DE102012216962A1

DE102012216962A1 - Halbleiteranordnung mit einem integrierten Hall-Sensor

Info

Publication number: DE102012216962A1
Application number: DE102012216962A
Authority: DE
Inventors: Franz Hirler; Walter Rieger; Lutz Goergens; Helmut Angerer; Gianmauro Pozzovivo; Dr. Zundel Markus
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2032-09-22
Also published as: US20130075724A1; CN103022028B; US8907340B2; DE102012216962B4; CN103022028A

Abstract

Eine Halbleiteranordnung umfassend einen Halbleiterkörper und ein Hableiterbauelement, wobei das Halbleiterbauelement erste und zweite Lastanschlüsse aufweist, die in einer ersten Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zueinander angeordnet sind und eine Laststrecke aufweist, die in dem Halbleiterkörper zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen angeordnet ist. Die Halbleiteranordnung umfasst außerdem wenigstens einen Hall-Sensor, der in dem Halbleiterkörper in einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung beanstandet zu dem Halbleiterbauelement angeordnet ist. Der Hall-Sensor umfasst zwei Stromversorgungsanschlüsse und zwei Messanschlüsse.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterbauelement, wie beispielsweise einem Transistor und einem Strommesselement.
Transistoren sind als Schalter zum Schalten elektrischer Ströme, die an Lasten geliefert werden, weit verbreitet. Bei vielen Anwendungen ist es wünschenswert, den Strom durch die Last zu messen. Mehrere unterschiedliche Konzepte zum Messen eines Stromes durch einen Transistor bzw. eine Last sind bekannt.
Gemäß einem ersten Konzept wird ein Shunt-Widerstand in Reihe zu dem Transistor geschaltet und eine Spannung über dem Widerstand wird gemessen. Diese Spannung ist gemäß dem Ohmschen Gesetz proportional zu dem Strom durch den Transistor. Der Shunt-Widerstand verursacht jedoch Leistungsverluste.
Gemäß einem weiteren Konzept wird ein Messtransistor bereitgestellt, der im selben Arbeitspunkt wie der in Reihe zu der Last geschaltete Lasttransistor betrieben wird, so dass ein Messstrom durch den Messtransistor proportional ist zu einem Laststrom durch die Last. Obwohl der Lasttransistor und der Messtransistor so konfiguriert sein können, dass der Messstrom wesentlich kleiner ist als der Laststrom, können im Zusammenhang mit der Strommessung Verluste auftreten.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Halbleiteranordnung zur Verfügung zu stellen, die ein Halbleiterbauelement, das dazu ausgebildet ist, in Reihe zu einer Last geschaltet zu werden, und ein Messelement aufweist, wobei das Messelement sehr geringe Verluste besitzt und mit dem Halbleiterbauelement in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Halbleiteranordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Halbleiteranordnung. Die Halbleiteranordnung umfasst einen Halbleiterkörper, ein Halbleiterbauelement und wenigstens einen Hall-Sensor. Das Halbleiterbauelement umfasst erste und zweite Lastanschlüsse, die in einer ersten Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet sind, und eine Laststrecke, die in dem Halbleiterkörper zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen angeordnet ist. Der wenigstens eine Hall-Sensor ist in dem Halbleiterkörper beabstandet zu dem Halbleiterbauelement in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung angeordnet und umfasst zwei Stromversorgungsanschlüsse und zwei Messanschlüsse.
Beispiele werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen dienen zur Veranschaulichung des Grundprinzips, so dass nur solche Aspekte dargestellt sind, die zum Verständnis des Grundprinzips notwendig sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeihen gleiche Merkmale.
1 (die 1A bis 1C umfasst) veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterbauelement, das als Transistor ausgebildet ist, und einem Hall-Sensor.
2 (die 2A bis 2C umfasst) veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterbauelement, das als Transistor ausgebildet ist, und einem Hall-Sensor.
3 veranschaulicht ein Schaltbild einer Halbleiteranordnung mit einem Transistor und einem Hall-Sensor.
4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements, das als Diode ausgebildet ist.
5 (die 5A bis 5C umfasst) veranschaulicht ein drittes Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterbauelement, das als Transistor ausgebildet ist, und einem Hall-Sensor.
6 (die 6A bis 6C umfasst) veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung mit einem Transistor und einem Hall-Sensor.
In der nachfolgenden Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und in denen zur Veranschaulichung spezielle Ausführungsbeispiele, in denen die Erfindung angewendet werden kann, dargestellt sind. Selbstverständlich können die Merkmale der verschiedenen beispielhaften Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die 1A bis 1C veranschaulichen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung, die ein Halbleiterbauelement und einen Hall-Sensor aufweist. Die Halbleiteranordnung umfasst einen Halbleiterkörper 10. 1A veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung des Halbleiterkörpers 10 in einer Schnittebene I-I, 1B veranschaulicht eine Draufsicht auf eine erste Oberfläche 10 ₁ des Halbleiterkörpers 10 und 1C veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung in einer weiteren vertikalen Schnittebene III-III. 1A veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung in einem Bereich, in dem das Halbleiterbauelement realisiert ist, und 1C veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung in einem Bereich, in dem der Hall-Sensor realisiert ist. Die 1A bis 1C zeigen nur Abschnitte des Halbleiterkörpers 10, nämlich solche Abschnitte, in denen das Halbleiterbauelement und der Hall-Sensor implementiert sind. Insbesondere in einer horizontalen Richtung kann der Halbleiterkörper 10 über die in den 1A bis 1C dargestellten Grenzen hinausreichen.
Bezugnehmend auf 1A, die eine vertikale Querschnittsdarstellung des Halbleiterbauelements zeigt, umfasst das Halbleiterbauelement erste und zweite Lastanschlüsse 51, 52, die in einer ersten Richtung x des Halbleiterkörpers 10 beabstandet zueinander angeordnet sind. Bei dem in 1A dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Richtung x eine horizontale Richtung des Halbleiterkörpers 10. Eine Laststrecke des Halbleiterbauelements ist zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen 51, 52 innerhalb des Halbleiterkörpers 10 angeordnet. Die ersten und zweiten Lastanschlüsse 51, 52 können ein elektrisch leitendes Material enthalten, wie beispielsweise ein Metall, und/oder können dotierte Halbleitergebiete enthalten.
Das Halbleiterbauelement gemäß 1A ist als Transistor ausgebildet, in dem der erste Lastanschluss 51 einen Sourceanschluss bildet, der zweite Lastanschluss 52 einen Drainanschluss bildet, und das außerdem eine Gateelektrode 53 aufweist. Die Gateelektrode 53 ist zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen 51, 52 angeordnet.
Bei dem in 1A dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Halbleiterkörper 10 zwei Halbleiterschichten, nämlich eine erste Halbleiterschicht 20 und eine zweite Halbleiterschicht 30, die in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 10 aneinander angrenzen, wobei die vertikale Richtung des Halbleiterkörpers 10 eine Richtung senkrecht zu der ersten Oberfläche 10 ₁ ist. Die Halbleitermaterialien der ersten und zweiten Schichten 20, 30 sind so gewählt, dass ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) 23 zwischen diesen Halbleiterschichten 20, 30 vorhanden ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Halbleiterschicht 20 Galliumnitrid (GaN), während die zweite Halbleiterschicht 30 Aluminium-Gallium-Nitrid (AlGaN) umfasst.
Ein erster Abschnitt des 2DEG 23 ist Teil der Laststrecke des Transistors und erstreckt sich von dem ersten Lastanschluss 51 zu dem zweiten Lastanschluss 52 in der ersten Richtung x des Halbleiterkörpers 10. Durch das 2DEG, das sich zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen 51, 52 erstreckt, ist der Transistor ein selbstleitender (normally-on) Transistor. Die Gateelektrode 53 die dazu ausgebildet ist, den Transistor ein- und auszuschalten, ist zwischen den Source- und Drainanschlüssen 51, 52 angeordnet und ist elektrisch an die zweite Schicht 30 angeschlossen. Die Gateelektrode 53 ist beabstandet zu dem 2DEG 23 in einer Richtung senkrecht zu der ersten Richtung x angeordnet. Durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Potentials an die Gateelektrode 53 kann ein Verarmungsgebiet in der zweiten Schicht 30 erzeugt werden, das das 2DEG 23 unterbricht, um den Transistor auszuschalten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das elektrische Potential, das an die Gateelektrode 53 abgelegt werden muss, um den Transistor auszuschalten, ein negatives Potential relativ zu dem elektrischen Potential an dem Sourceanschluss 51.
Bezugnehmend auf 1A kann der Halbleiterkörper 10 außerdem einen Träger oder ein Substrat 40 aufweisen, in dem die ersten und zweiten Halbleiterschichten 20, 30 angeordnet sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Träger 40 ein Substrat 41 und eine Pufferschicht 42, die zwischen dem Substrat 41 und der ersten Schicht 20 angeordnet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Substrat Silizium (Si), Siliziumkarbid (SiC), oder Aluminiumoxid (Al₂O₃). Die Pufferschicht 42 umfasst beispielsweise Aluminiumnitrid (AlN).
Bezugnehmend auf 1B ist der Hall-Sensor 60 in einer zweiten Richtung y des Halbleiterkörpers 10 beabstandet zu dem Transistor angeordnet. Bei dem in 1B dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Richtung y ebenfalls eine horizontale Richtung des Halbleiterkörpers 10 und verläuft senkrecht zu der ersten Richtung x. Der Hall-Sensor 60, der ebenfalls in dem Halbleiterkörper 10 integriert ist, umfasst zwei (ein Paar von) Stromversorgungsanschlüssen 61 ₁, 61 ₂ und zwei (ein Paar von) Messanschlüssen 62 ₁, 62 ₂. Bei dem in 1B dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stromversorgungsanschlüsse 61 ₁, 61 ₂ und die Messanschlüsse 62 ₁, 62 ₂ im Bereich der ersten Oberfläche 10 ₁ des Halbleiterkörpers 10 angeordnet. Die Stromversorgungsanschlüsse 62 ₁, 62 ₂ sind beabstandet zueinander in einer dritten Richtung des Halbleiterkörpers 10 angeordnet, und die Messanschlüsse 62 ₁, 62 ₂ sind beabstandet zueinander in einer vierten Richtung des Halbleiterkörpers 10 angeordnet. Die dritten und vierten Richtungen sind horizontale Richtungen bei dem in 1B dargestellten Ausführungsbeispiel. Gemäß einem Ausführungsbeispiel entspricht eine der dritten und vierten Richtungen der ersten Richtung x, während die andere der dritten und vierten Richtungen der zweiten Richtung y entspricht. Bei dem in 1B dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die dritte Richtung, in der die Stromversorgungsanschlüsse 61 ₁, 61 ₂ beanstandet zueinander angeordnet sind, der ersten Richtung x, während die vierte Richtung, in der die Messanschlüsse 62 ₁, 62 ₂ beabstandet zueinander angeordnet sind, der zweiten Richtung y entspricht.
Bezugnehmend auf 1C umfasst der Hall-Sensor 60 einen zweiten Abschnitt des 2DEG 23, das in einer horizontalen Ebene des Halbleiterkörpers 10 verläuft. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Stromversorgungsanschlüsse 61 ₁, 61 ₂ (in 1C außerhalb des dargestellten Bereichs) und die Messanschlüsse 62 ₁, 62 ₂ von der ersten Oberfläche 10 ₁ in den Halbleiterkörper 10 und grenzen an das 2DEG 23 an, so dass in dem Hall-Sensor 60 das 2DEG 23 zwischen den einzelnen Stromversorgungsanschlüssen 61 ₁, 61 ₂ und en Messanschlüssen 62 ₁, 62 ₂ verläuft. Die Stromversorgungsanschlüsse 61 ₁, 61 ₂ und die Messanschlüsse 62 ₁, 62 ₂ umfassen beispielsweise ein elektrisch leitendes Material, wie beispielsweise ein Metall und/oder ein dotiertes Halbleitergebiet.
Die Stromversorgungsanschlüsse 61 ₁, 61 ₂ des Hall-Sensors 60 sind dazu ausgebildet, eine Stromquelle daran angeschlossen zu haben, und die Messanschlüsse 62 ₁, 62 ₂ sind dazu ausgebildet, ein Spannungsmesselement daran angeschlossen zu haben. Dies wird im Detail anhand von 3 erläutert. Das Funktionsprinzip des Hall-Sensors 60 gemäß der 1A bis 1C entspricht dem Funktionsprinzip eines herkömmlichen Hall-Sensors. Wenn also bewirkt wird, dass über die Stromversorgungsanschlüsse 61 ₁, 61 ₂ ein Strom in der dritten Richtung durch den Hall-Sensor 60, insbesondere durch das 2DEG 23 in dem Hall-Sensor 60, fließt, und wenn ein magnetisches Feld B vorhanden ist, das senkrecht zu dieser Stromflussrichtung (der dritten Richtung) verläuft, kann eine elektrische Spannung an den Messanschlüssen 62 ₁, 62 ₂ gemessen werden. Diese Spannung nimmt zu, wenn eine Feldstärke des magnetischen Felds zunimmt.
Ein magnetisches Feld B, das durch den Hall-Sensor 60 gemessen wird, kann aus einem Strom I resultieren, der über die Laststrecke des Transistors zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen 51, 52 fließt. Wenn dieser Strom zunimmt, nimmt die Feldstärke des elektrischen Feldes B zu, so dass die Spannung, die zwischen den Messanschlüssen 62 ₁, 62 ₂ gemessen werden kann, ebenfalls zunimmt. Dadurch ist die elektrische Spannung, die zwischen den Messanschlüssen 62 ₁, 62 ₂ gemessen werden kann, abhängig von dem Strom I durch die Laststrecke des Transistors. Diese elektrische Spannung ist insbesondere proportional zu dem Strom I durch den Transistor. Dadurch kann der Hall-Sensor 60 als Stromsensor funktionieren, der einen in dem Transistor fließenden Strom misst.
Der Hall-Sensor 60 kann einen Offset derart aufweisen, dass die zwischen den Messanschlüssen 62 ₁, 62 ₂ gemessene elektrische Spannung von Null verschieden ist, auch wenn der Strom I durch den Transistor Null ist. Dieser Offset kann aus einem externen magnetischen Feld resultieren, also aus einem magnetischen Feld, das nicht durch den in dem Transistor 10 fließenden Strom verursacht ist. Um diesen Offset zu kompensieren, kann die Halbleiteranordnung einen weiteren Hall-Sensor 60' (in 1B in gepunkteten Linien dargestellt) aufweisen. Dieser weitere Hall-Sensor 60' kann wie der Hall-Sensor 60 ausgebildet sein und ist ebenfalls in der zweiten Richtung y beabstandet zu dem Transistor 10 angeordnet, wobei der Hall-Sensor 60 und der weitere Hall-Sensor 60' benachbart zu gegenüberliegenden Seiten des Driftgebiets 11 angeordnet sind.
Das durch den Strom in dem Transistor 10 induzierte magnetische Feld B besitzt eine erste Richtung, wo es durch den Hall-Sensor 60 verläuft, und eine entgegengesetzte zweite Richtung, wo es durch den weiteren Sensor 60' verläuft. Das externe magnetische Feld besitzt allerdings dieselbe Richtung in beiden Hall-Sensoren 60, 60'. Das durch einen der Hall-Sensoren 60, 60' gemessene gesamte magnetische Feld ist daher die Summe des externen magnetischen Felds und des durch den Strom durch den Transistor 10 induzierten Felds, während das durch den anderen der Hall-Sensoren 60, 60' gemessene gesamte magnetische Feld die Differenz zwischen dem externen magnetischen Feld und dem durch den Strom durch den Transistor induzierten magnetischen Feld ist. Der Einfluss des externen magnetischen Feldes kann eliminiert werden durch Bilden der Differenz zwischen der Messspannung des einen Hall-Sensors 60 und der Messspannung des anderen Hall-Sensors 60'. Optional kann das Ergebnis durch 2 dividiert werden.
Bezugnehmend auf die 1A und 1C kann der Transistor elektrisch gegenüber dem Hall-Sensor 60 isoliert werden. Hierzu kann sich ein Graben 71 zwischen dem Transistor und dem Hall-Sensor 60 von der ersten Oberfläche 10 ₁ in den Halbleiterkörper 10 erstrecken. Optional ist der Graben 71 mit einem elektrisch isolierenden Material 72, wie beispielsweise einem Oxid oder einem Nitrid gefüllt. Der Graben 71 erstreckt sich durch das 2DEG 23, um das 2DEG 23 in den ersten Abschnitt in dem Transistor und den zweiten Abschnitt in dem Hall-Sensor 60 zu unterteilen. Bei dem in den 1A bis 1C dargestelltem Ausführungsbeispiel unterteilt der Graben 71 das 2DEG 23 und die zweite Schicht 30, unterteilt jedoch nicht die erste Schicht 20, die sich unterhalb des Transistors von dem Transistor zu dem Hall-Sensor 60 erstreckt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Halbleiterschicht 20 intrinsisch. In diesem Fall ist der Widerstand der intrinsischen ersten Schicht 20 so hoch verglichen mit dem Widerstand des 2DEG 23, dass der Transistor und der Hall-Sensor 60 als elektrisch voneinander isoliert angesehen werden können.
Das Realisieren des Transistors mit einer Halbleiterschicht, die Galliumnitrid umfasst, und somit das Realisieren des Hall-Sensors 60 mit einer Halbleiterschicht, die Galliumnitrid umfasst, hat den Vorteil, dass die Halbleiteranordnung auch bei hohen Temperaturen verwendet werden kann, wie beispielsweise Temperaturen bis zu 400°C. Bei diesen Temperaturen können Halbleitermaterialien mit niedrigem Bandabstand, wie beispielsweise Silizium, Galliumarsenid (GaAs) oder Indium-Antimonid (InSb), die in herkömmlichen Hall-Sensoren enthalten sind, nicht verwendet werden.
Dennoch ist das Grundprinzip, ein Halbleiterbauelement, wie beispielsweise einen Transistor, und einen Hall-Sensor in einem gemeinsamen Halbleiterkörper zu implementieren und einen Strom durch das Halbleiterbauelement durch Messen eines im Zusammenhang mit dem Strom stehenden magnetisches Feldes unter Verwendung des Hall-Sensors zu messen, selbstverständlich nicht auf einen Halbleiterkörper mit Galliumnitrid beschränkt.
Die 2A bis 2C veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung, die einen Transistor und einen Hall-Sensor aufweist, die jeweils in einem Halbleiterkörper 10 implementiert sind. Der Halbleiterkörper 10 kann Silizium als Halbleitermaterial umfassen. Bei dem in den 2A bis 2C dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Transistor wie ein herkömmlicher lateraler MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) ausgebildet und umfasst ein Sourcegebiet 13, das elektrisch an den Sourceanschluss 51 angeschlossen ist, ein Draingebiet 14, das elektrisch an den Drainanschluss 52 angeschlossen ist und das in der ersten Richtung x beabstandet zu dem Sourcegebiet 13 angeordnet ist. Der Transistor umfasst außerdem ein Driftgebiet 11 und ein Bodygebiet 12, wobei das Bodygebiet 12 zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Driftgebiet 11 angeordnet ist und wobei das Driftgebiet 11 zwischen dem Draingebiet 14 und dem Bodygebiet 12 angeordnet ist. Die Gateelektrode 53 ist benachbart zu dem Bodygebiet 12 angeordnet und ist durch ein Gatedielektrikum 64 dielektrisch gegenüber dem Halbleiterkörper 10 isoliert. Bezugnehmend auf 2A kann die Gateelektrode 53 auf einer ersten Oberfläche 10 ₁ des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. Die Gateelektrode 53 könnte auch in einem Graben angeordnet sein, der sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 10 erstreckt.
Der Transistor kann als n-leitender MOSFET oder als p-leitender MOSFET ausgebildet sein. Bei einem n-leitenden MOSFET sind die Source- und Draingebiete 13, 14 und das Driftgebiet 11 n-dotiert, während das Bodygebiet 12 p-dotiert ist. Bei einem p-leitenden MOSFET sind die einzelnen Halbleitergebiete komplementär zu den einzelnen Halbleitergebieten in einem n-leitenden MOSFET dotiert. Der Transistor könnte auch als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ausgebildet sein. Bei einem IGBT ist das Draingebiet 14 komplementär zu dem Driftgebiet 11 dotiert. Der MOSFET kann als Enhancement-MOSFET (selbstsperrender MOSFET) oder als Depletion-MOSFET (selbstleitender MOSFET) ausgebildet sein. In einem Enhancement-MOSFET grenzt das Bodygebiet 12 an das Gatedielektrikum 54 an, während in einem Depletion-MOSFET ein Kanalgebiet (nicht dargestellt) desselben Leitungstyps wie das Sourcegebiet 13 und das Driftgebiet 11 entlang des Gatedielektrikums 54 zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Gatedielektrikum 54 verläuft.
Das Funktionsprinzip des MOSFET gemäß 2A entspricht dem Funktionsprinzip eines herkömmlichen MOSFET. Der MOSFET leitet einen Strom (ist eingeschaltet) wenn eine Lastspannung zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S anliegt und wenn die Gateelektrode 53 so vorgespannt ist, dass ein leitender Kanal in dem Bodygebiet 12 zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Driftgebiet 11 vorhanden ist. Der MOSFET ist ausgeschaltet, wenn der leitende Kanal in dem Bodygebiet 12 unterbrochen ist.
Der Hall-Sensor 60 kann dem anhand der 1A bis 1C erläuterten Hall-Sensor entsprechen, mit dem Unterschied, dass der Hall-Sensor 60 gemäß der 2A bis 2C kein 2DEG enthält. Der Halbleiterkörper 10 kann eine Grunddotierungskonzentration aufweisen, die der Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11 entspricht, wobei das Sourcegebiet 13, das Bodygebiet 12 und das Draingebiet 14 höher dotierte Gebiete sind, die durch Implantations- und/oder Diffusionsprozesse hergestellt sind. Ein Dotierungstyp des Bodygebiets 12 kann komplementär zu Dotierungstypen des Sourcegebiets 13, des Draingebiets 14 und des Driftgebiets 11 sein. Das zwischen den Stromversorgungsanschlüssen 61 ₁, 61 ₂ und den Messanschlüssen 62 ₁, 62 ₂ angeordnete Halbleitergebiet des Hall-Sensors 60 kann eine Dotierungskonzentration aufweisen, die der Grunddotierungskonzentration entspricht. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Hall-Sensor 60 ein höher dotiertes Gebiet 65, das zwischen den Stromversorgungsanschlüssen 61 ₁, 61 ₂ und den Messanschlüssen 62 ₁, 62 ₂ angeordnet ist.
Bezugnehmend auf 2C umfasst der Hall-Sensor 60 optional eine Steuerelektrode 63, die in der ersten Richtung x von dem ersten Versorgungsanschluss 61 ₁ zu dem zweiten Versorgungsanschluss 61 ₂ verläuft, die durch ein Steuerdielektrikum 64 gegenüber dem Halbleiterkörper 10 dielektrisch isoliert ist und die oberhalb der ersten Oberfläche 10 ₁ des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Die Steuerelektrode 63 ist dazu ausgebildet, einen leitenden Kanal entlang der ersten Oberfläche 10 ₁ des Halbleiterkörpers 10 zwischen den ersten und zweiten Versorgungsanschlüssen 61 ₁, 61 ₂ zu erzeugen. Dieser leitende Kanal ist ein Akkumulationskanal, wenn das Halbleitergebiet zwischen den ersten und zweiten Versorgungsanschlüssen 61 ₁, 61 ₂ denselben Dotierungstyp wie die ersten und zweiten Versorgungsanschlüsse 61 ₁, 61 ₂ aufweist, und ist ein Inversionskanal, wenn das Halbleitergebiet zwischen den ersten und zweiten Versorgungsanschlüssen 61 ₁, 61 ₂ einen Dotierungstyp aufweist, der komplementär ist zu dem Dotierungstyp der ersten und zweiten Versorgungsanschlüsse 61 ₁, 61 ₂. Der leitende Kanal entlang des Steuerdielektrikums 64 ist ein Gebiet mit hoher Ladungsträgermobilität, das vergleichbar ist zu einem 2DEG zwischen einer GaN-Schicht und einer AlGaN-Schicht eines Halbleiterkörpers. Die Erzeugung dieses Gebiets mit hoher Ladungsträgermobilität wird gesteuert über einen Steueranschluss C, der an die Steuerelektrode 63 angeschlossen ist.
Wie bei dem anhand der 1A bis 1C beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Hall-Sensor 60 von dem Transistor durch einen Graben 71 getrennt sein, der optional mit einem elektrisch isolierenden Material 72 gefüllt ist. Außerdem kann, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1A bis 1C, ein weiterer Hall-Sensor 60' bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1A bis 1C vorgesehen sein. Dieser weitere Hall-Sensor 60' ist in 2B in gepunkteten Linien dargestellt.
Bezugnehmend auf die 2A und 2C kann der Halbleiterkörper 10 ein Substrat 80 umfassen, auf dem eine Halbleiterschicht angeordnet ist, in der das Driftgebiet 11, das Bodygebiet 12, das Sourcegebiet 13 und das Draingebiet 14 gebildet sind. Das Substrat 80 kann ein Halbleitersubstrat 81 und eine Isolationsschicht 82, die zwischen dem Substrat 81 und der Halbleiterschicht mit den aktiven Transistorgebieten angeordnet ist, umfassen. Die Isolationsschicht 82 ist beispielsweise eine Oxidschicht.
Sowohl bei dem in den 1A bis 1C dargstellten Ausführungsbeispiel als auch bei dem in den 2A bis 2C dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Graben 71 den Transistor oder den Hall-Sensor 60 umgeben. Bei den in den 1B und 2B dargestellten Ausführungsbeispielen umgibt der Graben 71 den Hall-Sensor 60.
3 zeigt ein Ersatzschaltbild der Halbleiteranordnung gemäß der 1A bis 1C und 2A bis 2C. In dem Schaltbild gemäß 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 den Transistor und Bezugszeichen 60 bezeichnet den Hall-Sensor. Bezugnehmend auf 3 kann der Transistor 1 in Reihe mit einer Last Z geschaltet werden, wobei die Reihenschaltung mit der Last Z und dem Transistor 1 zwischen einen Anschluss für ein positives Versorgungspotential V+ und ein negatives Versorgungspotential oder Referenzpotential GND geschaltet werden kann. Der Transistor 1 kann durch Anlegen eines geeigneten Ansteuersignals SD an dessen Gateanschluss (G) ein- und ausgeschaltet werden, so dass der Transistor 1 wie ein elektronischer Schalter wirkt, der die Last Z ein- und ausschaltet. Der Hall-Sensor 60 ist in demselben Halbleiterkörper 10 (in 3 in strichpunktierten Linien dargestellt) wie der Transistor 1 angeordnet. Im Betrieb ist eine Stromquelle 81 an die Stromversorgungsanschlüsse 61 ₁, 61 ₂ angeschlossen und treibt einen Strom I60 durch den Hall-Sensor 60. Eine Spannungsmessanordnung 62 ist an die Messanschlüsse 62 ₁, 62 ₂ angeschlossen und stellt ein Spannungsmesssignal V60 zur Verfügung, das eine Spannung zwischen den Messanschlüssen 62 ₁, 62 ₂ repräsentiert. Da diese Spannung auch ein durch den Hall-Sensor 60 erfasstes magnetisches Feld repräsentiert und da das magnetische Feld abhängig ist von einem Laststrom I durch den Transistor 1, repräsentiert das Spannungsmesssignal V60 auch den Laststrom I durch den Transistor 1.
Das Realisieren des Halbleiterbauelements als Transistor ist lediglich ein Beispiel. Statt als Transistor könnte das Halbleiterbauelement auch als beliebiges anderes Halbleiterbauelement ausgebildet sein, das geeignet ist, einen Laststrom zu leiten. Bezugnehmend auf 4 könnte das Halbleiterbauelement beispielsweise als Diode, insbesondere als eine p-i-n-Diode ausgebildet sein. In der Diode ist der erste Lastanschluss 51 an ein p-Emittergebiet 15 angeschlossen und bildet einen Anodenanschluss, während der zweite Lastanschluss 53 an ein n-Emittergebiet 16 angeschlossen ist und einen Kathodenanschluss K bildet. Zwischen den ersten und zweiten Emittergebieten 15, 16 ist ein Driftgebiet oder Basisgebiet 11 angeordnet. Das Driftgebiet ist ein p-Gebiet oder ein n-Gebiet und besitzt eine Dotierungskonzentration, die geringer ist als die Dotierungskonzentrationen der ersten und zweiten Emittergebiete 15, 16.
Abhängig von dem Dotierungstyp des Driftgebiets 11 ist ein pn-Übergang zwischen dem ersten Emittergebiet 15 und dem Driftgebiet 11 oder zwischen dem zweiten Emittergebiet 16 und dem Driftgebiet 11 gebildet. Die Diode leitet einen Strom, wenn eine elektrische Spannung zwischen den Anoden- und Kathodenanschlüssen A, K angelegt wird, die den pn-Übergang in einer Vorwärtsrichtung vorspannt. Dieser Strom durch die Diode bewirkt ein magnetisches Feld, das durch den Hall-Sensor 60 erfasst werden kann.
Die 5A bis 5C veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung, die ein als Transistor ausgebildetes Halbleiterbauelement und einen Hall-Sensor 160 aufweist. Der Transistor und der Hall-Sensor 60 sind in einem gemeinsamen Halbleiterkörper 110 angeordnet, der eine erste Oberfläche 110 ₁ und eine zweite Oberfläche 110 ₂ aufweist. 5A veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung des Halbleiterkörpers 110, 5B veranschaulicht eine horizontale Querschnittsdarstellung des Halbleiterkörpers 110 und 5C veranschaulicht eine perspektivische Schnittdarstellung eines Halbleiterkörpers 110 in einem Gebiet, in dem der Hall-Sensor 160 angeordnet ist.
Bezugnehmend auf 5A ist der Transistor als vertikaler Trenchtransistor ausgebildet und umfasst ein Driftgebiet 111, ein Bodygebiet 112, ein Sourcegebiet 113 und ein Draingebiet 114. Das Sourcegebiet 113 und das Draingebiet 114 sind in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 110 beabstandet zueinander angeordnet. Das Bodygebiet 112 ist zwischen dem Sourcegebiet 113 und dem Driftgebiet 111 angeordnet und das Driftgebiet 111 ist zwischen dem Draingebiet 114 und dem Bodygebiet 112 angeordnet. Eine Gateelektrode 121 ist in einem Graben angeordnet, der sich von der ersten Oberfläche 110 ₁ in einer vertikalen Richtung in den Halbleiterkörper 110 erstreckt. Die Gateelektrode 121 ist benachbart zu dem Bodygebiet 112 angeordnet und ist durch ein Gatedielektrikum 122 dielektrisch gegenüber dem Bodygebiet 112 isoliert. Der Transistor kann mehrere Transistorzellen aufweisen, wobei jede Transistorzelle ein Sourcegebiet 113, ein Bodygebiet 112 und einen Abschnitt der Gateelektrode 121 aufweist. Das Driftgebiet 111 und das Draingebiet 114 können den einzelnen Transistorzellen gemeinsam sein. Die einzelnen Transistorzellen sind parallel geschaltet. Hierzu ist eine Sourceelektrode 151 elektrisch an die Sourcegebiete 113 und die Bodygebiete 112 der einzelnen Transistorzellen angeschlossen. Die Sourceelektrode 151 bildet einen ersten Lastanschluss und eine Drainelektrode 152, die elektrisch an das Draingebiet 114 angeschlossen ist, bildet einen zweiten Lastanschluss. Bei dem in 5A dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sourceelektrode 151 auf einer ersten Oberfläche 110 ₁ des Halbleiterkörpers angeordnet und die Drainelektrode 152 ist auf einer zweiten Oberfläche 110 ₂ des Halbleiterkörpers 110 angeordnet.
Bezugnehmend auf 5B kann die Gateelektrode 121 mehrere streifenförmige (langgestreckte) Gateelektrodenabschnitte aufweisen, wobei die Source- und Bodygebiete 113, 112 zwischen diesen Abschnitten der Gateelektrode 121 angeordnet sind. Das Realisieren der Gateelektrode 121 mit streifenförmigen Gateelektrodenabschnitten ist nur ein Beispiel. Die Gateelektrode 121 könnte auch als Gitter mit einer rechteckförmigen oder einer beliebigen anderen polygonalen Geometrie realisiert sein. Die einzelnen Abschnitte der Gateelektrode 121 sind elektrisch an eine gemeinsame Gateelektrode (in 5A schematisch dargestellt) angeschlossen.
Wie der anhand der 2A bis 2C erläuterte Transistor kann der Trenchtransistor gemäß der 5A und 5B als n-leitender MOSFET oder IGBT oder als p-leitender MOSFET oder IGBT ausgebildet sein und kann als Enhancement- oder Depletion-Transistor ausgebildet sein. Bezüglich der Dotierungsarten des Sourcegebiets 113, des Bodygebiets 112, des Driftgebiets 113 und des Draingebiets 114 in einem MOSFET oder IGBT wird auf die obige Beschreibung der 2A bis 2C Bezug genommen, die für den Transistor gemäß 5A ebenfalls gilt.
Lediglich zu Zwecken der Erläuterung wird angenommen, dass der Transistor als n-leitender Enhancement-MOSFET ausgebildet ist. In diesem Fall sind das Sourcegebiet 113, das Driftgebiet 111 und das Draingebiet 114 n-dotiert, während das Bodygebiet 112 p-dotiert ist. Der MOSFET leitet einen Strom I (in 5A schematisch dargestellt), wenn eine positive Spannung zwischen den Drainanschluss D, der elektrisch an das Draingebiet 114 angeschlossen ist, und den Sourceanschluss S, der elektrisch an die Sourceelektrode 151 angeschlossen ist, angelegt wird und wenn ein elektrisches Potential an den Gateanschluss G angelegt wird, das einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet 112 zwischen dem Sourcegebiet 113 und dem Driftgebiet 111 erzeugt. Dieser Strom bewirkt ein magnetisches Feld B, das in den 5A und 5B ebenfalls schematisch dargestellt ist. Dieses magnetische Feld B kann durch einen Hall-Sensor 160 erfasst werden, um den Laststrom I durch den Transistor auszuwerten.
Bei dem Transistor gemäß 5 umfasst die Laststrecke des Transistors das Driftgebiet 111. Die Source- und Drainanschlüsse 151, 152 bilden erste und zweite Lastanschlüsse des Transistors. Eine erste Richtung x in der die Laststrecke verläuft, entspricht einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 110. Der Hall-Sensor 160 ist in einer zweiten Richtung y, die senkrecht zu der ersten Richtung x verläuft, beabstandet zu dem Transistor angeordnet. Bei dem in 5A dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Richtung y eine horizontale oder laterale Richtung des Halbleiterkörpers 110.
Bezugnehmend auf die 5A bis 5C umfasst der Hall-Sensor 160 eine Steuerelektrode 163, die durch ein Steuerelektrodendielektrikum 164 dielektrisch gegenüber dem Halbleiterkörper 110 isoliert ist. Wie die Gateelektrode 121 ist die Steuerelektrode 163 in einem Graben angeordnet, der sich von der ersten Oberfläche 110 ₁ in der vertikalen Richtung in den Halbleiterkörper 110 hineinerstreckt. Dieser Graben ist ein langgestreckter Graben, der so orientiert ist, dass eine Schnittstellenfläche zwischen dem Steuerelektrodendielektrikum 164 und dem Halbleiterkörper 110 annähernd senkrecht zu der zweiten Richtung y ist. Durch Anlegen eines geeigneten Potentials an die Steuerelektrode 163 kann ein Gebiet mit hoher Ladungsträgermobilität entlang dieser Schnittstellenfläche erzeugt werden. Dieses Gebiet mit hoher Ladungsträgermobilität ist ähnlich einem 2DEG zwischen einer GaN-Schicht und einer AlGaN-Schicht eines Halbleiterkörpers, Die Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ grenzen an das Steuerelektrodendielektrikum an und sind beabstandet zueinander angeordnet. Bei dem in den 5B und 5C dargestellten Ausführungsbeispielen sind diese Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ beabstandet zueinander in einer zu der zweiten Richtung y senkrechten Richtung angeordnet. Außerdem sind diese Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ im Bereich der ersten Oberfläche 110 ₁ des Halbleiterkörpers 110 angeordnet. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Diese Stromversorgungsanschlüsse könnten auch beabstandet zu der ersten Oberfläche 110 ₁ angeordnet sein.
Bezugnehmend auf 5B ist der erste Messanschluss 162 ₁ zwischen den Stromversorgungsanschlüssen 161 ₁, 161 ₂ angeordnet. Ein zweiter Messanschluss 162 ₂ ist entweder durch den Drainanschluss gebildet (in 5A dargestellt) oder ist in der zweiten Richtung y beabstandet zu dem ersten Messanschluss 162 ₁ angeordnet und ist von dem ersten Messanschluss 162 ₁ durch den Graben mit der Steuerelektrode 163 und dem Steuerdielektrikum 164 getrennt.
Die Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂, der erste Messanschluss 162 ₁ und optional der zweite Messanschluss 162 ₂ sind als dotierte Halbleitergebiete ausgebildet. Diese Halbleitergebiete können elektrisch an Anschlusselektroden (in den 5A bis 5C nicht dargestellt) zum Anschließen der Stromquelle (vgl. 81 in 3) und des Spannungsmesselements (vgl. 82 in 3) angeschlossen sein.
Bezugnehmend auf 5A ist die Steuerelektrode 163 des Hall-Sensors 160 elektrisch an einen Steueranschluss C angeschlossen, der nachfolgend auch als Hall-Sensor-Steueranschluss C bezeichnet wird. Die Steuerelektrode 163 ist dazu ausgebildet, einen elektrisch leitenden Kanal, wie beispielsweise einen Inversionskanal, entlang des Steuerelektrodendielektrikums 164 zwischen den Stromversorgungsanschlüssen 161 ₁, 161 ₂ und den Messanschlüssen 162 ₁, 162 ₂ zu steuern.
Die Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ und die Messanschlüsse 162 ₂, 162 ₃ sind dotierte Halbleitergebiete, die komplementär zu einem ersten Halbleitergebiet 165 dotiert sind, das an das Steuerelektrodendielektrikum 164 angrenzt und in das die Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ eingebettet sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel entspricht der Dotierungstyp der Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ dem Dotierungstyp der Sourcegebiete 113 und des Driftgebiets 111 und der Dotierungstyp des ersten Halbleitergebiets 165 entspricht dem Dotierungstyp des Bodygebiets 112. In diesem Fall kann die Steuerelektrode C elektrisch an die Gateelektrode G angeschlossen werden. IN diesem Fall erzeugt die Steuerelektrode 163 einen leitenden Kanal zwischen den Stromversorgungsanschlüssen 161 ₁, 161 ₂ und zwischen den Spannungsmessanschlüssen 162 ₁, 162 ₂ jedes Mal, wenn der MOSFET eingeschaltet wird, also jedes Mal, wenn ein elektrisches Potential an die Gateelektrode G angelegt wird, das einen Inversionskanal in dem Bodygebiet 112 zwischen dem Sourcegebiet 113 und dem Driftgebiet 111 erzeugt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Hall-Sensor 160 nur aktiviert, wenn der MOSFET eingeschaltet ist.
Das erste Halbleitergebiet 165, in dem die Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ angeordnet sind, kann dieselbe Dotierungskonzentration wie das Bodygebiet 112 aufweisen und kann sich so tief wie das Bodygebiet 112 in den Halbleiterkörper 110 erstrecken. Außerdem kann die Abmessung des Grabens mit der Steuerelektrode 163 der Abmessung des Grabens der Gateelektrode 121 entsprechen. In diesem Fall erstreckt sich der Graben mit der Steuerelektrode 163 durch das erste Halbleitergebiet 165 in ein zweites Halbleitergebiet 166, das eine Dotierungskonzentration entsprechend der Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11 aufweisen kann. Abhängig davon, ob der zweite Messanschluss 162 ₂ an der ersten Oberfläche 110 ₁ angeordnet ist oder durch den Drainanschluss D gebildet ist, verläuft ein elektrisch leitender Kanal zwischen den ersten und zweiten Messanschlüssen 162 ₁, 162 ₂ nur entlang des Gatedielektrikums 164 von dem ersten Messanschluss 162 ₁ auf einer Seite des Grabens um den Boden des Grabens zu dem zweiten Messanschluss 162 ₂ auf der anderen Seite des Grabens oder verläuft von dem ersten Messanschluss 162 ₁ entlang des Steuerelektrodendielektrikums 164 und durch das zweite Halbleitergebiet 166 zu dem Draingebiet 114 und dem Drainanschluss 152.
Die Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ könnten an den Positionen der Messanschlüsse 162 ₁, 162 ₂ angeordnet sein und die Messanschlüsse 162 ₁, 162 ₂ könnten an den Positionen der Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ angeordnet sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ und die Messanschlüsse 162 ₁, 162 ₂ komplementär zu den Sourcegebieten 113 und dem Driftgebiet 111 dotiert und das erste Halbleitergebiet 165 ist komplementär zu dem Bodygebiet 112 dotiert. In diesem Fall kann die Dotierungskonzentration und der Dotierungstyp des ersten Gebiets 165 dem Dotierungstyp und der Dotierungskonzentration des zweiten Gebiets 166 entsprechen. In diesem Fall steht eine zusätzliche Steuerschaltung (nicht dargestellt) zur Verfügung zum Steuern der Erzeugung eines leitenden Kanals entlang des Steuerelektrodendielektrikums 164 zwischen den einzelnen Anschlüssen 161 ₁, 161 ₂, 162 ₁, 162 ₂. Wenn das erste Gebiet 165 n-dotiert ist, wird ein negatives Potential der Steuerelektrode 163 relativ zu dem Potential des ersten Gebiets 165 benötigt, um einen leitenden Kanal entlang des Steuerelektrodendielektrikums 164 zu erzeugen.
Bezugnehmend auf 5A kann eine Isolationsschicht 140 zwischen dem Transistor und dem Hall-Sensor 160 angeordnet sein. Diese Isolationsschicht 160 kann sich in einer vertikalen Richtung von der ersten Oberfläche 110 ₁ an das Draingebiet 114 erstrecken. Das Grundprinzip des Bereitstellens eines Hall-Sensors 160, der eine Steuerelektrode ähnlich einer Gateelektrode eines MOS-Transistors aufweist, ist selbstverständlich nicht darauf beschränkt, im Zusammenhang mit einem vertikalen Trenchtransistor verwendet zu werden.
Die 6A bis 6C veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung, die einen lateralen MOS-Transistor aufweist. 6A veranschaulicht eine Draufsicht auf den Halbleiterkörper 110 in dem der Transistor und der Hall-Sensor integriert sind. 6B veranschaulicht eine vertikale Schnittdarstellung mit einem Gebiet, in dem der Halbleiterkörper integriert ist, und 6C veranschaulicht eine vertikale Schnittdarstellung in einem Gebiet, in dem der Hall-Sensor integriert ist.
Bezugnehmend auf die 6A und 6B ist der Transistor als MOS-Transistor ausgebildet, der ein Sourcegebiet 113 und ein Draingebiet 114 aufweist, die in einer ersten Richtung x, die eine horizontale Richtung des Halbleiterkörpers 110 ist, beabstandet zueinander angeordnet sind. Eine Sourceelektrode 151, die elektrisch an das Sourcegebiet 113 angeschlossen ist, bildet einen ersten Lastanschluss und eine Drainelektrode 152, die elektrisch an das Draingebiet 114 angeschlossen ist, bildet einen zweiten Lastanschluss. Der MOS-Transistor umfasst außerdem ein Bodygebiet 112 und ein Driftgebiet 111, wobei das Bodygebiet 112 zwischen dem Sourcegebiet und dem Driftgebiet 111 angeordnet ist und das Driftgebiet 111 zwischen dem Draingebiet 114 und dem Bodygebiet 112 angeordnet ist. Eine Gateelektrode 121 ist oberhalb der Oberfläche 110 ₁ des Halbleiterkörpers gebildet und ist durch ein Gatedielektrikum dielektrisch gegenüber dem Bodygebiet 112 isoliert.
Wie der anhand der 2A bis 2C und anhand der 5A bis 5C beschriebene Transistor kann der Transistor gemäß der 6A und 6B als n-leitender MOSFET oder IGBT oder als p-leitender MOSFET oder IGBT ausgebildet sein und kann als Enhancement- oder Depletion-Transistor ausgebildet sein. Bezüglich der Dotierungstypen des Sourcegebiets 113, des Bodygebiets 112, des Driftgebiets 111 und des Draingebiets 114 in einem MOSFET oder IGBT wird auf die obige Beschreibung der 2A bis 2C Bezug genommen, die für den Transistor gemäß der 6A und 6B ebenfalls gilt.
Bezugnehmend auf 6A ist der Hall-Sensor 160 in einer zweiten Richtung y, die senkrecht zu der ersten Richtung ist und die, wie die erste Richtung x, ebenfalls eine horizontale Richtung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, beabstandet zu dem Transistor angeordnet. Der Hall-Sensor 160 umfasst eine Steuerelektrode 163, die oberhalb der ersten Oberfläche 110 ₁ angeordnet ist und die durch ein Steuerelektrodendielektrikum 164 dielektrisch gegenüber dem Halbleiterkörper 110 isoliert ist. Die Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ und die Strommessanschlüsse 162 ₁, 162 ₂ sind dotierte Gebiete und sind wenigstens teilweise unterhalb der Steuerelektrode 163 angeordnet.
Die Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ sind in einer dritten Richtung beabstandet zueinander angeordnet und die Messanschlüsse 162 ₁, 162 ₂ sind in einer vierten Richtung beabstandet zueinander angeordnet, wobei eine der dritten und vierten Richtungen der ersten Richtung entsprechen kann, während die andere der dritten und vierten Richtung der zweiten Richtung entsprechen kann.
Die Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ und die Messanschlüsse 162 ₁, 162 ₂ sind in einem ersten Halbleitergebiet 165 angeordnet. Bezüglich des Funktionsprinzips und bezüglich der Dotierungstypen des ersten Halbleitergebiets 165 und der Stromversorgungsanschlüsse 161 ₁, 161 ₂ und der Messanschlüsse 162 ₁, 162 ₂ wird auf die Beschreibung der 5A bis 5C Bezug genommen, die für den Hall-Sensor der 6A bis 6C entsprechend gilt.

Claims

Halbleiteranordnung, die aufweist: einen Halbleiterkörper (10); ein Halbleiterbauelement, das erste und zweite Lastanschlüsse (51, 52) aufweist, die in einer ersten Richtung des Halbleiterkörpers (10) beabstandet zueinander angeordnet sind, und eine in dem Halbleiterkörper (10) zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen (51, 52) angeordnete Laststrecke aufweist; wenigstens einen Hall-Sensor (69, 60'), der in dem Halbleiterkörper (10) in einer zweiten Richtung, die senkrecht zu der ersten Richtung verläuft, beabstandet zu dem Halbleiterbauelement angeordnet ist und der zwei Stromversorgungsanschlüsse (61 ₁, 61 ₂) und zwei Messanschlüsse (62 ₁, 62 ₂) aufweist.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, bei der der Halbleiterkörper eine erste Halbleiterschicht (20) und eine zweite Halbleiterschicht (30), die in der vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers (10) benachbart sind, und ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) (23) zwischen der ersten Halbleiterschicht (20) und der zweiten Halbleiterschicht (30) aufweist, und wobei die Laststrecke des Halbleiterbauelements einen ersten Abschnitt des 2DEG (23) aufweist.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, bei der der Hall-Sensor einen zweiten Abschnitt des 2DEG aufweist.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 2 und 3, bei der die erste Halbleiterschicht (20) GaN und die zweite Halbleiterschicht (30) AlGaN aufweist.
Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste Richtung eine horizontale Richtung des Halbleiterkörpers (10) ist und die zweite Richtung eine zweite horizontale Richtung des Halbleiterkörpers (10) ist.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der der Halbleiterkörper (10) außerdem einen Graben (71) aufweist, der zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Hall-Sensor (60) angeordnet ist, wobei sich der Graben durch das 2DEG (23) erstreckt.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, bei der der Graben (71) mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt ist.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 6 und 7, bei der der Graben (71) das Halbleiterbauelement oder den Hall-Sensor (60) in einer horizontalen Ebene des Halbleiterkörpers (10) umgibt.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, bei der das Halbleiterbauelement ein Transistor ist, der aufweist: einen Sourceanschluss (S), der durch den ersten Lastanschluss (51) gebildet ist, einen Drainanschluss (D), der durch den zweiten Lastanschluss (52) gebildet ist, und eine Gateelektrode (53), die zwischen den Source- und Drainanschlüssen (S, D) angeordnet ist, wobei die Gateelektrode (53) die zweite Halbleiterschicht (30) kontaktiert und in der vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers (100) beabstandet zu dem 2DEG (23) angeordnet ist.
Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Stromversorgungsanschlüsse (161 ₁, 61 ₂) in einer dritten horizontalen Richtung des Halbleiterkörpers (10) beabstandet zueinander angeordnet sind und die Messanschlüsse (61 ₂, 62 ₂) in einer vierten Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zueinander angeordnet sind.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, bei der eine der dritten und vierten Richtungen der ersten Richtung entspricht und die andere der dritten und vierten Richtungen der zweiten Richtung entspricht.
Halbleiteanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die ersten und zweiten Richtungen senkrecht zueinander sind.
Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Hall-Sensor (60) außerdem eine Steuerelektrode (63; 163) aufweist, die benachbart zu einem Halbleitergebiet angeordnet ist, das zwischen den Stromversorgungsanschlüssen und den Messanschlüssen angeordnet ist, und die gegenüber diesem Halbleitergebiet durch ein Steuerelektrodendielektrikum (64; 164) dielektrisch isoliert ist.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 9 bis 13, bei der das Halbleiterbauelement ein MOS-Transistor ist und weiterhin aufweist: ein Sourcegebiet (13), das elektrisch an den ersten Lastanschluss (153) angeschlossen ist; ein Draingebiet (14), das elektrisch an den zweiten Lastanschluss (42) angeschlossen ist; ein Driftgebiet (11); ein Bodygebiet (12), das zwischen dem Sourcegebiet (13) und dem Driftgebiet (11) angeordnet ist, wobei das Driftgebiet (11) zwischen dem Bodygebiet (12) und dem Draingebiet (14) angeordnet ist; und eine Gateelektrode (53), die benachbart zu dem Bodygebiet (13) angeordnet ist und die dielektrisch durch ein Gatedielektrikum (54) gegenüber dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 13 und 14, bei der die Steuerelektrode (163) in einem Graben angeordnet ist, der in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörper (10) verläuft, und die Steuerelektrode (163) als langgestreckte Elektrode mit einer Längsrichtung ausgebildet ist.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 15, bei der die Anschlüsse eines ersten Paars, das entweder aus den Versorgungsanschlüssen (161 ₁, 161 ₂) oder den Messanschlüssen (162 ₁, 162 ₂) ausgewählt ist, in der Längsrichtung der Steuerelektrode (163) beabstandet zueinander angeordnet sind.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 16, bei der von den Anschlüssen eines zweiten Paars, das entweder aus den Versorgungsanschlüssen (161 ₁, 161 ₂) oder den Messanschlüssen (162 ₁, 162 ₂) ausgewählt ist, ein erster Anschluss zwischen den Anschlüssen des ersten Paars von Anschlüssen angeordnet ist.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 17, bei der von dem zweiten Paar von Anschlüssen der zweite Anschluss von dem ersten Anschluss durch den Graben mit der Steuerelektrode (163) getrennt ist.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 17 und 18, bei der das Halbleiterbauelement ein MOS-Transistor ist und von dem zweiten Paar von Anschlüssen der zweite Anschluss durch einen Drainanschluss des MOS-Transistors gebildet ist.
Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die weiterhin aufweist: eine Stromquelle (81), die an die Stromversorgungsanschlüsse (61 ₁, 61 ₂) des Hall-Sensors angeschlossen ist; und ein Spannungsmesselement (82), das an die Messanschlüsse (62 ₁, 62 ₂) des Hall-Sensors angeschlossen ist.