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Dokumentenidentifikation DE10026742B4 22.11.2007
Titel In beide Richtungen sperrendes Halbleiterschaltelement
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Werner, Wolfgang, Dr., 81545 München, DE
Vertreter Westphal, Mussgnug & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 30.05.2000
DE-Aktenzeichen 10026742
Offenlegungstag 13.12.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse H01L 27/07(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 29/78(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01L 29/73(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein in beide Richtungen sperrendes Halbleiterschaltelement.

Zum Schalten von Strömen, bzw. zum Anlegen von Spannungen an Lasten ist es bekannt, Halbleiterschaltelemente, beispielsweise MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) zu verwenden. Anwendungsgebiete sind beispielsweise die KFZ-Elektrik oder Schaltnetzteile, in denen sogenannte Leistungs-MOSFET zum Einsatz kommen, die in der Lage sind, die dort auftretenden großen Ströme oder Spannungen zu schalten.

Durch die Abfolge der in einem MOSFET vorhandenen unterschiedlich dotierten Bereiche, nämlich einem Source-Bereich eines ersten Leitungstyps, einem Substratbereich eines zweiten, zu dem ersten Leitungstyp komplementären Leitungstyps und einem Drain-Bereich des ersten Leitungstyps, ist in dem MOSFET stets ein parasitärer Bipolartransistor vorhanden, wobei dessen Basis durch den Substratbereich und wobei dessen Emitter/Kollektor durch den Source-Bereich/Drain-Bereich gebildet werden. Um Auswirkungen dieses parasitären Bipolartransistors auf die Spannungsfestigkeit des MOSFET zu verhindern, ist es üblich, den Source-Bereich und den Substratbereich des MOSFET kurzschließen, wie dies beispielsweise aus dem zu der EP 0 656 661 B1 (vgl. dort 12) zitierten Stand der Technik oder aus der US 5,877,538 bekannt ist. IGBTs mit einem Kurzschluss zwischen einem Source-Bereich und einem Substratbereich sind in der DE 38 24 836 A1 oder der DE 39 39 305 A1 beschrieben.

Würde der Source-Bereich und der Substratbereich nicht kurzgeschlossen, könnten sich während des Betriebs, d.h. bei Anlegen eines Ansteuerpotentials an den Gate-Anschluss und bei Anlegen einer Flussspannung zwischen Drain und Source, Ladungsträger in dem Substrat ansammeln, die einen parasitären Bipolartransistor aktivieren würden, der eine erhebliche Reduktion der Spannungsfestigkeit des MOSFET bewirkt. Die Spannungsfestigkeit eines derartigen MOSFET in Drain-Source-Richtung beträgt etwa nur noch 1/3 der Spannungsfestigkeit eines MOSFET mit kurzgeschlossenem Substrat- und Source-Bereich, bei dem der Kurzschluss bewirkt, dass sich Source und Substrat stets auf demselben Potential befinden, so dass sich keine Ladungsträger in dem Substrat ansammeln können.

Das Kurzschließen von Source und Substrat hat allerdings den Nachteil, dass der MOSFET nur noch in einer Richtung, der Drain-Source-Richtung (die üblicherweise als Vorwärtsrichtung bezeichnet ist) sperren kann, während er bei Anlegen einer Flussspannung in Source-Drain-Richtung (Rückwärtsrichtung) wie eine Diode leitet.

Bei vielen Anwendungen ist es jedoch wünschenswert, einen Halbleiterschalter einzusetzen, der in beide Richtungen sperren kann, wenn kein Ansteuerpotential anliegt. Bei den herkömmlichen MOSFET mit Kurzschluss zwischen Source und Substrat kann dies nur durch aufwendige zusätzliche Schaltungsmaßnahmen erreicht werden.

Die US 4,961,100 A beschreibt einen Trench-MOSFET, bei dem keine Kurzschlüsse zwischen einem Source-Bereich und einem Substratbereich oder einem Drain-Bereich und dem Substratbereich vorgesehen sind. Steuerschaltungen verhindern bei diesem Bauelement einen unerwünschten Spannungsdurchbruch. Ein Bauelement ohne Kurzschluss zwischen einer Sourcezone und einer Substratzone ist darüber hinaus auch in der JP 55-133574 A beschrieben.

Die DE 38 32 253 A1 beschreibt einen lateralen n-Kanal-MOSFET innerhalb eines CMOS-Chips. Eine n-dotierte Sourcezone dieses MOSFET ist in einer p-dotierten Wanne unmittelbar neben einer höher p-dotierten Halbleiterzone angeordnet, wobei die Sourcezone und diese höher p-dotierte Halbleiterzone gemeinsam durch eine Sourceelektrode kontaktiert sind.

Die DE 197 52 848 A1 beschreibt einen lateralen PMOS-Transistor mit einer n-dotierten Kanalzone. Diese n-dotierte Kanalzone ist in einer p-dotierten Wanne angeordnet. Diese p-dotierte Wanne ist wiederum in einer n-dotierten Wanne angeordnet, die in einem p-dotierten Halbleitersubstrat angeordnet ist.

Die US 5,182,469 beschreibt eine integrierte Schaltung mit einem lateralen n-leitenden MOSFET, dessen p-dotierte Kanalzone in einer n-dotierten Halbleiterschicht oberhalb eines p-dotierten Halbleitersubstrats angeordnet ist. Die Bauelementstruktur mit dem MOSFET ist hierbei von einer p-dotierten, bis an das Substrat reichenden, ringförmigen Halbleiterzone umgeben.

In der EP 0 656 661 B1 ist vorgeschlagen, den Kurzschluss durch eine leitende Verbindung mit einem Widerstand zu ersetzen, um den Spannungsabfall über dem Bauteil bei Anlegen einer Spannung in Rückwärtsrichtung zu erhöhen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein integriertes Halbleiterschaltelement zur Verfügung zu stellen, das in beiden Richtungen sperrt und das mit bekannten Mitteln einfach zu realisieren ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterschaltelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Halbleiterschaltelement weist eine erste Anschlusszone eines ersten Leitungstyps, eine zweite Anschlusszone eines ersten Leitungstyps, eine zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone angeordneten Substratzone eines zweiten Leitungstyps und eine benachbart zu der Substratzone angeordnete, gegenüber der Substratzone durch eine Isolationsschicht getrennte Steuerelektrode auf. Die ersten und zweiten Anschlusszonen bilden dabei beispielsweise die Source-/Drain-Zonen eines Feldeffekttransistor. Die Steuerelektrode bildet beispielsweise die Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors. Des weiteren weist das integrierte Halbleiterschaltelement eine dritte Anschlusszone des ersten Leitungstyps und eine zwischen der Substratzone und der dritten Anschlusszone angeordnete Basiszone des ersten Leitungstyps auf. Die dritte Anschlusszone, die vorzugsweise mit der ersten Anschlusszone kurzgeschlossen ist, bildet den Kollektor des Bipolartransistors, wobei die zwischen dem Substrat und der dritten Anschlusszone angeordnete Basiszone die Basis des Bipolartransistors darstellt.

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

1: Schaltbild eines erfindungsgemäßen Halbleiterschaltelements;

2: Darstellung eines erfindungsgemäßen, in einem Halbleiterkörper integrierten Halbleiterschaltelements gemäß einer ersten Ausführungsform im Querschnitt;

3: Halbleiterschaltelement nach 2 in Draufsicht;

4: Darstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterschaltelements gemäß einer zweiten Ausführungsform im Querschnitt.

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

In 1 ist das Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen in beide Richtungen sperrenden Halbleiterschaltelements HLS dargestellt. Das Halbleiterschaltelement HLS weist eine Steuerklemme K1 zum Anlegen eines Ansteuersignals Ust und einen ersten und zweiten Lastanschluss K2, K3 zum Anschließen an einen Laststromkreis auf, wobei das Halbleiterschaltelement HLS in 1 zum besseren Verständnis in Reihe zu einer Last RL zwischen einem Versorgungspotential V+ und einem Bezugspotential GND verschaltet ist.

Das erfindungsgemäße Halbleiterschaltelement HLS weist einen Feldeffekttransistor T1, beispielsweise einen MOSFET auf, wobei ein Gate-Anschluss G des Feldeffekttransistors T1 an den Steueranschluss K1, ein Source-Anschluss des Feldeffekttransistors T1 an den ersten Lastanschluss K2 und ein Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors an den zweiten Lastanschluss K3 angeschlossen ist.

Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Halbleiterschaltelement HLS einen Bipolartransistor T2 auf, wobei ein Emitteranschluss E des Bipolartransistors T2 an einen Substratanschluss SUB des Feldeffekttransistors T1 angeschlossen ist. Das Substrat und die Source-Zone sind bei dem verwendeten Feldeffekttransistor T1 nicht kurzgeschlossen.

Ein Basisanschluss B und ein Kollektoranschluss K des Bipolartransistors T2 sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 gemeinsam an den Source-Anschluss S des Feldeffekttransistors T1 und damit an den ersten Lastanschluss K2 des Halbleiterschaltelements HLS angeschlossen. Der Feldeffekttransistor nach dem Ausführungsbeispiel ist ein n-Kanal-Feldeffekttransistor, während der Bipolartransistor T2 ein pnp-Bipolartransistor ist. Wird ein p-Kanal-Feldeffekttransistor verwendet, so ist als Bipolartransistor ein npn-Bipolartransistor zu wählen.

Die Funktionsweise des dargestellten Halbleiterschaltelementes wird im Folgenden erläutert:

Wird eine Steuerspannung Ust an den Steueranschluss K1 des Halbleiterschaltelements HLS und damit an den Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors T1 angelegt und liegt eine Laststreckenspannung UL zwischen den Lastanschlüssen K2, K3 des Halbleiterschaltelements, und damit den Drain- und Source-Anschlüssen D, S des Feldeffekttransistors T1 an, so leitet der Feldeffekttransistor T1 und nimmt einen Laststrom IL auf. Dabei häufen sich positive Ladungsträger in dem Substrat des Feldeffekttransistors T1 an, wodurch das Potential des Substrats SUB ansteigt. Erreicht das Potential an dem Substratanschluss einen Wert, bei dem die zwischen dem Bezugspotential GND, bzw. der Basis B des Bipolartransistors T2, anliegende Spannung ausreicht, um den Bipolartransistor T2 leitend zu machen, so werden die sich in dem Substrat SUB ansammelnden positiven Ladungsträger über den Bipolartransistor T2 nach Bezugspotential GND abgeführt. Anstelle des Bezugspotentials GND könnten die Basis und der Kollektor des Bipolartransistors T2 auch an ein Potential angeschlossen werden, welches vorzugsweise niedriger als das Bezugspotential GND ist, um den Bipolartransistor T2 bereits bei einem geringeren Potential an dem Substratanschluss einzuschalten.

Ein in dem Feldeffekttransistor T1 vorhandener parasitärer Bipolartransistor Tp, der in 1 gestrichelt dargestellt ist, wird wegen der Entladung des Substrats SUB über den Bipolartransistor T2 nach Bezugspotential GND nicht angesteuert. Der parasitäre Bipolartransistor Tp beeinflusst somit die Spannungsfestigkeit des Feldeffekttransistors T1 nicht.

Da bei dem Feldeffekttransistor T1 Substrat SUB und Source S nicht kurzgeschlossen sind, sperrt der dargestellte Feldeffekttransistor T1 und damit das erfindungsgemäße Halbleiterschaltelement HLS auch in Rückwärtsrichtung, das heißt bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss K2 und dem zweiten Lastanschluss K3. Die Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung hängt dabei von der Dimensionierung des Bipolartransistors T2 ab, wobei die Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung üblicherweise nicht den Wert der Spannungsfestigkeit in Vorwärtsrichtung erreicht.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem Feldeffekttransistor und einem Bipolartransistor in einem Halbleiterkörper. 2 zeigt dabei einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper in vertikaler Richtung, während 3 einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper entlang der in 2 eingezeichneten Schnittebene A-A' darstellt. Der Halbleiterkörper 100 weist wenigstens eine erste Anschlusszone 10, 12, 14, 16 und wenigstens eine zweite Anschlusszone 20 auf. Die zweiten Anschlusszone 20, die die Drain-Zone des Feldeffekttransistors bildet, besteht in dem Ausführungsbeispiel aus einem stark n-dotierten Bereich 24, an den die Drain-Elektrode D, beispielsweise mittels einer nicht näher dargestellten Metallisierung anschließbar ist, und einem darüberliegenden schwächer n-dotierten Bereich 22. Über der zweiten Anschlusszone 20 befindet sich eine p-dotierte Substratzone 30. Die erste Anschlusszone 10, 12, 14, 16, die in dem Ausführungsbeispiel aus einer Anzahl stark n-dotierter Bereiche-besteht, ist an einer Vorderseite 104, das heißt an einer der zweiten Anschlusszone 20 gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers 100, angeordnet. Die stark n-dotierten Zonen 10, 12, 14, 16, welche die erste Anschlusszone bilden sind durch eine gemeinsame auf dem Halbleiterkörper 100 aufgebrachte elektrisch leitende Schicht, beispielsweise aus Aluminium, kontaktiert. Die erste Anschlusszone 10, 12, 14, 16 bildet die Source-Zone des Feldeffekttransistors. Die elektrisch leitende Schicht 90 bildet dabei die Source-Elektrode S des Feldeffekttransistors, bzw. den zweiten Lastanschluss K2 des erfindungsgemäßen Halbleiterschaltelements.

Der Halbleiterkörper weist wenigstens eine dritte stark p-dotierte Zone 40 auf, die in dem Ausführungsbeispiel im Bereich der Vorderseite 104 des Halbleiterkörpers 100 neben der ersten Anschlusszone 10, 12 angeordnet ist, wobei die erste Anschlusszone 10, 12 und die dritte Anschlusszone 40 durch die elektrisch leitende Schicht 90 kurzgeschlossen sind. Zwischen der Substratzone 30 und der dritten Anschlusszone 40 ist eine n-leitende Basiszone 50 ausgebildet, wobei die Basiszone die Substratzone 30 und die dritte Anschlusszone 40 trennt.

Die Substratzone 30 bildet den Emitter E des in 1 dargestellten Bipolartransistors T2, die Basiszone 50 bildet die Basis dieses Bipolartransistors T2 und die dritte Anschlusszone 40 bildet den Kollektor des Bipolartransistors T2. Zum besseren Verständnis hinsichtlich der Funktion der in 3 dargestellten Zonen sind die Schaltsymbole des Feldeffekttransistors T1 und des Bipolartransistors T2 aus 1 auch in 2 eingezeichnet.

In den Halbleiterkörper 100 ist ferner wenigstens eine Steuerelektrode 60, 62 eingebracht, die sich derart in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 erstreckt, dass sich eine Steuerelektrode 60, 62 benachbart zu wenigstens einer der stark dotierten Zonen 10, 12, 14, 16 der ersten Anschlusszone und des Substratbereichs 30 erstreckt, wobei sich jede Steuerelektrode 60, 62 in dem Ausführungsbeispiel bis in die Drain-Zone 20 hineinerstreckt.

Der Halbleiterkörper gemäß der 2 und 3 weist jeweils eine Anzahl gleichartig aufgebauter Zellen mit jeweils einer Steuerelektrode 60, 62, die zusammen die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors bilden, auf. Dabei sind die Bereiche mit gleicher Funktion, das heißt alle Steuerelektroden 60, 62, alle ersten Anschlusszonen 10, 12, 14, 16 an jeweils einen gemeinsamen Anschluss G, S angeschlossen sind, so dass alle Zellen in gleicher Weise angesteuert werden. Durch den zellenartigen Aufbau des Bauelements lassen sich die Stromdurchtrittsfläche und damit die Stromfestigkeit des Bauelements steigern.

Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, erstrecken sich die ersten Anschlusszonen 10, 12, 14, 16, die dritten Anschlusszonen 40, 42, 44 und die Steuerelektroden 60, 62 derart senkrecht zur Zeichenebene nach 2, dass langgestreckte, plattenförmige Steuerelektroden 60, 62 entstehen, entlang derer sich bei Anlegen eines Ansteuerpotentials leitende Kanäle ausbilden. Die Steuerelektroden 60, 62 sind gegenüber dem Halbleiterkörper 100 jeweils durch eine Isolationsschicht 70, 72, vorzugsweise einer Oxidschicht, isoliert. In die elektrisch leitende Schicht 90 sind isolierende Bereiche 92, 94 eingebracht, welche die elektrisch leitende Schicht 90 gegenüber den Steuerelektroden 60, 62 isolieren.

Wird an die Steuerelektroden 60, 62, das heißt an den Gate-Anschluss G des Feldeffekttransistors T1 oder den Steueranschluss K1 des erfindungsgemäßen Halbleiterschaltelements, ein positives Ansteuerpotential angelegt und wird eine positive Spannung zwischen dem Drain-Anschluss D und dem Source-Anschluss S, bzw. dem ersten und zweiten Lastanschluss K2, K3, angelegt, so bildet sich entlang der Steuerelektroden 60, 62 ein leitender Kanal in der Substratzone 30 aus, über den Ladungsträger aus der Drain-Zone 20 in die Source-Zone 10, 12, 14, 16 gelangen. Wird das Ansteuerpotential von den Steuerelektroden 60, 62 weggenommen, wird der leitende Kanal unterbrochen und der Feldeffekttransistor T1, bzw. das erfindungsgemäße Halbleiterschaltelement HLS spert. Beim Anlegen einer positiven Spannung zwischen Drain D und Source S werden in einer Raumladungszone zwischen der Drain-Zone 22 und der Substrat-Zone 30 Ladungsträger, nämlich Löcher und Elektronen, generiert. Die Elektronen fließen aufgrund des Feldes in der Raumladungszone in die Drain-Zone 20, bzw. in die Drain-Elektrode K3, D und die Löcher fließen in die Substratzone 30. Da die Substrat-Zone erfindungsgemäß nicht mit der Source-Zone 10 verbunden ist, können die Löcher nicht abfließen und laden die Substrat-Zone auf ein positives Potential auf. Dabei bildet sich zwischen der Substrat-Zone 30 und der Basis-Zone 50 eine Flussspannung aus, die bewirkt, dass die Löcher in die Basis-Zone 50 injiziert werden. Die Löcher werden aus der Basis-Zone 50 von der dritten Anschluss-Zone 40, die den Kollektor des pnp-Transistors bildet, aufgenommen und fließen über die Source-Elektrode K2, S ab. Dadurch wird verhindert, dass ein durch die Abfolge der n-leitenden Drain-Zone 20, der p-leitenden Substrat-Zone 30 und der n-leitenden Source-Zone 10, 12, 14, 16 gebildeter parasitärer Bipolar-Transistor Tp, dessen Schaltsymbol gestrichelt in 2 eingezeichnet ist, aktiv wird und die Sperrspannung des Feldeffekttransistors in Vorwärtsrichtung reduziert.

Die Spannungsdifferenz zwischen der Substratzone 30 und der dritten Anschlusszone 40, ab welcher Ladungsträger durch den pnp-Bipolartransistor T2 aus der Substratzone 30 abgesaugt werden, bzw. die Stromverstärkung dieses pnp-Bipolartransistors, ist abhängig von der Dotierung der Basiszone 50 und dem durch die Basiszone 50 gebildeten Abstand a zwischen der Substratzone 30 und der dritten Anschlusszone 40, das heißt zwischen dem Emitterbereich und dem Kollektorbereich des pnp-Bipolartransistors. Die Dotierung der Basiszone und der Abstand a können abhängig von den Anforderungen an das gewünschte Halbleiterschaltelement eingestellt werden. Das erfindungsgemäße Halbleiterschaltelement sperrt auch bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Source-Elektrode S und der Drain-Elektrode D, wobei die Sperrspannung des Halbleiterschaltelements in dieser Richtung ebenfalls durch den Abstand a und die Dotierung der Basiszone 50 bestimmt ist.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterschaltelements, welches in einem Halbleiterkörper 100 integriert ist, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel Steuerelektroden 64, 66 getrennt durch eine Isolationsschicht 74, 76 auf der Vorderseite 104 des Halbleiterkörpers 100 angeordnet sind. Erste n-dotierte Anschlusszonen 10, 12 sind wie auch bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, im Bereich der Vorderseite 104 des Halbleiterkörpers in den Halbleiterkörper 100 eingebracht. Die stark n-dotierten Zonen 10, 12, welche die Source-Zone des Feldeffekttransistors bilden, sind an eine gemeinsame elektrisch leitende Schicht 96, die auf die Vorderseite 104 des Halbleiterkörpers aufgebracht ist, angeschlossen. Benachbart zu den ersten Anschlusszonen sind im Bereich der Vorderseite 104 dritte stark p-dotierte Anschlusszonen 40 angeordnet, wobei die ersten Anschlusszonen 10, 12 und die dritten Anschlusszonen 40 durch die elektrisch leitende Schicht 96 kurzgeschlossen sind. Die ersten Anschlusszonen 10, 12 sind teilweise von p-dotierten Zonen 34, 36 umgeben, wobei eine weitere p-dotierte Zone 32 die p-dotierten Zonen 34, 36 überlappt, um dadurch die ersten Anschlusszonen 10, 12 von der den übrigen Bereich des Halbleiterkörpers 100 ausmachenden zweiten Anschlusszone 22, 24 zu trennen. Die zweite Anschlusszone bildet die Drain-Zone des Feldeffekttransistors. Die p-dotierten Zonen 32, 34, 36 bilden die Substratzone des Feldeffekttransistors, wobei eine n-dotierte Basiszone 52 an der der zweiten Anschlusszone 20 abgewandten Seite der Substratzone 32, 34, 36 zwischen der Substratzone 32, 34, 36 und der ersten Anschlusszone 10, 12 angeordnet ist.

Bei Anlegen eines Ansteuerpotentials an die Steuerelektroden 64, 66 und Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Drain-Elektrode D und der Source-Elektrode S bilden sich in der Substratzone 34, 36 unterhalb der Steuerelektroden 64, 66 leitende Kanäle aus, um die erste und zweite Anschlusszone 10, 12, 20 leitend miteinander zu verbinden. Der pnp-Bipolartransistor wird in dem Ausführungsbeispiel durch die Substratzone 32, 34, 36, die Basiszone 52 und die dritte Anschlusszone 40 gebildet, wodurch positive Ladungsträger, die sich in der Substratzone 32, 34, 36 ansammeln an den Source-Anschluss S abgeleitet werden, um zu verhindern, dass ein parasitärer Bipolartransistor, der durch die ersten Anschlusszonen 10, 12, die Substratzone 32, 34, 36 und die zweite Anschlusszone 22, 24 gebildet ist, angesteuert wird.

Wie das Halbleiterschaltelement nach 2 sperrt auch das Halbleiterschaltelement nach 4 sowohl bei Anlegen einer Flussspannung in Drain-Source-Richtung als auch bei Anlegen einer Flussspannung in Source-Drain-Richtung an dem Feldeffekttransistor. Die Spannungsfestigkeit Source-Drain-Richtung (Rückwärtsrichtung) hängt auch hier von der Dotierung der Basiszone 52 und der Breite der Basiszone 52 zwischen der Substratzone 32 und der dritten Anschlusszone 40 ab.

Das Anlegen einer Spannung in Rückwärtsrichtung belastet die Isolationsschicht 70, 72, 74, die die Steuerelektrode umgibt. Nach den vorliegenden Zuverlässigkeitsuntersuchungen dürfte eine Isolationsschicht, die für eine Ansteuerspannung von 15V ausgelegt ist, aber auch dann etwa 15 Jahre zuverlässig funktionieren, wenn sie in Fehlerfällen, bei denen eine Spannung in Rückwärtsrichtung auftritt, für einige 10 Sekunden mit Spannungen bis zu 42V, wie sie in der KFZ-Elektrik vorkommen, beaufschlagt wird.

V+
Versorgungspotential
RL
Last
HLS
Halbleiterschaltelement
K1
Steueranschluss
K2
erster Lastanschluss
K3
zweiter Lastanschluss
Ust
Steuerspannung
GND
Bezugspotential
T1
Feldeffekttransistor
T2
Bipolartransistor
Tp
parasitärer Bipolartransistor
G
Gate-Anschluss
D
Drain-Anschluss
S
Source-Anschluss
B
Basis
E
Emitter
K
Kollektor
100
Halbleiterkörper
102
Rückseite des Halbleiterkörpers
104
Vorderseite des Halbleiterkörpers
10, 12, 14, 16
erste Anschlusszone
20, 22, 24
zweite Anschlusszone
30
Substratzone
32, 34, 36
Substratzone
40, 42, 44
dritte Anschlusszone
50
Basiszone
52
Basiszone
60, 62
Steuerelektrode
64, 66
Steuerelektrode
70, 72
Isolationsschicht
90
elektrisch leitende Schicht
92, 94
Isolationsschicht
p
p-Dotierung
n
n-Dotierung
p+
starke p-Dotierung
n+
starke n-Dotierung


Anspruch[de]
Integriertes Halbleiterschaltelement, das folgende Merkmale aufweist:

– eine Source-Zone (10, 12, 14, 16) eines ersten Leitungstyps (n), die durch eine Source-Elektrode (90) kontaktiert ist,

– eine Drain-Zone (20, 22, 24) des ersten Leitungstyps (n),

– eine zwischen der Source-Zone und der Drain-Zone (10, 12, 14, 16, 20, 22, 24) angeordnete Substratzone (30, 32, 34, 36) eines zweiten Leitungstyps (p),

– eine benachbart zu der Substratzone (30, 32, 34, 36) angeordnete, gegenüber der Substratzone (30, 32, 34, 36) durch eine Isolationsschicht (74, 76) getrennte Gate-Elektrode (60, 62, 64),

– eine Anschlusszone (40) des zweiten Leitungstyps (p), die durch die Source-Elektrode (90) kontaktiert ist,

– eine zwischen der Substratzone (30, 32, 34, 36) und der dritten Anschlusszone (40) angeordnete Basiszone (50, 52) des ersten Leitungstyps (n).
Halbleiterschaltelement nach Anspruch 1, bei dem sich die Basiszone (50, 52) zwischen der Substratzone (30, 32, 34) und der Source-Zone (10, 12, 14, 16) erstreckt. Halbleiterschaltelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Basiszone (50, 52) niedriger als die Substratzone (30, 32) dotiert ist.






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