DE102016101676B3 - Elektrische schaltung, die eine halbleitervorrichtung mit einem ersten transistor und einem zweiten transistor und eine steuerschaltung enthält - Google Patents

Elektrische schaltung, die eine halbleitervorrichtung mit einem ersten transistor und einem zweiten transistor und eine steuerschaltung enthält Download PDF

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Rainald Sander
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Abstract

Eine elektrische Schaltung (10) enthält eine Halbleitervorrichtung (1). Die Halbleitervorrichtung (1) umfasst einen ersten Transistor (20) und einen zweiten Transistor (30) in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (100), wobei der erste Transistor (20) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor (30) ist. Ein erster Sourcebereich (201) des ersten Transistors (20) ist über eine erste Hauptoberfläche (110) des Halbleitersubstrats (100) mit einem ersten Sourceanschluss (272) elektrisch verbunden. Ein zweiter Drainbereich (305) des zweiten Transistors (30) ist über eine erste Hauptoberfläche (110) des Halbleitersubstrats (100) mit einem zweiten Drainanschluss (372) elektrisch verbunden. Ein erster Drainbereich (205) des ersten Transistors (20) und ein zweiter Sourcebereich (301) des zweiten Transistors (30) sind über eine zweite Hauptoberfläche (120) des Halbleitersubstrats (100) mit einem Ausgangsanschluss (374) elektrisch verbunden. Die elektrische Schaltung (10) schließt ferner eine Steuerschaltung (500) zum Steuern einer ersten Gateelektrode (210) des ersten Transistors (20) und einer zweiten Gateelektrode (310) des zweiten Transistors (30) ein.

Description

  • HINTERGRUND
  • Halbleitervorrichtungen mit Transistoren, welche geeignet verbunden werden, um Halbbrücken zu bilden, werden gewöhnlich auf dem Gebiet der Leistungselektronik genutzt. Beispielsweise können Halbbrücken zum Ansteuern von Elektromotoren oder geschalteter Netzteile verwendet werden.
  • Verbesserte Konzepte für Halbleitervorrichtungen mit zwei, in einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Transistoren werden entwickelt.
  • Aus der Druckschrift DE 199 35 100 A1 bzw. US 6 269 014 B1 ist eine Halbbrückenschaltung bekannt. Weitere Halbleitervorrichtungen sind aus den Druckschriften US 9 087 829 B2 , DE 10 2013 113 284 A1 sowie US 2015/0 137 224A1 A1 bzw. WO 2014/086 479 A1 bekannt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte elektrische Schaltung zu schaffen, die eine Halbleitervorrichtung mit zwei Transistoren und eine Steuerschaltung zum Steuern der Transistoren umfasst.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe durch den beanspruchten Gegenstand gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine elektrische Schaltung eine Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung umfasst einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat, wobei der erste Transistor vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor ist. Ein erster Sourcebereich des ersten Transistors ist über eine erste Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats mit einem ersten Sourceanschluss elektrisch verbunden. Ein zweiter Drainbereich des zweiten Transistors ist über eine erste Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats mit einem zweiten Drainanschluss elektrisch verbunden, und ein erster Drainbereich des ersten Transistors und ein zweiter Sourcebereich des zweiten Transistors sind über eine zweite Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats mit einem Ausgangsanschluss elektrisch verbunden. Die elektrische Schaltung umfasst ferner eine Steuerschaltung zum Steuern einer ersten Gateelektrode des ersten Transistors und einer zweiten Gateelektrode des zweiten Transistors.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst eine elektrische Schaltung eine Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung umfasst einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat mit einer ersten Hauptoberfläche, wobei die ersten und die zweiten Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind. Der erste Transistor umfasst einen der ersten Hauptoberfläche benachbarten ersten Sourcebereich und einen ersten Drainkontaktabschnitt, der mit einem ersten Drainbereich elektrisch verbunden ist. Der zweite Transistor umfasst einen der ersten Hauptoberfläche benachbarten zweiten Drainbereich und einen ersten Sourcekontaktabschnitt, der mit einem zweiten Sourcebereich elektrisch verbunden ist. Das Halbleitersubstrat umfasst ferner eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der erste Drainkontaktabschnitt und der erste Sourcekontaktabschnitt mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbunden sind, und eine vergrabene Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen dem ersten Transistor und der ersten Halbleiterschicht. Die vergrabene Schicht fehlt in einem Bereich zwischen der ersten Halbleiterschicht und dem zweiten Transistor. Alternativ dazu umfasst das Halbleitersubstrat ferner eine vergrabene Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten Halbleiterschicht und dem zweiten Transistor, wobei die vergrabene Schicht in einem Bereich zwischen der ersten Halbleiterschicht und dem ersten Transistor fehlt. Die elektrische Schaltung umfasst ferner eine Steuerschaltung zum Steuern einer ersten Gateelektrode des ersten Transistors und einer zweiten Gateelektrode des zweiten Transistors.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden Detailbeschreibung und nach Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung dieser Erfindung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander. Gleiche Bezugszeichen geben entsprechend ähnliche Teile an.
  • 1A zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
  • 1B zeigt ein Ersatzschaltbild einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
  • 2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
  • 3 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels der Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
  • 5A und 5B zeigen Querschnittsansichten eines in 1 veranschaulichten Transistors.
  • 5C zeigt eine horizontale Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung.
  • 5D und 5E zeigen Querschnittsansichten eines Teils bzw. Abschnitts der in 1A und 4 dargestellten Halbleitervorrichtung.
  • 6A und 6B zeigen jeweils Querschnittsansichten einer Halbleitervorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie, wie ”Oberseite”, ”Boden”, ”Vorderseite”, ”Rückseite”, ”vorne”, ”hinten” usw. in Bezug auf die Orientierung der gerade beschriebenen Figuren verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen der Erfindung in einer Anzahl von verschiedenen Orientierungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie für Zwecke der Darstellung verwendet und ist in keiner Weise begrenzend. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem durch die Patentansprüche definierten Bereich abzuweichen.
  • Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht begrenzend. Insbesondere können Elemente der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele mit Elementen von verschiedenen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
  • Die Begriffe ”haben”, ”enthalten”, ”umfassen”, ”aufweisen” und ähnliche Begriffe sind wie hierin verwendet offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen oder Merkmalen nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • In dieser Beschreibung bedeuten die Ausdrücke ”gekoppelt” und/oder ”elektrisch gekoppelt” nicht notwendigerweise eine direkte Kopplung – zwischenliegende Elemente können zwischen den ”gekoppelten” oder ”elektrisch gekoppelten” Elementen vorliegen. Der Ausdruck ”elektrisch verbunden” beabsichtigt die Beschreibung einer niederohmschen elektrischen Verbindung zwischen den elektrisch verbundenen Elementen.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von ”–” oder ”+” neben dem Dotierungstyp ”n” oder ”p”. Beispielsweise bedeutet ”n–” eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines ”n”-Dotierungsbereiches ist, während ein ”n+”-Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein ”n”-Dotierungsbereich. Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene ”n”-Dotierungsbereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben. In den Figuren werden die dotierten Bereiche häufig mit ”p” oder ”n”-dotiert bezeichnet. Diese Bezeichnung ist jedoch nicht beschränkend zu verstehen. Der Dotiertyp kann beliebig sein, solange die beschriebene Funktionalität erzielt wird. Auch können in allen Ausführungsformen die Dotiertypen vertauscht sein.
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf einen ”ersten” und einen ”zweiten” Leitfähigkeitstyp von Dotierstoffen, wobei Halbleiterteile bzw. -abschnitte damit dotiert sind. Der erste Leitfähigkeitstyp kann ein p-Typ sein, und der zweite Leitfähigkeitstyp kann ein n-Typ sein oder umgekehrt. Wie allgemein bekannt ist, können abhängig von dem Dotierungstyp oder der Polarität der Source- und Drainbereiche Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGFETs) wie etwa Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) n-Kanal- oder p-Kanal-MOSFETs sein. Beispielsweise sind in einem n-Kanal-MOSFET der Source- und der Drainbereich mit n-Typ-Dotierstoffen dotiert. In einem p-Kanal-MOSFET sind der Source- und der Drainbereich mit p-Typ-Dotierstoffen dotiert. Wie klar zu verstehen ist, können in dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung die Dotierungstypen umgekehrt werden. Wenn ein spezifischer Strompfad mittels einer Richtungssprache beschrieben wird, soll diese Sprache nur verstanden werden als ein Beschreiben des Pfades und nicht der Polarität des Stromflusses, d. h. ob der Strom von der Source zum Drain oder umgekehrt fließt. Die Figuren können polaritätsempfindliche Komponenten umfassen, beispielsweise Dioden. Wie klar zu verstehen ist, ist die spezifische Anordnung von diesen polaritätsempfindlichen Komponenten als ein Beispiel gegeben und kann invertiert werden, um die beschriebene Funktionalität zu erhalten, abhängig davon, ob der erste Leitfähigkeitstyp einen n-Typ oder einen p-Typ bedeutet.
  • Der Begriff ”lateral” und ”horizontal”, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Orientierung im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder Halbleiterkörpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Die bzw. eines Chips sein.
  • Der Begriff ”vertikal”, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats oder Halbleiterkörpers angeordnet ist.
  • Die vorliegende Beschreibung hindurch werden Elemente von Feldeffekttransistoren beschrieben. Allgemein umfasst ein Feldeffekttransistor eine Vielzahl von Transistorzellen, die parallel verbunden sind. Beispielsweise umfasst, wie im Folgenden diskutiert werden wird, jede einzelne Transistorzelle eine einzelne Gateelektrode, einen Bodybereich und weitere Komponenten. Die Gateelektroden der einzelnen Transistorzellen können mit einem gemeinsamen Anschluss, z. B. einem Gateanschluss, verbunden sein. Weitere Komponenten der einzelnen Transistorzellen, z. B. Sourcebereiche, Drainbereiche, können jeweils mit einem gemeinsamen Sourceanschluss, einem gemeinsamen Drainanschluss etc. verbunden sein. Die folgende Beschreibung beschreibt konkret die Struktur der einzelnen Transistorzellen, während allgemein auf einen Transistor verwiesen wird. Wie sich jedoch klar versteht, sind die einzelnen Transistorzellen mit einer Vielzahl von weiteren Transistorzellen verbunden, um den jeweiligen Transistor zu bilden. Einige der Komponenten der Transistorzellen wie etwa die Bodybereiche können separat voneinander ausgebildet sein. Andere Komponenten wie etwa die Drainbereiche können gemeinsam für alle parallel verbundene Transistorzellen ausgebildet sein.
  • 1A zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer elektrischen Schaltung 10, die eine Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform enthält. Die elektrische Schaltung 10 umfasst eine Halbleitervorrichtung 1 mit einem ersten Transistor 20 und einem zweiten Transistor 30, die in einem Halbleitersubstrat 100 ausgebildet sind. Der erste Transistor 20 und der zweite Transistor 30 verwirklichen Leistungstransistoren. Der erste Transistor 20 ist vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor 30. Beispielsweise können der erste Transistor und der zweite Transistor vom n-Typ-Leitfähigkeitstyp sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können der erste Transistor 20 und der zweite Transistor 30 vom p-Leitfähigkeitstyp sein.
  • Der erste Transistor 20 umfasst einen ersten Sourcebereich 201, welcher über eine erste Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats 100 mit einem ersten Sourceanschluss 272 elektrisch verbunden ist. Außerdem ist ein zweiter Drainbereich 305 des zweiten Transistors 30 über die erste Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats 100 mit einem zweiten Drainanschluss 372 elektrisch verbunden. Ein erster Drainbereich 205 des ersten Transistors 20 und ein zweiter Sourcebereich 301 des zweiten Transistors 30 sind über eine zweite Hauptoberfläche 120 des Halbleitersubstrats 100 mit einem Ausgangsanschluss 374 elektrisch verbunden. Die elektrische Schaltung 10 umfasst ferner eine Steuerschaltung 500 zum Steuern einer ersten Gateelektrode 210 des ersten Transistors 20 und einer zweiten Gateelektrode 310 des zweiten Transistors 30.
  • Der erste Transistor 20 und der zweite Transistor 30 sind in einem gemeinsamen bzw. Verbund- oder einzigen Halbleitersubstrat angeordnet. Dementsprechend sind, wie in 1A veranschaulicht ist, Komponenten des ersten Transistors 20 und des zweiten Transistors 30 in einem einzigen Halbleitersubstrat angeordnet. Wie klar zu verstehen ist, kann das Halbleitersubstrat mehrere Schichten, zum Beispiel verschiedener Leitfähigkeitstypen, umfassen, und welche durch sukzessive Bearbeitungsschritte in der Art und Weise, wie oben beschrieben worden ist, geschaffen worden sein können.
  • Die zweite Hauptoberfläche 120 des Halbleitersubstrats ist auf einer der ersten Hauptoberfläche 110 gegenüberliegenden Seite. Dementsprechend kann die Halbleitervorrichtung 1 mit einem ersten Transistor 20 und dem zweiten Transistor 30 von gegenüberliegenden Seiten des Halbleitersubstrats 100 aus kontaktiert werden. Der erste Transistor 20 umfasst eine erste Gateelektrode 210, und der zweite Transistor 30 umfasst eine zweite Gateelektrode 310.
  • Die Steuerschaltung 500 ist dafür eingerichtet, den ersten Gateanschluss 213 und den zweiten Gateanschluss 313 entsprechend anzusteuern, wodurch das Schalten der ersten bzw. zweiten Transistoren 20, 30 gesteuert wird. Digitale Signale von einem ersten Eingangsanschluss 501 und einem zweiten Eingangsanschluss 502 werden in die Steuerschaltung 500, zum Beispiel als digitale Signale, eingespeist. Die in die erste Gateelektrode 210 und die zweite Gateelektrode 310 eingespeisten Signale werden erzeugt, indem die Eingangssignale IN1, IN2, die von dem ersten Eingangsanschluss 501 bzw. dem zweiten Eingangsanschluss 502 eingespeist werden, geeignet verarbeitet werden.
  • Der erste Sourcebereich ist mit einem ersten Sourceanschluss 272 verbunden, welcher bei Erdungspotential (GND) gehalten werden kann. Der zweite Drainbereich 305 ist mit einem zweiten Drainanschluss 372 elektrisch verbunden, welcher mit einer Versorgungsspannung elektrisch verbunden sein kann. Die Steuerschaltung 500 kann durch eine erste Verbindungsleitung 503 mit dem zweiten Drainanschluss 372 elektrisch verbunden sein. Ferner kann die Steuerschaltung 500 mittels einer zweiten Verbindungsleitung 504 auch mit dem ersten Sourceanschluss 272 elektrisch verbunden sein. Ein einem Potential am zweiten Sourcebereich 301 entsprechendes Signal kann über eine Sourcekontaktleitung 505 der Steuerschaltung 500 bereitgestellt werden. Die Sourcekontaktleitung 505 kann einen niederstromigen oder stromlosen elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten Sourcebereich 301 und der Steuerschaltung 500 verwirklichen. Das dem Potential am zweiten Sourcebereich 301 entsprechende Signal kann als eine Referenzspannung zum Einstellen der Gatespannung an der zweiten Gateelektrode 310, zum Beispiel über den zweiten Gateanschluss 313, genutzt werden. Beispielsweise kann ein über die zweite Verbindungsleitung 504 bereitgestelltes Signal als eine weitere Referenzspannung zum Einstellen der Gatespannung an der ersten Gateelektrode 210, zum Beispiel über den ersten Gateanschluss 213, genutzt werden.
  • Die Ausgangsspannung kann über den Ausgangsanschluss 374 abgegeben werden. Beispielsweise kann eine Last 400 mit dem Ausgangsanschluss 374 elektrisch verbunden sein. Die Steuerschaltung 500 kann ferner Sensoren zum Messen einer Temperatur, einer Spannung oder eines Stroms der elektrischen Schaltung 10 umfassen. Beispielsweise kann ein Überstrom, eine Übertemperatur oder eine Überspannung bestimmt werden, so dass die elektrische Schaltung 10 ausgeschaltet werden kann. Gemäß weiteren Ausführungsformen können diese Sensoren in der Halbleitervorrichtung 1 angeordnet sein und können entsprechende Signale an die Steuerschaltung 500 senden, welche dann die Transistoren 20, 30 geeignet steuert.
  • Aufgrund des Merkmals, dass der erste Transistor 20 und der zweite Transistor 30 in einem einzigen Halbleitersubstrat 100 angeordnet sind, können die Steuerschaltung 500 und die Halbleitervorrichtung 1 in einer vereinfachten Art und Weise zusammengebaut werden. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 500 auf der Oberseite des Halbleitersubstrats 100 angeordnet werden. Ferner können aufgrund der Tatsache, dass der Ausgangsanschluss einer zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats benachbart angeordnet ist, wohingegen der erste Sourceanschluss und der zweite Drainanschluss über die erste Hauptoberfläche 110 kontaktiert sind, der erste Sourceanschluss 272 und der zweite Drainanschluss 372 sowie der Ausgangsanschluss 374 in einer vereinfachten Art und Weise kontaktiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform können der erste Drainbereich, der erste Sourcebereich, der zweite Sourcebereich und der zweite Drainbereich der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats benachbart angeordnet sein. Ferner kann der erste Transistor einen ersten Bodybereich und eine erste Driftzone umfassen, welche in einer ersten Richtung parallel zur ersten Hauptoberfläche angeordnet sein können. Außerdem kann der zweite Transistor einen zweiten Bodybereich und eine zweite Driftzone umfassen, welche in einer ersten Richtung parallel zur ersten Hauptoberfläche angeordnet sind. Dementsprechend können der erste Transistor 20 und der zweite Transistor 30 als laterale Transistoren verwirklicht werden. Weitere Details des ersten Transistors 20 und des zweiten Transistors 30 werden im Folgenden mit Verweis auf 4 bis 6B erläutert werden.
  • 1B zeigt ein Ersatzschaltbild der in 1A dargestellten elektrischen Schaltung. Der erste Transistor 20 und der zweite Transistor 30 sind in Reihe geschaltet, wobei der erste Drainbereich 205 mit dem zweiten Sourcebereich 301 verbunden und mit einem Ausgangsanschluss 374 verbunden ist. Die Steuerschaltung 500 umfasst einen ersten Gateanschluss 213 und einen zweiten Gateanschluss 313, welche die an die erste Gateelektrode 210 bzw. die zweite Gateelektrode 310 angelegte Gatespannung steuern. Der erste Sourceanschluss 272 ist mit dem ersten Sourcebereich 201 und ferner mit der Steuerschaltung 500 elektrisch verbunden. Außerdem ist der zweite Drainanschluss 372 mit der Steuerschaltung 500 elektrisch verbunden. Der zweite Sourcebereich 301 ist über eine Sourcekontaktleitung 505 mit der Steuerschaltung elektrisch verbunden. Die Steuerschaltung 500 empfängt ein Eingangssignal IN1, IN2 von einem ersten Eingangsanschluss 501 bzw. einem zweiten Eingangsanschluss 502. Die in 1B dargestellte Konfiguration verwirklicht eine Halbbrücke, in welcher der erste Transistor 20 einen Low-Side-Schalter verwirklicht und der zweite Transistor 30 einen High-Side-Schalter verwirklicht.
  • Auf den Ausgangsanschluss 374 kann auch als ”Phasenanschluss” verwiesen werden. Der zweite Drainbereich 305 kann mit einem Drainanschluss 372 verbunden sein, welcher bei einem Versorgungspotential gehalten werden kann. Der erste Sourcebereich 201 kann mit einem Sourceanschluss 272 verbunden sein, welcher Masse sein kann. Ferner kann eine zweite Gatespannung über einen zweiten Gateanschluss 313 an die zweite Gateelektrode 310 angelegt werden. Beispielsweise kann der Ausgangsanschluss 374 mit einer Last 400 wie etwa einem Motor verbunden sein. In dieser Ausführung kann der Motor mit Vorwärts- und Rückwärtsstrom versorgt werden. Dementsprechend enthält die in 1A und 1B gezeigte Schaltung eine Halbleitervorrichtung mit einem integral ausgebildeten Halbbrückenschalter. Die elektrische Schaltung kann in einem DC/DC-Wandler, zum Beispiel einem Buck- bzw. Abwärts- oder einem Boost- bzw. Aufwärts-Wandler, genutzt werden. Außerdem kann die Halbbrücke in einem geschalteten Netzteil verwendet werden. Eine elektrische Vorrichtung, die ferner eine Last wie in 1A dargestellt umfasst, kann zum Beispiel einen DC/DC-Wandler, ein Netzteil oder einen Motorantrieb verwirklichen.
  • 2 zeigt ein Beispiel einer Anordnung der elektrischen Schaltung 10, welche beispielsweise in 1A und 1B dargestellt worden ist. Eine Halbleitervorrichtung 1 mit einem ersten Transistor 20 und einem zweiten Transistor 30, welche in einem einzigen Halbleitersubstrat 100 angeordnet sind, können auf einem geeigneten Träger 600 angeordnet sein. Ferner kann die Steuerschaltung 500 über dem Halbleitersubstrat 100 angeordnet sein. Aufgrund der spezifischen Struktur der Halbleitervorrichtung 1 kann die Steuerschaltung 500 auf einfache und günstige Weise auf der Halbleitervorrichtung 1 montiert werden. Aufgrund der spezifischen Anordnung eines ersten Transistors und eines zweiten Transistors gibt es ferner ausreichend Raum auf der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats 100, um die Steuerschaltung 500 zu platzieren. Der Träger 600 kann ein leitfähiges Material umfassen, um so die leitfähige Schicht 130, die den zweiten Drainkontaktabschnitt 130a und den zweiten Sourcekontaktabschnitt 130b bildet, elektrisch zu kontaktieren. Die Steuerschaltung 500 kann zwischen der ersten vorderseitigen leitfähigen Schicht 135 und der zweiten vorderseitigen leitfähigen Schicht 140 platziert sein. Anschlüsse der Steuerschaltung können mit dem ersten Eingangsanschluss 501 und dem zweiten Eingangsanschluss 502 verbunden sein. Ferner kann die erste vorderseitige leitfähige Schicht 135 mit dem ersten Sourceanschluss 272 elektrisch verbunden sein. Die zweite vorderseitige leitfähige Schicht 140 kann mit dem zweiten Drainanschluss 372 elektrisch verbunden sein. Die Steuerschaltung 500 kann weiterhin über die Sourcekontaktleitung 505 mit dem zweiten Sourcebereich 301 verbunden sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Steuerschaltung getrennt von der Halbleitervorrichtung 1 mit dem ersten Transistor und dem zweiten Transistor montiert werden. Außerdem können die Steuerschaltung 500 und die Halbleitervorrichtung 1 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Steuerschaltung 500 auf verschiedene Art und Weise verwirklicht werden. Beispielsweise können beliebige der Eingangsanschlüsse in verschiedener Art und Weise implementiert sein.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der elektrischen Schaltung 10. Zusätzlich zu den hier zuvor beschriebenen Elementen umfasst die in 3 dargestellte elektrische Schaltung 10 ferner eine Ladungspumpe 700, welche dafür eingerichtet sein kann, eine an die zweite Gateelektrode 310 angelegte Spannung bezüglich der Versorgungsspannung Vdd oder der an den zweiten Drainanschluss 372 angelegten Spannung zu erhöhen. Beispielsweise kann dies in einem Fall nützlich sein, in welchem der zweite Transistor 30 als ein n-Typ-Transistor verwirklicht ist. Aufgrund des sich ändernden Potentials am zweiten Sourcebereich 301 kann es notwendig sein, eine höhere Spannung als die Versorgungsspannung an die zweite Gateelektrode 310 anzulegen. Dies kann durch eine Ladungspumpe 700 verwirklicht werden. Gemäß Ausführungsformen kann die Ladungspumpe 700 durch ein entsprechendes Schaltelement verwirklicht werden, welches Kondensatoren und Dioden umfassen kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Ladungspumpe 700 als eine Bootstrap-Schaltung umgesetzt sein. Die Ladungspumpe 700 kann in einer herkömmlich bekannten Art und Weise verwirklicht sein.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung 1, welche eine Komponente der elektrischen Schaltung 10, die oben beschrieben wurde, gemäß einer Ausführungsform bilden kann. Die in 4 dargestellte Halbleitervorrichtung 1 umfasst einen ersten Transistor 20 und einen zweiten Transistor 30. Der erste Transistor 20 und der zweite Transistor 30 sind in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat 100 mit einer ersten Hauptoberfläche 110 und einer zweiten Hauptoberfläche 120 ausgebildet. Der erste Transistor 20 umfasst einen ersten Sourcebereich 201, einen ersten Drainbereich 205, einen ersten Bodybereich 220 und eine erste Driftzone 260. Der erste Transistor 20 umfasst ferner eine erste Gateelektrode 210, welche in einem ersten Gategraben 212 angeordnet sein kann, der in der ersten Hauptoberfläche 110 dem ersten Bodybereich 220 benachbart ausgebildet ist. Die erste Gateelektrode 210 ist dafür eingerichtet, eine Leitfähigkeit eines Kanals im ersten Bodybereich 220 zu steuern. Eine Längsachse des ersten Gategrabens 212 kann in einer ersten Richtung, die parallel zur ersten Hauptoberfläche, zum Beispiel der x-Richtung, ist, verlaufen. In 4 ist der erste Gategraben 212 durch gestrichelte Linien angezeigt und vor oder hinter der dargestellten Zeichnungsebene angeordnet. Der erste Bodybereich 220 und die erste Driftzone 260 können entlang der ersten Richtung zwischen dem ersten Sourcebereich 201 und dem ersten Drainbereich 205 angeordnet sein. Der erste Transistor 20 umfasst ferner einen ersten Drainkontakt, der mit dem ersten Drainbereich 205 elektrisch verbunden ist. Der erste Drainkontakt umfasst einen ersten Drainkontaktabschnitt 206 und einen zweiten Drainkontaktabschnitt 130a. Der zweite Drainkontaktabschnitt 130a ist an der zweiten Hauptoberfläche 120 des Halbleitersubstrats 100 angeordnet. Der erste Drainkontaktabschnitt 206 umfasst ein leitfähiges Drainmaterial 115 in direktem Kontakt mit dem ersten Drainbereich 205; der erste Drainkontaktabschnitt 206 umfasst ferner einen ersten Abschnitt 112 des Halbleitersubstrats, der zwischen dem leitfähigen Drainmaterial 115 und dem zweiten Drainkontaktabschnitt 130a angeordnet ist.
  • Der zweite Transistor 30 umfasst einen zweiten Sourcebereich 301, einen zweiten Drainbereich 305, einen zweiten Bodybereich 320 und eine zweite Driftzone 360. Der zweite Transistor 30 umfasst weiterhin eine zweite Gateelektrode 310 und einen zweiten Gategraben 312 in der ersten Hauptoberfläche 110, dem zweiten Bodybereich 320 benachbart. Die zweite Gateelektrode 310 ist dafür eingerichtet, eine Leitfähigkeit eines Kanals im zweiten Bodybereich 320 zu steuern. Eine Längsachse des zweiten Gategrabens 312 kann in einer Richtung parallel zur ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats, zum Beispiel in der ersten Richtung, verlaufen. Der zweite Bodybereich 320 und die zweite Driftzone 360 können entlang der ersten Richtung zwischen dem zweiten Sourcebereich 301 und dem zweiten Drainbereich 305 angeordnet sein. Der zweite Transistor 30 umfasst ferner einen zweiten Sourcekontakt, der mit dem zweiten Sourcebereich 301 elektrisch verbunden ist. Der zweite Sourcekontakt umfasst einen ersten Sourcekontaktabschnitt 302 und einen zweiten Sourcekontaktabschnitt 130b. Der zweite Sourcekontaktabschnitt 130b ist an der zweiten Hauptoberfläche 120 des Halbleitersubstrats 100 angeordnet. Der erste Sourcekontaktabschnitt 302 umfasst ein leitfähiges Sourcematerial 116 in direktem Kontakt mit dem zweiten Sourcebereich 301; der erste Sourcekontaktabschnitt 302 umfasst ferner einen zweiten Abschnitt 113 des Halbleitersubstrats 100, der zwischen dem leitfähigen Sourcematerial 116 und dem zweiten Sourcekontaktabschnitt 130b angeordnet ist.
  • Der zweite Transistor 30 kann einen ähnlichen Aufbau wie der erste Transistor 20 aufweisen, mit der Ausnahme, dass der zweite Drainkontakt des zweiten Transistors in einer verschiedenen Art und Weise verwirklicht ist. Ferner ist der zweite Sourcekontakt in einer verschiedenen Art und Weise so verwirklicht, dass der zweite Sourcekontakt den zweiten Sourcebereich 301 mit der leitfähigen Schicht (rückseitigen Metallisierungsschicht) 130 elektrisch verbindet, die an der zweiten Hauptoberfläche 120 des Halbleitersubstrats angeordnet ist. Der erste Transistor 20 und der zweite Transistor 30 sind vom gleichen Leitfähigkeitstyp, wobei sie zum Beispiel einen n-Typ-Kanal aufweisen. Dementsprechend sind der erste Bodybereich 220 und der zweite Bodybereich 320 von dem gleichen Leitfähigkeitstyp, zum Beispiel dem p-Typ.
  • Gemäß der in 4 dargestellten Ausführung bilden der erste Teil bzw. Abschnitt 112 des Halbleitersubstrats 100 und der zweite Abschnitt 113 des Halbleitersubstrats einen Teil einer ersten Schicht 129, die der zweiten Hauptoberfläche 120 benachbart ist. Die erste Schicht 129 kontaktiert elektrisch eine leitfähige Schicht 130 an der Rückseite (zweite Hauptoberfläche) 120 des Halbleitersubstrats. Der erste Drainkontakt des ersten Transistors 20 kann sich vom ersten Drainbereich 205 in das Halbleitersubstrat 100 erstrecken und kann einen Abschnitt der ersten Schicht 129 umfassen. Desgleichen kann der zweite Sourcekontakt sich von dem zweiten Sourcebereich 301 in das Halbleitersubstrat 100 erstrecken und kann einen Abschnitt der ersten Schicht 129 umfassen. Ein gemeinsamer Ausgangsanschluss 374 kann mit der leitfähigen Schicht 130 elektrisch verbunden sein, welche der zweiten Hauptoberfläche 120 des Halbleitersubstrats benachbart angeordnet ist. Dementsprechend sind der erste Drainbereich 205 und der zweite Sourcebereich 301 mit einem Ausgangsanschluss 374 elektrisch verbunden.
  • Der erste Sourcebereich 201 ist über den Sourcekontakt 202 mit einem ersten Sourceanschluss 272 elektrisch verbunden. Eine erste vorderseitige leitfähige Schicht 135 kann einer ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats benachbart angeordnet sein und über den ersten Sourcekontakt 202 mit dem ersten Sourcebereich 201 des ersten Transistors 20 elektrisch verbunden sein. Eine zweite vorderseitige leitfähige Schicht 140 kann der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats benachbart angeordnet sein und über den zweiten Drainkontakt 306 mit dem zweiten Drainbereich 305 des zweiten Transistors 30 elektrisch verbunden sein. Dementsprechend verwirklicht die in 4 veranschaulichte Halbleitervorrichtung eine vertikale Halbleitervorrichtung und kann von gegenüberliegenden Seiten des Halbleitersubstrats 100 aus kontaktiert werden. Die erste vorderseitige leitfähige Schicht 135 und die zweite vorderseitige leitfähige Schicht 140 können durch Metallisierungsschichten verwirklicht sein.
  • Wie in 4 ferner veranschaulicht ist, kann gemäß einer Ausführungsform die Sourcekontaktleitung 505 durch einen Kontaktgraben 133 verwirklicht sein, der mit einem leitfähigen Material gefüllt ist. Der Kontaktgraben 133 kontaktiert die erste Schicht 129, die der zweiten Hauptoberfläche 120 benachbart ist, wodurch ein Kontakt mit dem zweiten Abschnitt 113 des Halbleitersubstrats 100 ermöglicht wird. Die Sourcekontaktleitung 505 ist mit der Steuerschaltung 500 elektrisch verbunden. Wie klar zu verstehen ist, kann die Sourcekontaktleitung 505 in einer alternativen Art und Weise verwirklicht sein. Der Kontaktgraben 133 kann in einer ähnlichen Art und Weise wie die Sourcekontaktvertiefung 119 oder die Drainkontaktvertiefung 117 verwirklicht sein.
  • Die erste Gateelektrode 210 und die zweite Gateelektrode 310 sind der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats benachbart angeordnet. Demgemäß sind die erste und die zweite Gateelektrode 210, 310 dafür eingerichtet, einen horizontalen Stromfluss zu steuern. Das Halbleitersubstrat 100 kann eine erste Schicht 129 mit dem ersten Abschnitt 112 und dem zweiten Abschnitt 113 aufweisen, die mit der gleichen Dotierungskonzentration und mit dem gleichen Dotierungstyp dotiert sein können. Zum Beispiel können der erste Abschnitt 112 und der zweite Abschnitt 113 mit dem ersten Leitfähigkeitstyp, zum Beispiel p+-Typ, dotiert sein. Das Halbleitersubstrat 100 kann zusätzlich einen weiteren Substratabschnitt 114 des ersten Leitfähigkeitstyps bei einer geringeren Dotierungskonzentration als die ersten und zweiten Substratabschnitte umfassen. Der weitere Substratabschnitt 114 kann zwischen dem zweiten Substratabschnitt 113 und der Driftzone 360 und dem Bodybereich 320 des zweiten Transistors 30 angeordnet sein. Das Halbleitersubstrat 100 kann ferner einen dritten Substratabschnitt 216 zwischen dem ersten Substratabschnitt 112 und der Driftzone 260 und dem Bodybereich 220 des ersten Transistors 20 umfassen. Der dritte Substratabschnitt 216 kann vom zweiten oder ersten Leitfähigkeitstyp sein. Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform ist der dritte Substratabschnitt 216 vom zweiten Leitfähigkeitstyp.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Halbleitervorrichtung eine vergrabene Schicht 215 des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen dem ersten Abschnitt 112 des Substrats und dem ersten Bodybereich 220 und der ersten Driftzone 260 des ersten Transistors 20. Gemäß dieser Ausführungsform ist die vergrabene Schicht 215 nicht zwischen dem zweiten Abschnitt 113 des Substrats und dem zweiten Bodybereich 320 und der zweiten Driftzone 360 des zweiten Transistors angeordnet.
  • Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform sind der erste und der zweite Bodybereich 220, 320 vom ersten Leitfähigkeitstyp, und die erste und die zweite Driftzone 260, 360 sind vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Wie in 4 ferner veranschaulicht ist, kann der dritte Substratabschnitt 216 zwischen der vergrabenen Schicht 215 und dem ersten Bodybereich 220 und der ersten Driftzone 260 angeordnet sein. Aufgrund des Vorhandenseins eines pn-Übergangs mit der vergrabenen Schicht 215 kann der erste Transistor 20 von dem ersten Substratabschnitt 112 und dem zweiten Substratabschnitt 113, welche über den ersten Drainkontakt mit dem ersten Drainbereich 205 elektrisch verbunden sind, wirksam isoliert werden.
  • Als eine Folge wird es möglich, zwei Transistoren auf einen gemeinsamen oder Verbundhalbleitersubstrat 100 so zu integrieren, dass der erste Drainbereich 205 und der zweite Sourcebereich 301 mit einem gemeinsamen Anschluss elektrisch verbunden sind. Beispielsweise können die beiden Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp sein. Insbesondere sind die beiden Transistoren auf solch eine Weise integriert, dass die beiden Transistoren von der ersten Hauptoberfläche 110 bzw. der zweiten Hauptoberfläche 120 aus kontaktiert werden können. Gleichzeitig ist der erste Transistor 20 von dem ersten Drainbereich 205 und dem zweiten Sourcebereich 301 wirksam isoliert.
  • Das leitfähige Drainmaterial 115 kann in einer Drainkontaktvertiefung 117 angeordnet sein, die in der ersten Hauptoberfläche 110 ausgebildet ist. Die Drainkontaktvertiefung 117 kann sich von der ersten Hauptoberfläche 110 durch die vergrabene Schicht 215 zum ersten Substratabschnitt 112 erstrecken. Das leitfähige Sourcematerial 116 kann in einer Sourcekontaktvertiefung 119 angeordnet sein, die in der ersten Hauptoberfläche 110 ausgebildet sein kann. Die Sourcekontaktvertiefung 119 kann sich bis zum zweiten Substratabschnitt 113 erstrecken. Der zweite Sourcebereich 301 kann an der Seitenwand 172 der Sourcekontaktvertiefung 119 ausgebildet sein. Der erste Drainbereich 205 kann an der Seitenwand 118 der Drainkontaktvertiefung 117 ausgebildet sein. Die Halbleitervorrichtung kann ferner einen Sourcekontaktgraben 203 zum Kontaktieren des ersten Sourcebereichs 201 umfassen. Der Sourcekontaktgraben 203 kann mit einem leitfähigen Sourcematerial 115 gefüllt sein. Der Sourcekontaktgraben 203 erstreckt sich von der ersten Hauptoberfläche 110 in das Halbleitersubstrat, zum Beispiel bis zu einer Tiefe, die zumindest einer Tiefe des ersten Sourcebereichs 201 entspricht. Die Sourcekontaktvertiefung 119 des zweiten Transistors 30 erstreckt sich bis zu einer größeren Tiefe als der Sourcekontaktgraben 203.
  • Die vergrabene Schicht 215 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann mit einer hohen Dotierungskonzentration dotiert sein. Zum Beispiel kann die Dotierungskonzentration höher als 1e19 cm–3 sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die vergrabene Schicht 215 mit einer geringeren Dotierungskonzentration als oben angegeben dotiert sein. Die vergrabene Schicht 215 sollte während einer Transistoraktion nicht verarmt sein, um die isolierenden Eigenschaften aufrecht zu erhalten. Die vergrabene Schicht 215 kann in einer vertikalen Distanz bezüglich der Komponenten des ersten Transistors 20 angeordnet sein. Beispielsweise kann die vergrabene Halbleiterschicht 215 in einer Distanz zum ersten Bodybereich 220 und in einer Distanz zur ersten Driftzone 260 angeordnet sein. Die Distanz zwischen dem ersten Bodybereich 220 und der vergrabenen Schicht 215 sollte so eingestellt werden, dass für die gewünschten isolierenden Eigenschaften gesorgt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann, wie mit Verweis auf 6A diskutiert werden wird, die vergrabene Halbleiterschicht 315 des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen dem zweiten Substratabschnitt 113 und dem Bodybereich 320 und der Driftzone 360 des zweiten Transistors 30 angeordnet sein. Gemäß dieser Ausführungsform ist die vergrabene Halbleiterschicht 315 nicht zwischen dem ersten Substratabschnitt 112 und dem Bodybereich 220 und der ersten Driftzone 260 angeordnet.
  • Gemäß der Ausführungsform von 4 erstreckt sich das leitfähige Drainmaterial 115 tief in das Halbleitersubstrat, zum Beispiel bis zum ersten Abschnitt 112 des Halbleitersubstrats. Ferner kann das leitfähige Sourcematerial 116 sich tief in das Halbleitersubstrat, zum Beispiel bis zum zweiten Abschnitt 113 des Halbleitersubstrats, erstrecken. Als Folge kann ein parasitärer Bipolartransistor verschlechtert oder unterdrückt werden. Beispielsweise kann die erste Schicht 129, die den ersten Abschnitt 112 und den zweiten Abschnitt 113 umfasst, mit einer Dotierungskonzentration von 1e19 cm–3 dotiert sein. Als Folge unterdrücken die hochdotierten Abschnitte 112, 113 einen Transistor, zum Beispiel einen npn-Transistor, welcher ansonsten in diesem Bereich ausgebildet werden könnte. Ein dotierter Abschnitt 121, 122 des ersten Leitfähigkeitstyps kann zwischen dem leitfähigen Drainmaterial 115 und dem ersten Abschnitt 112 des Halbleitersubstrats und zwischen dem leitfähigen Sourcematerial 116 und dem zweiten Abschnitt 113 des Halbleitersubstrats angeordnet sein.
  • Die Drainkontaktvertiefung 117 und die Sourcekontaktvertiefung 119 können im Halbleitersubstrat 100 von der ersten Hauptoberfläche 110 aus so ausgebildet werden, dass sie sich in die Tiefenrichtung, zum Beispiel die z-Richtung des Substrats 100, erstrecken. Die Tiefe der Drainkontaktvertiefung 117 und der Sourcekontaktvertiefung 119 kann größer eine Tiefe des Gategrabens 212 sein. Die Tiefe der Drainkontaktvertiefung 117 und der Sourcekontaktvertiefung 119 kann annähernd 3 bis 20 μm, zum Beispiel 4 μm, betragen.
  • Ein isolierendes Material 253 kann über der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats so ausgebildet werden, dass der erste Drainbereich 205 nicht mit einem an der ersten Hauptoberfläche 110 angeordneten leitfähigen Material elektrisch gekoppelt ist. Ebenso kann der zweite Sourcebereich 301 von einem leitfähigen Element an der Oberseite des Halbleitersubstrats getrennt sein.
  • Gemäß der in 4 gezeigten Ausführungsform sind der erste Drainbereich 205 und der zweite Sourcebereich 301 mit einer auf der zweiten Hauptoberfläche 120 des Halbleitersubstrats 100 angeordneten leitfähigen Schicht 130 mittels des ersten Drainkontaktabschnitts 206 elektrisch verbunden, der ein leitfähiges Drainmaterial 115 in der Drainkontaktvertiefung 117 und den ersten Abschnitt 112 des Halbleitersubstrats umfasst. Ferner ist der zweite Sourcebereich 301 mit der auf der zweiten Hauptoberfläche 120 des Halbleitersubstrats 100 angeordneten leitfähigen Schicht 130 mittels des zweiten Sourcekontaktabschnitts 302 elektrisch verbunden, der ein leitfähiges Sourcematerial 116 in der Sourcekontaktvertiefung 119 und den zweiten Abschnitt 113 der Halbleitersubstrats umfasst. Als Folge verwirklichen der erste Drainkontakt und der zweite Sourcekontakt einen vertikalen Kontakt zur Rückseite der Halbleitervorrichtung 1 mittels eines niederohmigen leitfähigen Drainmaterials 115 und eines niederohmigen leitfähigen Sourcematerials 116, welche in die Drainkontaktvertiefung 117 bzw. die Sourcekontaktvertiefung 119 gefüllt sind. Das leitfähige Drainmaterial 115 und das leitfähige Sourcematerial 116 können ein Metall wie etwa Wolfram umfassen. Weitere Beispiele des leitfähigen Sourcematerials 116 und des leitfähigen Drainmaterials 116 umfassen Polysilizium. Beispiele der Materialien der Metallisierungsschicht umfassen Metalle wie etwa Wolfram, die optional geeignete dazwischenliegende Schichten umfassen.
  • Wie oben erwähnt worden ist, umfassen Leistungstransistoren im Allgemeinen eine Vielzahl von Transistorzellen, die parallel miteinander verbunden sind. Jede der Transistorzellen kann die Struktur wie hierin mit Verweis auf die gezeigten Figuren beschrieben aufweisen. Beispielsweise kann eine Vielzahl paralleler Transistorzellen entlang der zweiten Richtung, zum Beispiel der y-Richtung, angeordnet sein und parallel verbunden sein, um einen Transistor zu schaffen. Weitere Transistorzellen des Transistors können in einer gespiegelten Art und Weise bezüglich des Drainbereichs und des Sourcebereichs angeordnet sein. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung kann der Ausdruck ”Halbleitervorrichtung” sich auf die einzelnen Transistoren 20, 30 beziehen, wobei die Transistoren eine Vielzahl von Transistorzellen umfassen.
  • Die erste Gateelektrode 210 ist mittels der ersten Gate-Dielektrikumschicht 211 vom ersten Bodybereich 220 isoliert. Desgleichen ist die zweite Gateelektrode 310 mittels der zweiten Gate-Dielektrikumschicht 311 vom zweiten Bodybereich 320 isoliert. Die erste Gateelektrode 210 kann mit einem ersten Gateanschluss 213 elektrisch verbunden sein. Die zweite Gateelektrode 310 des zweiten Transistors kann mit einem zweiten Gateanschluss 313 elektrisch verbunden sein. Der erste Transistor und/oder der zweite Transistor 30 kann/können ferner eine Feldplatte 250, 350 aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform kann die erste oder die zweite Feldplatte 250, 350 als eine planare Feldplatte gestaltet sein, die über der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats angeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Feldplatte in einem Feldplattengraben 252, 352 angeordnet sein, der im Halbleitersubstrat verläuft. Die Feldplatte 250, 350 kann mittels einer Feld-Dielektrikumschicht 251, 351 von den Driftzonen 260, 360 isoliert sein.
  • Die in 4 dargestellte Halbleitervorrichtung umfasst weiter einen ersten und einen zweiten Bodykontaktabschnitt 225, 325. Der erste Bodykontaktabschnitt 225 verbindet den ersten Bodybereich 220 elektrisch mit dem ersten Sourcekontakt 202.
  • Der zweite Bodykontaktabschnitt 325 koppelt den zweiten Bodybereich 320 elektrisch mit dem zweiten Sourcekontakt 302. Die ersten und die zweiten Bodykontaktabschnitte 225, 325 sind mit einem ersten Leitfähigkeitstyp dotiert. Aufgrund des Vorhandenseins der Bodykontaktabschnitte 225, 325 kann die Unterdrückung eines parasitären Bipolartransistors verbessert werden. Der Bodykontaktabschnitt 225, 325 kann als ein horizontaler Bodykontaktabschnitt 225b, 325b verwirklicht sein, der als ein Teil bzw. Abschnitt einer entsprechend dotierten Schicht zwischen den ersten und/oder zweiten Bodybereichen 220, 320 angeordnet ist. Ein vertikaler Bodykontaktabschnitt 225a, 325a wird im Folgenden mit Verweis auf 5B und 5C erläutert werden.
  • Wie in 4 ferner gezeigt ist, kann gemäß einer Ausführungsform dem zweiten Drainkontakt 306 benachbart eine Lawinen-Klemmdiode 107 gebildet werden. Detaillierter beschrieben bilden der zweite Drainbereich 305 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der weitere Substratabschnitt 114 des ersten Leitfähigkeitstyps das Halbleitersubstrats eine pn-Diode 107, welche einen Lawinendurchbruch im Fall eines Durchschlags der Halbleitervorrichtung hervorrufen kann. Dadurch kann ein Lawinendurchbruch im Driftbereich vermieden werden, welcher zu einer Drift der Vorrichtungsparameter führen könnte. Folglich werden die Eigenschaften der Vorrichtung verbessert. Durch Einstellen der Dicke der jeweils dotierten Abschnitte und durch Einstellen einer Dotierungskonzentration der dotierten Abschnitte kann die Durchschlagspannung eingestellt werden. Alternativ dazu kann eine entsprechende Lawinen-Klemmdiode dem ersten Sourcebereich 201 benachbart ausgebildet werden und eine Komponente des ersten Transistors 20 bilden.
  • Im Folgenden wird die Struktur der ersten und zweiten Transistoren 20, 30 ausführlicher erläutert werden, während auf 5A bis 5E verwiesen wird. Wie zu erkennen ist, können die ersten und die zweiten Transistoren 20, 30 in ihrer Struktur sehr ähnlich sein. Die ersten und die zweiten Transistoren 20, 30 unterscheiden sich voneinander insbesondere aufgrund der verschiedenen Strukturen der jeweiligen Source- und Drainkontakte. Die ersten und die zweiten Transistoren 20, 30 werden erläutert, indem die Struktur des zweiten Transistors 30 erklärt wird.
  • 5A zeigt eine vergrößerte Ansicht von Komponenten des zweiten Transistors 30. Die ersten und die zweiten Transistoren 20, 30 können einen horizontalen Bodykontaktabschnitt 225b, 325b umfassen. Außerdem können die ersten und die zweiten Transistoren 20, 30 ferner einen vertikalen Bodykontaktabschnitt 225a, 325a aufweisen. Beispielsweise kann der (in 4 veranschaulichte) Sourcekontaktgraben 203 eine Seitenwand 171 mit ersten und zweiten Seitenwandabschnitten 117a, 117b umfassen. Die vertikalen Bodykontaktabschnitte 225a können den zweiten Seitenwandabschnitten 117b benachbart angeordnet sein, und der erste Sourcebereich 201 kann den ersten Seitenwandabschnitten benachbart angeordnet sein. In einer ähnlichen Art und Weise umfasst die Sourcekontaktvertiefung 119 erste Seitenwandabschnitte 172a und zweite Seitenwandabschnitte 172b. Wie in 5A veranschaulicht ist, ist der zweite Sourcebereich 301 des zweiten Transistors 30 dem ersten Seitenwandabschnitt 172a benachbart.
  • 5B zeigt eine Querschnittsansicht des in 4 dargestellten zweiten Transistors, wobei die Querschnittsansicht bei einer Position genommen ist, welche entlang einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung verschoben ist. Die Querschnittsansicht von 5B ist zwischen III und III' genommen, wie auch in 5C veranschaulicht ist. Die Querschnittsansicht von 5B ist so genommen, dass ein zweiter Abschnitt 172b der Seitenwand 172 der Sourcekontaktvertiefung 119 geschnitten wird. Im Unterschied zur in 5A dargestellten Querschnittsansicht ist ein vertikaler Bodykontaktabschnitt 325a dem zweiten Abschnitt 172b der Seitenwand der Sourcekontaktvertiefung 119 benachbart oder darin ausgebildet. Dementsprechend überlappt der vertikale Bodykontaktabschnitt 325a vertikal mit dem zweiten Sourcebereich 301. Der Begriff ”überlappt vertikal mit” soll bedeuten, dass die jeweiligen Abschnitte oder Bereiche in der gleichen Tiefe verlaufen können. Detaillierter beschrieben kann es eine vertikale Ausdehnung des Halbleiterkörpers geben, bei welcher die jeweiligen Abschnitte oder Bereiche vorhanden sein können. Um konkreter zu sein, müssen die Anfangspunkte der jeweiligen Abschnitte oder Bereiche nicht zusammenfallen bzw. nicht übereinstimmen. Ferner müssen die Endpunkte der jeweiligen Abschnitte oder Bereiche nicht übereinstimmen. Der zweite Bodykontaktabschnitt 325 ist mit dem zweiten Sourcekontakt elektrisch verbunden. In einer ähnlichen Art und Weise ist der erste Bodykontaktabschnitt 225 mit dem ersten Sourcekontakt elektrisch verbunden.
  • Aufgrund des Vorhandenseins des Bodykontaktabschnitts 225, 325 und, insbesondere aufgrund des Merkmals, dass der vertikale Bodykontaktabschnitt 225a, 325a mit dem ersten Sourcebereich 201 bzw. dem zweiten Sourcebereich 301 vertikal überlappt, kann die Unterdrückung eines parasitären Bipolartransistors verbessert werden. Detaillierter beschrieben können Löcher effizient aus dem Bodybereich entfernt werden, wodurch nachteilige Effekte wie etwa ein Snap-back-Effekt verhindert werden. Dies hat einen verbesserten sicheren Betriebsbereich (SOA) zur Folge, der einem Bereich einer I-V-Charakteristik bzw. -Kennlinie entspricht, in welchem die Halbleitervorrichtung sicher betrieben werden kann.
  • 5C zeigt eine horizontale Querschnittsansicht der in 1 veranschaulichten Halbleitervorrichtung. Wie dargestellt ist, umfasst die Halbleitervorrichtung 1 einen Sourcekontaktgraben 203, eine Sourcekontaktvertiefung 119, eine Drainkontaktvertiefung 117 und einen Drainkontaktgraben 430. Die Sourcekontaktvertiefung 119 und die Drainkontaktvertiefung 117 verlaufen in einer zweiten Richtung (zum Beispiel der y-Richtung), welche zur ersten Richtung senkrecht ist. Keine der Vertiefungen und keiner der Gräben muss genau vertikale Seitenwände aufweisen. Detaillierter beschrieben können die Seitenwände auch geneigt oder gerundet sein. Zum Beispiel können beliebige der Vertiefungen und Gräben verjüngt sein.
  • Die Halbleitervorrichtung umfasst ferner erste Gategräben 212 und zweite Gategräben 312, die in der ersten Hauptoberfläche 110 der Halbleitervorrichtung ausgebildet sind. Die Halbleitervorrichtung kann ferner erste und zweite Feldplattengräben 252, 352 umfassen. Eine Längsachse der Gategräben 212 und der Feldplattengräben 252 kann in der ersten Richtung verlaufen. Der Ausdruck ”Längsachse” bezieht sich auf eine horizontale Achse, entlang welcher der jeweilige Graben eine größere Längenausdehnung als in einer anderen horizontalen Richtung hat. Die ersten Gategräben 212 strukturieren den ersten Bodybereich 220 in eine Vielzahl von Segmenten, zum Beispiel Grate oder Rippen bzw. Finnen. In einer ähnlichen Art und Weise strukturieren die zweiten Gategräben 312 den zweiten Bodybereich 320 in eine Vielzahl von Segmenten, zum Beispiel Grate oder Finnen. Dementsprechend können, wie später ausführlicher erläutert werden wird, die ersten und die zweiten Transistoren als FinFETs verwirklicht sein.
  • Die Seitenwand 171 der ersten Sourcekontaktvertiefung 119 kann in erste Abschnitte 171a und zweite Abschnitte 171b segmentiert sein. Der erste Sourcebereich 201 kann ersten Abschnitten 171a der Seitenwand benachbart oder darin angeordnet sein. Ferner kann der erste vertikale Bodykontaktabschnitt 225a zu zweiten Abschnitten 171b der Seitenwand 171 benachbart oder darin angeordnet sein. Die Distanz zwischen benachbarten Gategräben 212, 312 kann von einer Distanz zwischen benachbarten Feldplattengräben 252, 352 verschieden sein. Ein Abschnitt der Gateelektrode 210, 310 kann über der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats angeordnet sein und in der zweiten Richtung verlaufen. Ferner kann ein Abschnitt der Feldplatte 250, 350 über der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats angeordnet sein und in der zweiten Richtung verlaufen. Gemäß einer Ausführungsform können die ersten Gategräben 212 und die zweiten Gategräben 312 an der gleichen Position oder an einer verschiedenen Position, welche zum Beispiel entlang der zweiten Richtung gemessen werden kann, angeordnet sein.
  • 5D zeigt eine Querschnittsansicht des in 5A bis 5C gezeigten Transistors, wobei die Querschnittsansicht an einer Position genommen ist, so dass die zweiten Gategräben 312 geschnitten werden. Die Querschnittsansicht von 5D ist zwischen IV und IV' genommen, wie auch in 5C veranschaulicht ist. Die Querschnittsansicht von 5D zeigt die gleichen Komponenten wie 5A und 5B. Ferner erstreckt sich der zweite Gategraben 312 im Halbleitersubstrat 100 in der Tiefenrichtung, zum Beispiel der z-Richtung. 5D zeigt ferner Modifikationen der in 5A bis 5C veranschaulichten Ausführungsform. Im Unterschied zu den in 5A bis 5C gezeigten Strukturen kann sich der zweite Feldplattengraben 352 (der durch gestrichelte Linien angegeben und vor und hinter der dargestellten Ebene der Zeichnung angeordnet ist) zum weiteren Abschnitt 114 des Halbleitersubstrats erstrecken. Beispielsweise kann sich der zweite Feldplattengraben 352 bis zu einer Tiefe erstrecken, die größer als die Tiefe der zweiten Driftzone 360 ist. Als Folge kann die zweite Feldplatte 350 mit dem weiteren Abschnitt 114 des Halbleitersubstrats vertikal überlappen.
  • Gemäß einer weiteren Modifikation, die von der Tiefe des Feldplattengrabens 252, 352 unabhängig sein kann, kann sich der Drainkontaktgraben 430 bis zu dem weiteren Abschnitt 114 des Halbleitersubstrats erstrecken. Als Folge kann der zweite Drainkontakt 306 mit dem weiteren Abschnitt 114 des Halbleitersubstrats mit dem ersten Leitfähigkeitstyp vertikal überlappen. Beispielsweise kann ein Halbleiterabschnitt des zweiten Leitfähigkeitstyps dem zweiten Drainkontakt 306 benachbart angeordnet sein.
  • 5E zeigt eine Querschnittsansicht, welche entlang der zweiten Richtung genommen ist. Die Querschnittsansicht von 5E ist zwischen V und V' genommen, wie in 5C veranschaulicht ist, so dass eine Vielzahl erster Gategräben 212 geschnitten wird. Wie klar zu verstehen ist, können die zweiten Gategräben 312 die gleiche Form aufweisen, und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen. Der die einzelnen Grate oder Finnen bildende erste Bodybereich 220 kann durch benachbarte erste Gategräben 212 strukturiert sein. Die Grate weisen eine Oberseite 220a und Seitenwände 220b auf. Eine erste Gate-Dielektrikumschicht 211 ist den Seitenwänden 220b und der Oberseite 220a von jedem der Grate benachbart angeordnet. Ein leitfähiges Material ist in die Gräben 212 zwischen benachbarte Grate gefüllt, um die erste Gateelektrode 210 zu schaffen. Als Folge hat der erste Bodybereich 220 die Form eines in der ersten Richtung verlaufenden Grats. Anders ausgedrückt entspricht eine Längsachse der Grate oder der Finnen der ersten Richtung.
  • Die Seitenwände 220b können senkrecht oder unter einem Winkel von mehr als 75° bezüglich der ersten Hauptoberfläche 110 verlaufen. Die erste Gateelektrode 210 kann zumindest zwei Seiten des Grats benachbart angeordnet sein.
  • Wenn der Transistor eingeschaltet wird, zum Beispiel indem eine geeignete Spannung an die erste Gateelektrode 210 angelegt wird, wird an der Grenze zwischen dem ersten Bodybereich 220 und der ersten Gate-Dielektrikumschicht 211 eine leitfähige Inversionsschicht 214 (leitfähiger Kanal) gebildet. Dementsprechend ist der Feldeffekttransistor in einem leitenden Zustand vom ersten Sourcebereich 201 zum ersten Drainbereich 205. Falls ausgeschaltet wird, wird keine leitfähige Inversionsschicht gebildet, und der Transistor ist in einem nichtleitenden Zustand. Gemäß einer Ausführungsform verschmelzen die an gegenüberliegenden Seitenwänden 220b eines Grats ausgebildeten leitfähigen Kanalbereiche 214 nicht miteinander, so dass der erste Bodybereich 220 nicht vollständig verarmt und mit dem ersten Sourcebereich und mit dem vertikalen Bodykontaktabschnitt 225a verbunden sein kann.
  • Beispielsweise kann eine Distanz zwischen benachbarten ersten Gategräben 212, die einer Breite d1 der Grate entspricht, größer als 200 nm, z. B. 200 bis 2000 nm, zum Beispiel 400 bis 600 nm, betragen. Der Transistor kann ferner eine Feldplatte aufweisen. Wenn der Transistor ausgeschaltet wird, zum Beispiel indem eine entsprechende Spannung an die Gateelektrode angelegt wird, können Träger aus der Driftzone verarmt bzw. aufgebraucht werden. Als Folge kann eine Dotierungskonzentration der Driftzone erhöht werden, während das Sperrvermögen des Transistors beibehalten wird. Folglich kann der Einschaltwiderstand weiter reduziert werden, während das hohe Spannungssperrvermögen sichergestellt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfüllt die Breite d1 des ersten Bodybereichs 220 die folgende Beziehung: d1 ≤ 2·ld, wobei ld eine Länge einer Verarmungszone bezeichnet, welche an der Grenzfläche zwischen der ersten Gate-Dielektrikumschicht 211 und dem ersten Bodybereich 220 gebildet wird. Beispielsweise kann die Breite der Verarmungszone bestimmt werden als:
    Figure DE102016101676B3_0002
    wobei εs die Permittivität des Halbleitermaterials (11,9 × ε0 für Silizium, ε0 = 8,85 × 10–14 F/cm) bezeichnet, k die Boltzmann-Konstante (1,38066 × 10–23 J/k) bezeichnet, T die Temperatur (z. B. 300 K) bezeichnet, in den natürlichen Logarithmus bezeichnet, NA die Verunreinigungskonzentration des Halbleiterkörpers bezeichnet, ni die intrinsische Trägerkonzentration (1,45 × 1010 cm–3 für Silizium bei 27°C) bezeichnet und q die Elementarladung (1,6 × 10–19 C) bezeichnet.
  • Im Allgemeinen variiert die Länge der Verarmungszone in Abhängigkeit von der Gatespannung. Es wird angenommen, dass in einem Transistor die Länge der Verarmungszone bei einer Gatespannung, die der Schwellenspannung entspricht, der maximalen Breite der Verarmungszone entspricht. Beispielsweise kann die Breite der ersten Grate annähernd 10 bis 200 nm, zum Beispiel 20 bis 60 nm, entlang der Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats 100 betragen.
  • Gemäß der Ausführungsform, in der die Breite dl ≤ 2·ld ist, ist der Transistor ein sogenannter ”vollständig verarmter” Transistor, in welchem der erste Bodybereich 220 vollständig verarmt ist, wenn die erste Gateelektrode 210 auf eine On- bzw. Ein-Spannung gesetzt ist. In solch einem Transistor kann eine optimale Subschwellenspannung erreicht werden, und Kurzkanaleffekte können effizient unterdrückt werden, was verbesserte Vorrichtungscharakteristiken zur Folge haben kann.
  • In den Feldeffekttransistoren 20, 30, die in 5A bis 5E veranschaulicht sind, sind die ersten und zweiten Gateelektroden 210, 310 in Gategräben 212, 312 in der ersten Hauptoberfläche 110 angeordnet, um FinFETs zu bilden. Die Sourcebereiche 201, 301 erstrecken sich vertikal in das Halbleitersubstrat 100, und die Drainbereiche 205, 305 verlaufen vertikal im Halbleitersubstrat 100. Folglich können die effektive Kanalbreite und das Volumen der Drainausdehnung des Transistors stark vergrößert werden, wodurch der Einschaltwiderstand reduziert wird. Infolge der spezifischen Ausführung des ersten Drainkontaktabschnitts und des zweiten Sourcekontaktabschnitts, die sich jeweils zur zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken, können die Eigenschaften der vertikal verlaufenden Source- und Drainbereiche weiter genutzt werden.
  • Die mit Verweis auf 4 und 5A bis 5E veranschaulichte Halbleitervorrichtung 1 umfasst einen ersten Transistor 20 mit einer Vielzahl einzelner erster Transistorzellen, welche parallel verbunden sein können, und einen zweiten Transistor 30 mit einer Vielzahl einzelner zweiter Transistorzellen. Die ersten Transistorzellen können parallel verbunden sein. Die zweiten Transistorzellen können parallel verbunden sein. Die Struktur der ersten und zweiten Transistorzellen 20, 30 kann entlang der ersten und der zweiten Richtung wiederholt und gespiegelt sein. Die ersten Drainbereiche paralleler erster Transistorzellen und die zweiten Sourcebereiche paralleler zweiter Transistorzellen können mit der leitfähigen Schicht 130 (zum Beispiel einer gemeinsamen rückseitigen Metallisierungsschicht) verbunden sein, welche der zweiten Hauptoberfläche 120 des Halbleitersubstrats 100 benachbart ausgebildet ist. Die ersten Sourcebereiche paralleler erster Transistorzellen können mit der ersten vorderseitigen leitfähigen Schicht 135 verbunden sein, die auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats 100 angeordnet ist. Ferner können die zweiten Drainabschnitte benachbarter zweiter Transistorzellen mit einer zweiten vorderseitigen leitfähigen Schicht 140 verbunden sein, die auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats 100 angeordnet ist. Dementsprechend ist kein spezifisches Strukturieren der Metallisierungsschicht zum Kontaktieren von Transistorzellen der einzelnen Transistoren notwendig. Folglich kann der Herstellungsprozess weiter vereinfacht werden, und Kosten können reduziert werden. Die erste Gateelektrode 210 kann mit einem ersten Gateanschluss 213 elektrisch verbunden sein, und die zweite Gateelektrode 310 kann mit einem zweiten Gateanschluss 313 elektrisch verbunden sein. Die Feldplatte 250 kann zum Beispiel mit dem ersten Sourceanschluss 272 verbunden sein. Die zweite Feldplatte 350 kann beispielsweise mit dem Ausgangsanschluss 374 verbunden sein.
  • 6A zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der in 4 dargestellten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Bodybereiche 220, 320 nun vom zweiten Leitfähigkeitstyp, wohingegen der erste Substratabschnitt 1112 und der zweite Substratabschnitt 1113 vom ersten Leitfähigkeitstyp sind. Zum Beispiel können die ersten und zweiten Substratabschnitte 1112, 1113 vom n+-Leitfähigkeitstyp sein, wohingegen der Bodybereich vom p-Leitfähigkeitstyp sein kann. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine vergrabene Schicht 315 des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen dem zweiten Substratabschnitt 1113 und den Komponenten des zweiten Transistors 30 angeordnet. Die vergrabene Schicht 315 des zweiten Leitfähigkeitstyps kann zum Beispiel vom p+-Leitfähigkeitstyp sein. Als Konsequenz ist der zweite Drainbereich 305 von der ersten Schicht 129 wirksam isoliert, die mit dem ersten Drainbereich 205 und dem zweiten Sourcebereich 301 elektrisch verbunden ist. Die vergrabene Schicht 315 ist nicht zwischen dem ersten Substratabschnitt 1112 und den Komponenten des ersten Transistors 20 angeordnet. Der dritte Substratabschnitt 1216 und der weitere Substratabschnitt 1114 können vom ersten Leitfähigkeitstyp sein, bei einer niedrigeren Dotierungskonzentration als der erste Substratabschnitt 1112 und der zweite Substratabschnitt 1113. Die vergrabene Schicht 315 kann zwischen dem zweiten Substratabschnitt 1113 und dem weiteren Substratabschnitt 1114 angeordnet sein.
  • Gemäß der in 6A dargestellten Ausführungsform ist ein Halbleitersubstratabschnitt, der dem leitfähigen Sourcematerial 116 oder dem leitfähigen Drainmaterial 115 benachbart ist, mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp dotiert. Beispielsweise können die entsprechenden Dotierstoffe über die Seitenwände der Drainkontaktvertiefung 117 oder der Sourcekontaktvertiefung 119 eingeführt werden. Die Dotierstoffe können vom zweiten Leitfähigkeitstyp sein, um so das leitfähige Sourcematerial 116 und das leitfähige Drainmaterial 115 von den benachbarten Substratabschnitten wirksam zu isolieren. Gemäß der in 6A gezeigten Ausführungsform ist der dotierte Abschnitt 265 einem unteren Teil der Drainkontaktvertiefung 117b benachbart angeordnet. Der dotierte Abschnitt 261 ist ferner einem unteren Teil 119b der Sourcekontaktvertiefung 119 benachbart angeordnet.
  • Gemäß der in 6A dargestellten Ausführungsform können die ersten und zweiten Transistoren 20, 30 in einem Substrat mit einem Leitfähigkeitstyp ausgebildet sein, der vom Leitfähigkeitstyp des Bodybereichs 220, 320 verschieden ist.
  • 6B zeigt eine weitere Ausführungsform, gemäß welcher der dritte Substratabschnitt 216 in Kontakt mit dem ersten Transistor 20 vom ersten Leitfähigkeitstyp ist. Ferner sind die Bodybereiche 220, 320 vom ersten Leitfähigkeitstyp. Als Folge ist die Driftzone 260 des ersten Transistors 20 einer Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps benachbart. Die in 6B veranschaulichte Ausführungsform ist der in 4A gezeigten Ausführungsform sehr ähnlich, so dass deren detaillierte Beschreibung weggelassen wird. Insbesondere umfasst die Halbleitervorrichtung 1 von 6B eine vergrabene Schicht 215 des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten Schicht 129 und dem ersten Transistor 20. Die vergrabene Schicht 215 ist nicht zwischen der ersten Schicht 129 und dem zweiten Transistor 30 angeordnet. Im Unterschied zu der in 4 dargestellten Ausführungsform umfasst die Halbleitervorrichtung einen dritten Substratabschnitt 216 des ersten Leitfähigkeitstyps, der Komponenten des ersten Transistors 20 benachbart ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein dotierter Abschnitt 265 des zweiten Leitfähigkeitstyps den Seitenwänden des unteren Teils 117b der Drainkontaktvertiefung 117 benachbart angeordnet, um so eine Isolierung zwischen dem leitfähigen Drainmaterial 115 und dem dritten Substratabschnitt 216 zu schaffen. Ferner ist ein dotierter Abschnitt 261 des zweiten Leitfähigkeitstyps Seitenwänden des unteren Teils 119b der zweiten Sourcekontaktvertiefung 119 benachbart angeordnet, um so eine elektrische Isolierung zwischen dem leitfähigen Sourcematerial 116 und dem weiteren Substratabschnitt 114 zu schaffen.
  • Wie oben erläutert wurde, kann aufgrund des Vorhandenseins der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps ausschließlich zwischen dem ersten Substratabschnitt 112 und dem ersten Transistor 20 oder ausschließlich zwischen dem zweiten Substratabschnitt 113 und dem zweiten Transistor 30 jeder der ersten und zweiten Transistoren 20, 30 über einem Substratabschnitt angeordnet sein, welcher geeignet dotiert ist, um eine Isolierung zwischen Source- und Drainbereich des jeweiligen Transistors zu erzielen.
  • Die vergrabene Schicht 215, 315 kann auf einfache Weise geschaffen werden. Zum Beispiel kann die vergrabene Schicht 215 durch einen Ionenimplantationsschritt gebildet werden, in welchem jene Abschnitte des Halbleitersubstrats, welche nicht implantiert werden sollen, durch eine geeignete Maskierungsschicht maskiert sind. Danach werden weitere Schritte durchgeführt, um die weiteren Komponenten der Transistoren herzustellen. Insbesondere werden epitaktische Prozesse ausgeführt, um weitere Schichten des Substrats herzustellen, in welchen die Komponenten der Transistoren ausgebildet werden sollen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Halbleiterschicht durch einen Diffusionsprozess, zum Beispiel aus einem mit Phosphor dotierten oder mit Arsen dotierten Glas, geschaffen werden. Die dotierten Abschnitte 265, 261 können durch Diffusion aus in der Sourcekontaktvertiefung oder in der Drainkontaktvertiefung angeordnetem Borglas gebildet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Dotierstoffe aus einer borhaltigen Gasphase diffundiert werden.
  • Die hierin beschriebene Halbleitervorrichtung ermöglicht die monolithische Schaffung einer Halbbrückenschaltung. Detailliter beschrieben sind die ersten und die zweiten Transistoren 20, 30 in einem einzigen Halbleitersubstrat 100 angeordnet. Aufgrund der speziellen Struktur, in welcher der erste Sourceanschluss und der zweite Drainanschluss einer ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrats benachbart angeordnet sind, während der erste Drainbereich mit dem zweiten Sourcebereich elektrisch verbunden ist und von einer zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats aus kontaktiert werden kann, wird eine vertikale Halbleitervorrichtung verwirklicht. Insbesondere wird eine vertikale Halbleitervorrichtung mit zwei lateralen Transistoren verwirklicht. In einem lateralen Transistor wird ein Stromfluss parallel zur ersten Hauptoberfläche des Substrats bewerkstelligt. Beispielsweise können die Sourcebereiche und die Drainbereiche der ersten Hauptoberfläche benachbart angeordnet sein. Ferner können die Gateelektroden eine Längsachse parallel zur ersten Hauptoberfläche aufweisen. Die jeweiligen Source- und Drainbereiche können mittels einer vorderseitigen leitfähigen Schicht und einer rückseitigen leitfähigen Schicht kontaktiert sein, so dass die Halbbrücke auf einfache Weise mit geringem Widerstand kontaktiert werden kann.
  • Wie ohne weiteres erkannt wird, kann das in 4 veranschaulichte Konzept auch auf einen planaren Transistor angewendet werden, welcher optional eine Driftzone aufweisen kann. Dementsprechend kann eine elektrische Schaltung 10 eine Halbleitervorrichtung 1 enthalten. Die Halbleitervorrichtung 1 kann einen ersten Transistor 20 und einen zweiten Transistor 30 in einem Halbleitersubstrat 100 mit einer ersten Hauptoberfläche 110 umfassen, wobei der erste Transistor 20 und der zweite Transistor 30 vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind. Der erste Transistor 20 kann einen der ersten Hauptoberfläche benachbarten ersten Sourcebereich 201, ein erster Drainbereich 205 und einen ersten Drainkontaktabschnitt 206 umfassen, der mit dem ersten Drainbereich 205 elektrisch verbunden ist. Der zweite Transistor 30 umfasst einen zweiten Sourcebereich 301 und einen zweiten Drainbereich 305, die der ersten Hauptoberfläche 110 benachbart sind. Der zweite Transistor 30 umfasst ferner einen ersten Sourcekontaktabschnitt 302, der mit dem zweiten Sourcebereich 301 elektrisch verbunden ist. Das Halbleitersubstrat umfasst ferner eine erste Halbleiterschicht 129 eines ersten Leitfähigkeitstyps. Der erste Drainkontaktabschnitt 206 und der erste Sourcekontaktabschnitt 302 sind mit der ersten Halbleiterschicht 129 elektrisch verbunden. Das Halbleitersubstrat 100 umfasst ferner eine vergrabene Schicht 215, 315 eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Die vergrabene Schicht 215 ist zwischen dem ersten Transistor 20 und der ersten Halbleiterschicht 129 angeordnet und ist nicht zwischen dem zweiten Transistor 30 und der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Alternativ dazu ist die vergrabene Schicht 315 zwischen dem zweiten Transistor 30 und der ersten Halbleiterschicht 129 angeordnet und ist nicht zwischen dem ersten Transistor 20 und der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Die elektrische Schaltung 10 schließt ferner eine Steuerschaltung 500 ein.
  • Die erste Halbleiterschicht 129 kann einer zweiten Hauptoberfläche 120 des Halbleitersubstrats 100 benachbart angeordnet sein, so dass die erste Halbleiterschicht 129 zwischen der zweiten Hauptoberfläche 120 und der vergrabenen Schicht 215, 315 angeordnet ist.

Claims (21)

  1. Elektrische Schaltung (10), enthaltend eine Halbleitervorrichtung (1), wobei die Halbleitervorrichtung (1) umfasst: einen ersten Transistor (20) und einen zweiten Transistor (30) in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (100), wobei der erste Transistor (20) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Transistor (30) ist, einen ersten Sourcebereich (201) des ersten Transistors (20), der über eine erste Hauptoberfläche (110) des Halbleitersubstrats (100) mit einem ersten Sourceanschluss (272) elektrisch verbunden ist, einen zweiten Drainbereich (305) des zweiten Transistors (30), der über eine erste Hauptoberfläche (110) des Halbleitersubstrats (100) mit einem zweiten Drainanschluss (372) elektrisch verbunden ist, und einen ersten Drainbereich (205) des ersten Transistors (20) und einen zweiten Sourcebereich (301) des zweiten Transistors (30), die über eine zweite Hauptoberfläche (120) des Halbleitersubstrats (100) mit einem Ausgangsanschluss (374) elektrisch verbunden sind, wobei die elektrische Schaltung (10) ferner eine Steuerschaltung (500) einschließt, um eine erste Gateelektrode (210) des ersten Transistors (20) und eine zweite Gateelektrode (310) des zweiten Transistors (30) zu steuern.
  2. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 1, wobei der erste Sourcebereich (201), der erste Drainbereich (205), der zweite Sourcebereich (301) und der zweite Drainbereich (305) der ersten Hauptoberfläche (110) des Halbleitersubstrats (100) direkt benachbart angeordnet sind.
  3. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Transistor (20) ferner einen ersten Bodybereich (220) und eine erste Driftzone (260) umfasst, wobei der erste Bodybereich (220) und die erste Driftzone (260) in einer Richtung parallel zur ersten Hauptoberfläche (110) angeordnet sind, und der zweite Transistor (30) ferner einen zweiten Bodybereich (320) und eine zweite Driftzone (360) umfasst, wobei der zweite Bodybereich (320) und die zweite Driftzone (360) in einer Richtung parallel zur ersten Hauptoberfläche angeordnet sind.
  4. Elektrische Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Transistor (20) ferner einen ersten Drainkontakt aufweist, der mit dem ersten Drainbereich (205) elektrisch verbunden ist, wobei der erste Drainkontakt einen ersten Drainkontaktabschnitt (206) und einen zweiten Drainkontaktabschnitt (130a) umfasst, wobei der erste Drainkontaktabschnitt (206) ein leitfähiges Drainmaterial (115) in direktem Kontakt mit dem ersten Drainbereich (205) umfasst, wobei der erste Drainkontaktabschnitt (206) ferner einen ersten Abschnitt (112) des Halbleitersubstrats (100) zwischen dem leitfähigen Drainmaterial (115) und dem zweiten Drainkontaktabschnitt (130a) umfasst, wobei der zweite Transistor (30) ferner einen zweiten Sourcekontakt aufweist, der mit dem zweiten Sourcebereich (301) elektrisch verbunden ist, wobei der zweite Sourcekontakt einen ersten Sourcekontaktabschnitt (302) und einen zweiten Sourcekontaktabschnitt (130b) umfasst, wobei der erste Sourcekontaktabschnitt (302) ein leitfähiges Sourcematerial (116) in direktem Kontakt mit dem zweiten Sourcebereich (301) umfasst, wobei der erste Sourcekontaktabschnitt (302) ferner einen zweiten Abschnitt (113) des Halbleitersubstrats (100) umfasst, der zwischen dem leitfähigen Sourcematerial (116) und dem zweiten Sourcekontaktabschnitt (130b) angeordnet ist.
  5. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 4, wobei der zweite Sourcekontaktabschnitt (130b) und der zweite Drainkontaktabschnitt (130a) durch eine in Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche (120) angeordnete leitfähige Schicht (130) verwirklicht sind.
  6. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend eine Sourcekontaktleitung (505), die in einem Kontaktgraben (133) angeordnet ist, den zweiten Abschnitt (113) des Halbleitersubstrats und die Steuerschaltung (500) elektrisch verbindend.
  7. Elektrische Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Halbleitersubstrat und die Steuerschaltung auf einem gemeinsamen Träger (600) montiert sind.
  8. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 7, wobei die Steuerschaltung über dem Halbleitersubstrat angeordnet ist.
  9. Elektrische Schaltung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerschaltung mit dem ersten Sourceanschluss und dem zweiten Drainanschluss elektrisch verbunden ist.
  10. Elektrische Schaltung (10), einschließlich einer Halbleitervorrichtung (1), wobei die Halbleitervorrichtung (1) einen ersten Transistor (20) und einen zweiten Transistor (30) in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (100) mit einer ersten Hauptoberfläche (110) umfasst, wobei die ersten und die zweiten Transistoren (20, 30) vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind, wobei der erste Transistor (20) umfasst: einen ersten Sourcebereich (201), der der ersten Hauptoberfläche (110) benachbart ist; einen ersten Drainkontaktabschnitt (206), der mit einem ersten Drainbereich (205) elektrisch verbunden ist; wobei der zweite Transistor (30) umfasst: einen zweiten Drainbereich (305), der der ersten Hauptoberfläche (110) benachbart ist; einen ersten Sourcekontaktabschnitt (302), der mit einem zweiten Sourcebereich (301) elektrisch verbunden ist, wobei das Halbleitersubstrat (100) ferner umfasst: eine erste Halbleiterschicht (129) eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der erste Drainkontaktabschnitt (206) und der erste Sourcekontaktabschnitt (302) mit der ersten Halbleiterschicht (129) elektrisch verbunden sind, und eine vergrabene Schicht (215) eines zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen dem ersten Transistor (20) und der ersten Halbleiterschicht (129), wobei die vergrabene Schicht (215) in einem Bereich zwischen der ersten Halbleiterschicht (129) und dem zweiten Transistor (30) fehlt, wobei die elektrische Schaltung (10) ferner eine Steuerschaltung (500) umfasst, um eine erste Gateelektrode (210) des ersten Transistors (20) und eine zweite Gateelektrode (310) des zweiten Transistors (30) zu steuern.
  11. Elektrische Schaltung (10), einschließlich einer Halbleitervorrichtung (1), wobei die Halbleitervorrichtung (1) einen ersten Transistor (20) und einen zweiten Transistor (30) in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (100) mit einer ersten Hauptoberfläche (110) umfasst, wobei die ersten und die zweiten Transistoren (20, 30) vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind, wobei der erste Transistor (20) umfasst: einen ersten Sourcebereich (201), der der ersten Hauptoberfläche (110) benachbart ist; einen ersten Drainkontaktabschnitt (206), der mit einem ersten Drainbereich (205) elektrisch verbunden ist; wobei der zweite Transistor (30) umfasst: einen zweiten Drainbereich (305), der der ersten Hauptoberfläche (110) benachbart ist; einen ersten Sourcekontaktabschnitt (302), der mit einem zweiten Sourcebereich (301) elektrisch verbunden ist, wobei das Halbleitersubstrat (100) ferner umfasst: eine erste Halbleiterschicht (129) eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der erste Drainkontaktabschnitt (206) und der erste Sourcekontaktabschnitt (302) mit der ersten Halbleiterschicht (129) elektrisch verbunden sind, und eine vergrabene Schicht (315) eines zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten Halbleiterschicht (129) und dem zweiten Transistor (30), wobei die vergrabene Schicht (315) in einem Bereich zwischen der ersten Halbleiterschicht (129) und dem ersten Transistor (20) fehlt, wobei die elektrische Schaltung (10) ferner eine Steuerschaltung (500) umfasst, um eine erste Gateelektrode (210) des ersten Transistors (20) und eine zweite Gateelektrode (310) des zweiten Transistors (30) zu steuern.
  12. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erste Halbleiterschicht (129) einer zweiten Hauptoberfläche (120) des Halbleitersubstrats (100) benachbart angeordnet ist, so dass die erste Halbleiterschicht (129) zwischen der zweiten Hauptoberfläche (120) und der vergrabenen Schicht (215, 315) angeordnet ist.
  13. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 10 oder 11, wobei sich der erste Drainkontaktabschnitt (206) durch die vergrabene Schicht (215) erstreckt.
  14. Elektrische Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die ersten und die zweiten Sourcebereiche (201, 301) und die ersten und die zweiten Drainbereiche (205, 305) vom zweiten Leitfähigkeitstyp sind.
  15. Elektrische Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die ersten und die zweiten Sourcebereiche (201, 301) und die ersten und die zweiten Drainbereiche (205, 305) vom ersten Leitfähigkeitstyp sind.
  16. Elektrische Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, ferner umfassend eine leitfähige Schicht (130) in Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche (120), wobei die erste Halbleiterschicht (129) mit der leitfähigen Schicht (130) elektrisch verbunden ist.
  17. Elektrische Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei der erste Transistor (20) ferner einen ersten Bodybereich (220) und eine erste Driftzone (260) entlang einer Richtung parallel zur ersten Hauptoberfläche zwischen dem ersten Sourcebereich (201) und dem ersten Drainbereich (205) umfasst, und der zweite Transistor (30) ferner einen zweiten Bodybereich (320) und eine zweite Driftzone (360) entlang einer Richtung parallel zur ersten Hauptoberfläche zwischen dem zweiten Sourcebereich (301) und dem zweiten Drainbereich (305) umfasst.
  18. Elektrische Schaltung (10) nach Anspruch 17, wobei der erste Transistor (20) ferner eine erste Gateelektrode (210) in einem ersten Gategraben (212) in der ersten Hauptoberfläche dem ersten Bodybereich (220) benachbart umfasst, und der zweite Transistor (30) ferner eine zweite Gateelektrode (310) in einem zweiten Gategraben (312) in der ersten Hauptoberfläche dem zweiten Bodybereich (320) benachbart umfasst.
  19. Elektrische Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei das leitfähige Sourcematerial (116) des ersten Sourcekontaktabschnitts (302) in einer in der ersten Hauptoberfläche (110) ausgebildeten Sourcekontaktvertiefung (119) angeordnet ist.
  20. Elektrische Schaltung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei das leitfähige Drainmaterial (115) des ersten Drainkontaktabschnitts (206) in einer in der ersten Hauptoberfläche (110) ausgebildeten Drainkontaktvertiefung (117) angeordnet ist.
  21. Elektrische Schaltung nach Anspruch 16, ferner umfassend eine Last (400), die mit der leitfähigen Schicht (130) elektrisch verbunden ist.
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