Sin ein Ansteuersignal Sdrv zu erzeugen, welches den MOSFET M nach Maßgabe des Schaltsignals Sin leitend oder sperrend ansteuert.

Eine derartige Schaltungsanordnung mit einem Transistorbauelement zur Ansteuerung einer Last und einer Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des Transistorbauelements ist beispielsweise der zur PROFET®-Familie gehörende integrierte Baustein BTS 307 der Infineon-Technologies AG, München, der in dem Datenblatt PROFET® BTS 307, 2003-Oct-01, Infineon-Technologies AG, Müncher beschrieben ist. Ein als Leistungs-MOSFET ausgebildetes Transistorbauelement und die zugehörige Ansteuerschaltung sind bei dieser Anordnung monolithisch in einem Halbleiterkörper/Halbleiterchip integriert.

Wird das Transistorbauelement M bei der Schaltung gemäß 1 leitend angesteuert, so ist der Spannungsabfall über dessen Laststrecke D-S üblicherweise sehr gering im Vergleich zu der zwischen den Anschlussklemmen K1, K2 anliegenden Versorgungsspannung. Die Versorgungsspannung liegt somit annähernd ausschließlich über der Last L an. Bei Ansteuerung einer induktiven Last kann es nach Abschalten des Halbleiterschaltelements M zu einer erheblichen Spannungsbelastung des Halbleiterschaltelements M kommen, die wesentlich größer sein kann als die Versorgungsspannung, wie nachfolgend anhand von 2 erläutert wird.

Es sei angenommen, dass das Halbleiterschaltelement M abhängig von dem Schaltsignal Sin bis zu einem Zeitpunkt toff leitend angesteuert ist. Die über der Last L anliegende Ausgangsspannung Vout entspricht dann im Wesentlichen der Versorgungsspannung +V. Wird das Halbleiterschaltelement M zum Ausschaltzeitpunkt toff abgeschaltet, so wird bei Abkommutieren der induktiven Last L eine Spannung induziert, die bewirkt, dass das Potential an der Ausgangsklemme OUT weit unter das an der zweiten Anschlussklemme K2 anliegende Bezugspotential GND absinkt, so dass die über dem Halbleiterschaltelement M anliegende Spannung wesentlich höher als die Versorgungsspannung +V ist.

Diesem Absinken des Potentials an der Ausgangsklemme OUT bei Abschalten des Transistorbauelement M kann entgegengewirkt werden, indem eine Diode D parallel zu der Last L geschaltet wird. Diese Diode D bewirkt, dass bei Abkommutieren der Last L das Potential an der Ausgangsklemme OUT maximal um den Wert der Durchlassspannung der Diode unter den Wert des Bezugsp tentials GND absinkt. Die Diode D wirkt als Freilaufelement übernimmt den bei Abkommutieren der induktiven Last L fließenden Freilaufstrom.

Nachteilig an der zuvor erläuterten Lösung, ist die Notwendigkeit, ein zusätzliches externes Bauelement in Form der Diode D einsetzen zu müssen, das die Herstellungskosten und den Aufwand bei der Realisierung der Schaltung erhöht.

Die US 5,234,213 A beschreibt eine Halbbrückenschaltung mit zwei Transistoren, von denen einer zwischen ein erstes Versorgungspotential und den Ausgang und ein anderer zwischen ein zweites Versorgungspotential und den Ausgang geschaltet ist. In Reihe zu den als MOSFET realisierten Transistoren sind hierbei jeweils als Dioden verschaltete MOSFET geschaltet.

Die DE 195 34 603 C1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Erkennen des Leerlaufs einer Last, bei der ein als MOSFET ausgebildetes Transistorelement und ein als Diode verschalteter MOSFET in Reihe geschaltet sind.

Aus der US 5,760,440 A ist eine integrierte Halbleiteranordnung mit einem vertikalen MOSFET und einem lateralen MOSFET entgegengesetzten Leitungstyps bekannt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Last, insbesondere zur Ansteuerung einer induktiven Last, zur Verfügung zu stellen, die ein Freilaufelement aufweist und die einfach und kostengünstig realisierbar ist.

Dieses Ziel wird durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Schaltungsanordnung umfasst einen ersten und einen zweiten Versorgungspotentialanschluss zum Anlegen eines ersten und zweiten Versorgungspotentials und einen Lastanschluss zum Anschließen der Last. Die Schaltung umfasst außerdem ein Transistorbauelement eines ersten Leitungstyps mit einerLaststrecke und einem Steueranschluss, dessen Laststrecke zwischen den ersten Versorgungspotentialanschluss und den Lastanschluss geschaltet ist, und ein Freilaufelement, das als ein als Diode verschalteter Transistor eines zweiten Leitungstyps ausgebildet ist und das zwischen den Lastanschluss und den zweiten Versorgungspotentialanschluss geschaltet ist. Das Transistorbauelement und das Freilaufelement sind dabei in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert.

Aufgrund der Integration des Freilaufelementes zusammen mit dem Transistorbauelement in einem gemeinsamen Halbleiterkörper ist das Freilaufelement kostengünstig und mit geringem Aufwand realisierbar.

Das Transistorbauelement ist ein als vertikaler MOSFET ausgebildeter Leistungstransistor, während das Freilaufelement als lateraler MOSFET realisiert ist. Das Freilaufelement der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann beispielsweise mittels derselben Technologie realisiert werden wie Bauelemente einer integrierten Ansteuerschaltung des Leistungstransistors.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterschaltelement zur Ansteuerung einer Last nach dem Stand der Technik.

2 zeigt beispielhaft den Verlauf eines Schaltsignals und den Verlauf einer über der Last anliegenden Spannung für die Schaltungsanordnung nach 1.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die ein Transistorbauelement und ein Freilaufelement, die in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert sind, aufweist.

4 zeigt einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper zur Erläuterung eines Freilaufelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

5 zeigt einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper zur Erläuterung eines Freilaufelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

6 zeigt einen Schnitt durch das Halbleiterbauelement gemäß 5 in einer Schnittebene A-A,

7 zeigt eine der Schnittdarstellung in 6 entsprechende Schnittdarstellung zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels für das Freilaufelement.

In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente, Bauelementbereiche und Signale mit gleicher Bedeutung.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Last. Diese Schaltungsanordnung weist erste und zweite Versorgungspotential anschlüsse K1, K2 zum Anlegen eines ersten und zweiten Versorgungspotentials +V, GND und einen Lastanschluss OUT zum Anschließen einer Last L auf. Zum besseren Verständnis ist der erste Versorgungspotentialanschluss K1 in dem Ausführungsbeispiel an ein positives Versorgungspotential +V und der zweite Versorgungspotentialanschluss K2 an ein negatives Versorgungspotential bzw. Bezugspotential GND angeschlossen.

Die Schaltungsanordnung weist außerdem ein Transistorbauelement M auf, das in dem Beispiel als n-Kanal-MOSFET ausgebildet ist. Die Drain-Source-Strecke dieses MOSFET M bildet dessen Laststrecke und ist zwischen den ersten Versorgungspotentialanschluss K1 und die Lastanschlussklemme OUT geschaltet. Zwischen dem Lastanschluss OUT und dem zweiten Versorgungspotentialanschluss K2 ist eine Last L, die in dem Beispiel als induktive Last ausgebildet ist, anschließbar, so dass bei angeschlossener Last L die Laststrecke D-S des MOSFET M in Reihe zu der Last L zwischen die Versorgungspotentialanschlüsse K1, K2 geschaltet ist.

Der MOSFET M ist über ein Ansteuersignal Sdrv leitend oder sperrend ansteuerbar. Dieses Ansteuersignal Sdrv wird beispielsweise durch eine Ansteuerschaltung 10 nach Maßgabe eines Schaltsignals Sin erzeugt.

Die Schaltungsanordnung weist außerdem ein Freilaufelement auf, das in dem Beispiel als ein als Diode verschalteter p-Kanal-MOSFET ausgebildet ist und das zwischen den zweiten Versorgungspotentialanschluss K2 und den Lastanschluss OUT geschaltet ist. Bei angeschlossener Last L liegt dieses Freilaufelement T2 damit parallel zu dieser Last L.

Die Verschaltung des p-Kanal-MOSFET als Diode wird dadurch realisiert, dass dessen Gate-Anschluss G2 mit dessen Source-Anschluss S2 kurzgeschlossen ist. Der Drain-Anschluss D2 des als Diode verschalteten MOSFET T2 ist an den zweiten Versorgungspotentialanschluss K2 angeschlossen, während Gate G2 und Source S2 des als Freilaufelement dienenden MOSFET T2 gemeinsam an den Source-Anschluss S des Lasttransistors M angeschlossen sind.

Der Lasttransistor M und der als Freilaufelement verschaltete MOSFET T2 sind gemeinsam in einem Halbleiterkörper 100 integriert, was in 3 schematisch durch strichpunktierte Linie veranschaulicht ist. Vorzugsweise ist die den Lasttransistor M ansteuernde Ansteuerschaltung 10 gemeinsam mit dem Lasttransistor M und dem Freilaufelement T2 in demselben Halbleiterkörper 100 integriert.

4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 100, in dem der Lasttransistor M und das Freilaufelement T2 gemeinsam integriert sind. Die Dotierungen des Halbleiterkörpers in den im Einzelnen noch zu erläuternden Bauelementbereichen sind so gewählt, dass der Lasttransistor M ein n-Kanal-MOSFET ist und das Freilaufelement ein p-Kanal-MOSFET ist. Selbstverständlich könnte der Lasttransistor auch als p-Kanal-MOSFET und das Freilaufelement als n-Kanal-MOSFET realisiert werden, wobei die nachfolgend erläuterten Dotierungen dann entsprechend zu vertauschen sind, d.h. n-dotierte Bereiche der nachfolgenden Figuren sind entsprechend durch p-dotierte Bereiche zu ersetzen und p-dotierte Bereiche sind durch n-dotierte Bereiche zu ersetzen.

Der Halbleiterkörper 100 weist eine stark n-dotierte Halbleiterzone 11 im Bereich einer Rückseite 102 des Halbleiterkörpers 100 auf. In Richtung einer der Rückseite 102 gegenüberliegenden Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers schließt sich an diese stark dotierte Halbleiterzone 11 eine schwächer n-dotierte Halbleiterzone 12 an. Die stark dotierte Halbleiterzone 11 kann beispielsweise durch ein Halbleitersubstrat realisiert sein, auf welches eine schwächer dotierte Epitaxieschicht aufgebracht ist, die die schwächer dotierte Halbleiterzone 12 bildet. Des Weiteren könnte auch ein schwächer dotierte Halbleiterkörper zur Verfügung gestellt werden, dessen Grunddotierung der Dotierung der schwächer dotierten Halbleiterzone 12 entspricht, und dieser Halbleiterkörper könnte im Bereich der Rückseite – beispielsweise durch Ionenimplantation – stärker dotiert werden, um die Halbleiterzone 11 zu bilden.

Der Lasttransistor M ist als vertikaler Leistungs-MOSFET ausgebildet, dessen Drain-Zone durch Abschnitte der stark dotierten Halbleiterzone 11 und dessen Driftzone durch Abschnitte der schwächer dotierten Halbleiterzone 11 gebildet sind. Zur Realisierung dieses MOSFET ist im Bereich der Vorderseite 101 eine p-dotierte Body-Zone 21 angeordnet, an die sich in vertikaler Richtung ein Abschnitt der schwächer dotierten Halbleiterzone 11 anschließt. In dieser Body-Zone 21 sind stark n-dotierte Halbleiterzonen 22 angeordnet, die die Source-Zonen des Lasttransistors M bilden. Eine Gate-Elektrode 23 erstreckt sich in einem Graben ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein und ist mittels eine Isolationsschicht 24 gegenüber den Halbleiterbereichen isoliert. Die Gate-Elektrode 23 besteht beispielsweise aus einem hochdotierten polykristallinen Halbleitermaterial, beispielsweise Polysilizium, und erstreckt sich isoliert durch die Isolationsschicht 24 in vertikaler Richtung ausgehend von den Source-Zonen 22 durch die Body-Zone 21 bis in die schwächer dotierte Halbleiterzone 12, die die Driftzone des Lasttransistors M bildet. Bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials an die Gate-Elektrode 23 bildet sich in der Body-Zone 21 zwischen der Source-Zone 22 und der Driftzone 12 ein leitender Kanal aus.

Der Lasttransistor M besitzt eine zellenartige Struktur, d.h. es sind eine Anzahl gleichartig aufgebauter Strukturen mit jeweils einer Source-Zone 22, einer Gate-Elektrode 23 und einem benachbart zu der Gate-Elektrode 23 angeordneten und sich von der Source-Zone 22 zu der Driftzone 12 erstreckenden Abschnitt der Body-Zone 21 vorhanden. Die einzelnen Gate-Elektroden sind dabei elektrisch leitend miteinander verbunden und an eine Gate-Anschluss (schematisch dargestellt) angeschlossen, wobei jede dieser Gate-Elektroden 23 zur Steuerung eines leitenden Kanals zwischen einer der Source-Zonen 22 und der Driftzone 12 dient. Die Source-Zonen 22 des Lasttransistors M sind gemeinsam an einen Source-Anschluss S angeschlossen, der in 4 nur schematisch dargestellt ist. Vorzugsweise ist die Body-Zone 21 mit den Source-Zonen 22 kurzgeschlossen, was in 4 ebenfalls schematisch dargestellt ist.

In der schwächer dotierten Halbleiterzone 12 des Halbleiterkörpers 100, die in dem Bereich unterhalb der Body-Zone 21 die Driftzone des Lasttransistors M bildet, ist in lateraler Richtung beabstandet zur Bauelementstruktur des Lasttransistors M ein p-Kanal-MOSFET realisiert. Dieser MOSFET ist als lateraler MOSFET ausgebildet und weist eine p-dotierte Drain-Zone 31 und eine in lateraler Richtung beabstandet zu der Drain-Zone 31 angeordnete p-dotierte Source-Zone 32 auf. Drain- und Source-Zone 31, 32 sind jeweils im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers angeordnet. An die Drain-Zone 31 schließt sich in lateraler Richtung in Richtung der Source-Zone 32 eine schwächer p-dotierte Halbleiterzone 33 an, die die Driftzone des p-Kanal-MOSFET bildet und deren Dotierung und Abmessungen maßgeblich die Spannungsfestigkeit dieses p-Kanal-MOSFET bestimmen. Ein zwischen dieser Driftzone 33 und der Source-Zone 32 angeordneter Abschnitt der schwächer n-dotierten Halbleiterzone 12 bildet die Body-Zone dieses p-Kanal-MOSFET. Eine Gate-Elektrode 34 dieses p-MOSFET ist in dem Beispiel oberhalb der Vorderseite 101 angeordnet und durch eine Isolationsschicht 35 gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert.

Der zur Realisierung der Diodenfunktion erforderliche Kurzschluss zwischen der Gate-Elektrode 34 und der Source-Zone 32 ist in 4 lediglich schematisch dargestellt. Gate G2 und Source S2 dieses p-Kanal-MOSFET sind in erläuterter Weise gemeinsam an den Source-Anschluss S des Lasttransistors M angeschlossen. Eine leitende Ansteuerung dieses Transistors erfolgt dann, wenn das Potential an dem Drain-Anschluss D2 um den Wert der Einsatzspannung dieses MOSFET über das Potential an dem gemeinsamen Source-Gate-Anschluss S2, G2 dieses MOSFET ansteigt. Der MOSFET funktioniert dadurch als Diode.

Der als Freilaufelement dienende p-Kanal-MOSFET ist in einfacher Weise in demselben Halbleiterkörper 100 wie der Lasttransistor M realisiert. Die Realisierung dieses Freilaufelements kann insbesondere gemeinsam mit der Realisierung von Niedervoltbauelementen oder Logikbauelementen erfolgen, die die Ansteuerschaltung 10 des Lasttransistors M bilden. Stellvertretend für die Bauelemente dieser Ansteuerschaltung 10 sind in 4 ein p-leitender Transistor 11 und ein n-leitender Transistor 12 dargestellt. Der p-leitende Transistor weist beabstandet zueinander p-dotierte Source- und Drain-Zonen 111, 112 auf. Die Body-Zone dieses p-Transistors ist durch einen zwischen Source und Drain 111, 112 liegenden Abschnitt der schwächer dotierten Halbleiterzone 12 gebildet. Eine Gate-Elektrode 113 dieses Transistors ist isoliert durch eine Isolationsschicht 114 oberhalb der Vorderseite 101 angeordnet. Zur Realisierung des n-leitenden Transistors 12 ist im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers eine p-dotierte Wanne 120 angeordnet, in der in lateraler Richtung beabstandet zueinander n-dotierte Source- und Drain-Zonen 121, 122 realisiert sind. Eine Gate-Elektrode 123, die isoliert durch eine Isolationsschicht 124 gegenüber Drain- und Source-Zonen 121, 122 angeordnet ist, dient zur Ausbildung eines leitenden Kanals zwischen Source- und Drain-Zone 121, 122 in der zwischen Source 121 und Drain 122 liegenden p-dotierten Body-Zone.

Während der Verfahrensschritte, während der die Transistoren 11, 12 realisiert werden, kann in entsprechender Weise auch der als Freilaufelement dienende laterale p-Kanal-MOSFET realisiert werden. Die erhöhte Spannungsfestigkeit dieses lateralen MOSFET im Vergleich zur Spannungsfestigkeit der Logikbauelemente 11, 12 resultiert aus der schwächer dotierten, sich in lateraler Richtung an die Drain-Zone 31 anschließenden Driftzone 33, die bei einem solchen Bauelement auch als sogenannten Drainextension bezeichnet wird. Die Kanalbreite dieses MOSFET ist dabei wesentlich größer als die Kanalbreite der die Ansteuerschaltung 10 realisierenden Logiktransistoren.

Ein weiteres Beispiel zur Realisierung des als Freilaufelement dienenden p-Kanal-MOSFET wird nachfolgend anhand der 5 und 6 erläutert.

Die Gate-Elektrode 34 des MOSFET ist in diesem Beispiel in einem Graben ausgebildet, der sich zwischen Driftzone 33 und Source-Zone 32 ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckt. Die Gate-Elektrode 34 weist dabei mehrere beabstandet zueinander angeordnete Elektrodenabschnitte auf, die jeweils durch eine Isolationsschicht 35 gegenüber den Halbleiterzonen isoliert sind, wie insbesondere aus dem Querschnitt durch die Schnittebene A-A in 6 ersichtlich ist. Zwischen den einzelnen Gate-Elektrodenabschnitten ist jeweils ein Abschnitt der schwächer dotierten Halbleiterzone 12 vorhanden, die im Bereich des p-Kanal-MOSFET dessen Body-Zone bildet.

Bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials an die Gate-Elektrodenabschnitte 34 bildet sich zwischen der Driftzone 33 und der Source-Zone 32 entlang der Elektrodenabschnitte 34 ein leitender Kanal in der n-dotierten Body-Zone 12 aus.

Zur weiteren Erhöhung der Spannungsfestigkeit des p-Kanal-MOSFET besteht Bezug nehmend auf 6 die Möglichkeit, den p-Kanal-Transistor als Kompensationsbauelement auszubilden. Hierzu werden in der p-dotierten Driftzone 33 n-dotierte Halbleiterzonen 34 erzeugt, die säulenförmig ausgebildet sind und die sich in vertikaler Richtung ausgehend von der Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper hinein erstrecken. Diese komplementär zu der Driftzone 33 dotierten Halbleiterzonen 34 sind in 6 in Draufsicht dargestellt. Diese säulenförmigen Halbleiterzonen besitzen beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt, können jedoch auch einen quadratischen oder beliebigen mehreckigen Querschnitt aufweisen.

7 zeigt in einer der Schnittebene gemäß 6 entsprechenden Schnittebene ein weiteres Ausführungsbeispiel für den als Freilaufelement dienenden p-Kanal-MOSFET. Dieser MOSFET unterscheidet sich von dem in 6 dargestellten dadurch, dass sich die Gräben mit den darin angeordneten Gate-Elektroden 34 in lateraler Richtung weit in die Driftzone 33 hinein erstrecken. Die Gräben können dabei bis an die Grenze zu der Drain-Zone 31 oder sogar bis in die Drain-Zone 31 hinein reichen. Die Gate-Elektroden erfüllen im Bereich der Driftzone die Funktion von Feldplatten 37 und sind dort von einer dickeren Isolationsschicht 35 umgeben als im Bereich der Body-Zone 12. Dies wird in dem Beispiel dadurch erreicht, dass sich die Gate-Elektroden im Bereich der Driftzone 33 verjüngen, während die Gräben auf ihrer gesamten Länge eine wenigstens annähernd gleiche Breite besitzen. Der Abstand der einzelnen Gräben mit den darin angeordneten Gate-Elektroden 34 bzw. Feldplatten 37 und die Dotierung der p-Driftzone sind so aufeinander abgestimmt, dass die p-Dotierstoffdosis zwischen zwei Gräben in einer Richtung R senkrecht zu der Längserstreckung der Gräben kleiner als 2·1012 cm–2 ist.

Die Feldelektroden 37 bewirken bei leitend angesteuertem Bauelement, dann, wenn das elektrische Potential der Feldelektroden geringer als das Potential in der Driftzone 33 ist, einen Akkumulation von p-Ladungsträgern in der Driftzone 33 und verringern so den Einschaltwiderstand des Bauelements im Vergleich zu einem Bauelement ohne solche Feldelektroden. Für die Sperrfähigkeit des Bauelements ist hingegen lediglich die Dotierung der Driftzone und deren Ausdehnung in lateraler Richtung maßgeblich.

10
Ansteuerschaltung
11
stark dotierte Halbleiterzone, Drain-Zone
12
schwächer dotierte Halbleiterzone, Driftzone
21
Body-Zone
22
Source-Zone
23
Gate-Elektrode
24
Gate-Isolation
31
Drain-Zone
32
Source-Zone
33
Driftzone
34
Gate-Elektrode
35
Gate-Isolation
36
n-dotierte Halbleiterzonen
37
Feldelektrode
100
Halbleiterkörper
111, 112
Source-/Drain-Zone
113
Gate-Elektrode
114
Gate-Isolation
120
Body-Zone
121, 122
Source-/Drain-Zone
123
Gate-Elektrode
124
Gate-Isolation
D
Drain-Anschluss
DD
Freilaufdiode
D2
Drain-Anschluss
G
Gate-Anschluss
G2
Gate-Anschluss
GND
zweites Versorgungspotential, negatives Ver
sorgungspotential, Bezugspotential
K1, K2
Versorgungspotentialanschlüsse
L
induktive Last
M
Transistorbauelement, n-Kanal-MOSFET
OUT
Lastanschluss
S
Source-Anschluss
S2
Source-Anschluss
Sdrv
Ansteuersignal
Sin
Schaltsignal
T2
Freilaufelement, p-Kanal-MOSFET
+V
erstes Versorgungspotential, positives Versor
gungspotential
Vout
Lastspannung, Ausgangsspannung


Anspruch[de]
Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Last, die folgende Merkmale aufweist:

– einen ersten und einen zweiten Versorgungspotentialanschluss (K1, K2) zum Anlegen eines ersten und zweiten Versorgungspotentials (+V, GND) und einen Lastanschluss (OUT) zum Anschließen der Last (L),

– ein als vertikaler MOSFET (M) eines ersten Leitungstyps ausgebildetes Transistorbauelement mit einer Laststrecke (D-S) und einem Steueranschluss (G), dessen Laststrecke zwischen den ersten Versorgungspotentialanschluss (K1) und den Lastanschluss (OUT) geschaltet ist,

– ein Freilaufelement (T2), das als Diode verschalteter lateraler MOSFET eines zweiten Leitungstyps ausgebildet ist und das zwischen den Lastanschluss (OUT) und den zweiten Versorgungspotentialanschluss (K2) geschaltet ist, wobei das Transistorbauelement (M) und das Freilaufelement (T2) in einem gemeinsamen Halbleiterkörper (100) integriert sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei dem das Transistorbauelement ein n-Kanal-MOSFET und das Freilaufelement (T2) ein p-Kanal-MOSFET ist. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Transistorbauelement (M) und das Freilaufelement (T2) jeweils eine Drain-Zone (11, 31), eine Driftzone (12, 33), eine Body-Zone (21, 12) und eine Source-Zone (22, 32) aufweisen, wobei die Driftzone des Transistorbauelements (M) und die Body-Zone des Freilaufelements (T2) durch eine gemeinsame Halbleiterzone (12) gebildet sind. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, bei der der Halbleiterkörper (100) eine Vorderseite (101) und eine der Vorderseite (101) gegenüberliegende Rückseite (102) aufweist und bei der die Drain-Zone (11) des Transistorbauelements (M) an der Rückseite (102) des Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist und bei der die Source-Zone (22) des Transistorbauelements (M) an der Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem die Drain-Zone (31), die Driftzone (33), die Body-Zone (21) und die Source-Zone (32) des Freilaufelements (T2) an der Vorderseite des Halbleiterkörpers (100) angeordnet sind. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die eine Ansteuerschaltung (10) aufweist, die an den Steueranschluss (G) des Transistorbauelements (M) angeschlossen ist und die in demselben Halbleiterkörper (100) wie das Transistorbauelement (M) und das Freilaufelement (T2) integriert ist.






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