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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft einen Feldeffekt-Leistungstransistor, bei demin unmittelbarer Nachbarschaft zu einer mitten im Zellenfeld gebildetenTemperatur- und/oder Stromerfassungseinrichtung Gebiete mit Transistorzellenangeordnet sind, deren W/L-Verhältnisihrer Kanalweite (W) zu ihrer Kanallänge (L) erhöht ist und die somit als Vorwarnstufedienen und bei Stromfilamentierungseffekten stets eine kurze Zeitfrüherfilamentieren als potenzielle Stromfilamente im Zellenfeld (110).
    公开号:DE102004021393A1
    申请号:DE102004021393
    申请日:2004-04-30
    公开日:2005-12-01
    发明作者:Norbert Krischke；Markus Dr. Zundel
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:H01L27-02
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Feldeffekt -Leistungstransistor, der einZellfeld aus einer Vielzahl von Transistorzellen mit Gateelektrodenund mit Body- und Sourceelektrodenbereichen und wenigstens eineim Halbleiterkörperintegrierte Temperatur- und/oder Stromerfassungseinrichtung aufweist.
    [0002] BisherigeDMOS-Transistoren weisen ein möglichsthomogen ausgebildetes Zellenfeld auf. Da jedoch stets leichte Fertigungsschwankungenvorliegen, sind die Zellen eines großen Zellenfeldes nie perfektidentisch. Dies führtdazu, dass in Betriebszuständen,in denen Stromfilamentierungen auftreten können, wie zum Beispiel in Anwendungenbei Linearreglern (SOA-Bereich) oder bei Avalancheeffekten (Einschaltendes parasitärenBipolartransistors bzw. Temperaturerhöhung bis zur Eigenleitung)immer die ungünstigsten(schwächsten)Zellen das Stromfilament sehr lokal begrenzt ausbilden. Dabei istder genaue Ort des Auftretens der schwächsten Zelle bzw. des Stromfilamentsnicht vorhersagbar und somit statistisch zufällig im großen Zellenfeld verteilt.
    [0003] ZurBildung eines Überlastschutzesfür Leistungstransistorensehen bisherige Konzepte Temperatur- oder Stromsensoren vor, dieam Rande oder mitten im Zellenfeld des Leistungstransistors platziert werden.Da bei den zumeist planaren Bauelementen, zum Beispiel Dioden oderBipolartransistoren von Temperaturerfassungseinrichtungen sowohlvoll sperrende Randabschlüssevom Leistungstransistorzellenfeld und der Temperaturerfassungsstruktur alsauch ein zusätzlicherSchutzring nötigsind, damit das Transistorzellenfeld und die Temperaturerfassungsstrukturnicht elektrisch sondern nur thermisch gekoppelt sind, liegt die übliche Temperaturerfassungseinrichtungund das Zellenfeld, in dem die Wärmeerzeugt wird, meist etwa 70 bis 100 μm entfernt voneinander. Dieshat zur Folge, dass sich überdiese Distanz ein großerTemperaturgradient aufbaut und dadurch nicht die wahre Temperaturim Zellenfeld sondern eine deutlich niedrigere Temperatur in der Temperaturerfassungseinrichtungdetektiert wird. Dies wiederum führthäufigzu verspätetemAbschalten, so dass das Bauteil entweder schon ganz zerstört ist oderSchädigungenerhält,die zu Zuverlässigkeitsproblemenführen.
    [0004] DE 38 31 012 A1 schlägt zur Verbesserung dieserSituation vor, möglichstmitten im Zellenfeld einen Polysiliziumwiderstand als Temperaturerfassungseinrichtungzu platzieren. Hier ist die Nähezur Wärmequelleunmittelbar gegeben. Allerdings unterliegt der Polysiliziumwiderstand,wenn er in einem Graben ausgebildet ist, großen Fertigungsschwankungenim Bereich von ca. ±30%, so dass hier mit einem Referenzpolysiliziumwiderstand im Randbereichdes Chips gearbeitet werden muss. Dieser benötigt zusätzlichen Platz, verursachtweitere Kosten und kann auch stets nur relative Temperaturänderungenzwischen Chiprand und Zellenfeld detektieren. Liegen Betriebsbedingungenvor, die das Zellenfeld relativ langsam (zum Beispiel über mehrere100 μs) aufheizen,so liegt der Chiprand auch nicht mehr auf der kalten Referenztemperatur,sondern ist auch schon in unbekanntem Maße aufgeheizt. Hieraus ergibtsich eine großeUnsicherheit bezüglichder "wahren" Temperatur im Zellenfeld.
    [0005] Durchdie oben beschriebenen Stromfilamentierungen hat ein im Zellenfeldplatzierter Temperatursensor stets den großen Nachteil, dass er ein irgendwonicht vorhersagbar im Zellenfeld zufällig auftretendes Stromfilamentnur sehr verzögertoder gar nicht detektiert, wodurch das Bauelement nicht mehr rechtzeitigabgeschaltet werden kann und zerstört wird.
    [0006] Nachdem oben Gesagten ist es Aufgabe, einen wirkungsvollen Überlastschutzfür Feldeffekt-Leistungstransistorenbereitzustellen, der das Erreichen einer kritischen Temperatur/einerkritischen Stromstärkesehr schnell detektieren kann, so dass der Leistungstransistor rechtzeitigvor seiner thermischen Selbstzerstörung abgeschaltet werden kann,selbst dann, wenn der potenzielle Ort der Überhitzung (Stromfilamentierung)inhomogen ist und statistisch im Zellenfeld auftritt.
    [0007] DieseAufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
    [0008] Gemäß einemwesentlichen Aspekt ist ein erfindungsgemäßer Feldeffekt-Leistungstransistor dadurchgekennzeichnet, dass die Temperatur- und/oder Stromerfassungseinrichtungjeweils in einem ausgewähltenSensegebiet innerhalb des Zellenfeldes gebildet ist und dass diein wenigstens einem dem Sensegebiet unmittelbar benachbartem Gebietdes Zellenfeldes liegenden Transistorzellen ein gegenüber densonstigen Transistorzellen des Zellenfeldes erhöhtes W/L-Verhältnis ihrerKanalweite zu ihrer Kanallängeaufweisen.
    [0009] Somitwird erfindungsgemäß vorgeschlagen, diepotenziellen Stromfilamente durch gezielte Layouts – oder Prozesseingriffedirekt in die Nachbarschaft der Temperaturerfassungs- oder Stromerfassungseinrichtungzu platzieren. Dies geschieht durch das gegenüber den sonstigen Transistorzellendes Zellenfeldes erhöhteW/L-Verhältnisder Kanalweite W zur KanallängeL der Transistorzellen, die sich in wenigstens einem unmittelbaran den die Stromerfassungseinrichtung bzw. Temperaturerfassungseinrichtungaufweisenden ausgewähltenSensegebiet angrenzenden Transistorzellen befinden.
    [0010] Beieinem bevorzugten Ausführungsbeispiel istein erfindungsgemäßer Feldeffekt-Leistungstransistordadurch gekennzeichnet, dass das Zellenfeld in eine Vielzahl vonZellenfeldstreifen gegliedert ist. Bei einem derartigen Feldeffekt-Leistungstransistor sindbevorzugt die Gateelektroden innerhalb von in einem Halbleiterkörper eingebrachtenGräbenund die Body- und Sourceelektrodenbereiche in den zwischen den Gräben liegendenZellenfeldstreifen angeordnet.
    [0011] Bevorzugtsind die Temperatur- und/oder Stromerfassungseinrichtungen jeweilsin einem ausgewähltenSensegraben oder einer ausgewählten Sensemesagebildet und die in ihrem W/L-Verhältnis erhöhten Transistorzellenliegen in wenigstens einem dem Sensegraben bzw. der Sensemesa benachbartenZellenfeldstreifen.
    [0012] Wiegesagt ist das W/L-Verhältnisdieser an den Sensegraben angrenzenden Zellenfeldstreifen liegendenTransistorzellen nur leicht erhöht,zum Beispiel um annähernd5 bis 20 %. Währendbei einem üblichenFeldeffekt-Leistungstransistor zum Beispiel ein W/L-Verhältnis von1,5 zu 1 vorliegt, kann das vergrößerte W/L-Verhältnis zumBeispiel 1,75 zu 1 betragen.
    [0013] ImFalle der Anwendung bei Linearreglern (SOA-Fall) filamentieren dieZellen mit erhöhtemW/L früherals diejenigen mit reguläremgroßflächig ausgebildetemW/L. Auch im Avalanchefall zündetder parasitäreBipolartransistor bei größerem Bodypinchgebietunter der n+-Source früher, so dass in beiden Fällen quasidie schwächstenZellen bewusst erzeugt wurden und bewusst direkt in die Nachbarschaftdes die Temperatur- bzw.Stromerfassungseinrichtung enthaltenden Sensegrabens bzw. Sensemesaplatziert wurden. Dadurch kann die Temperaturerfassungseinrichtungoder Stromerfassungseinrichtung schnellstmöglich auf potenzielle Filamentierungen reagierenund schon dann abschalten, bevor eine Filamentierung im großen Zellenfeldauftritt. Um die Temperatur- bzw. Stromerfassungseinrichtung im Hinblickauf ihre Reaktionsschnelligkeit optimal zu platzieren, ist die Nähe zum Gateanschlusspadzu bevorzugen. Da jedoch der Chiprand stets auf etwas niedrigererTemperatur ist als die Mitte des Zellenfelds, ist eine Position,die tendenziell zur Zellenfeldmitte hin liegt, sinnvoll. Um dieReaktionen des großenZellenfeldes gegenüberdem in seinem W/L-VerhältniserhöhtenTeil etwas zu dämpfen,könnenoptional noch kleine Widerständein die Gatezuleitungen eingebracht werden.
    [0014] ImFalle einer Stromerfassungseinrichtung befindet sich im Sensegrabenbzw. der Sensemesa ein FET-Transistor, und im Falle einer Temperaturerfassungseinrichtungweist der Sensegraben bzw. die Sensemesa eine Diode, einen Bipolartransistoroder einen Widerstand auf.
    [0015] DieErfindung ist auf alle DMOS-Technologien (planar und Trench) anwendbar.Bei Trenchtechnologien mit einzelnen isolierten Trenchstreifen ist dieerfindungsgemäße Strukturrelativ einfach integrierbar, da hier schnell reagierende Temperatur- oderStromerfassungseinrichtungen realisiert werden können. Der mit der Temperatur-oder Stromerfassungseinrichtung versehene Sensegraben oder die Sensemesaund die benachbarten Zellen werden auf dem Chip bevorzugt in Gebietenangeordnet, in denen die Erwärmungam größten ist,wie schon erwähnt,annäherndin der Mitte des Zellenfeldes. Die Anzahl der benachbarten Zellenmit erhöhtem W/L-Verhältnis istprinzipiell beliebig, die Erhöhung desW/L-Verhältnisseskann variieren und so weit erhöhtwerden, dass sich noch eine sinnvolle (Rest-) Avalanchefestigkeitergibt (falls dies in der Anwendung überhaupt gefordert wird; einigeAnwendungen werden aktiv gezenert und erreichen dadurch den Avalanchefallgar nicht). Das selbe Prinzip ist auch auf Stromerfassungseinrichtungenanwendbar, die zum Abschalten benutzt werden. Der Stromsensor würde einenerhöhtenStrom detektieren und ebenfalls früher abschalten.
    [0016] Dieobigen und weitere vorteilhafte Merkmale werden insbesondere anhandvon Ausführungsbeispieleneiner Temperaturerfassungseinrichtung in Form von Bipolartransistorenin der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, die sich auf die beiliegendeZeichnung bezieht. Die Zeichnungsfiguren zeigen im Einzelnen:
    [0017] 1 eineschematische Aufsicht auf ein Zellenfeld eines Feldeffekt-Leistungstransistorsmit einer in einem Sensegraben in der Nähe des Gatean schlusspads tendenziellin Richtung zur Chipmitte hin angeordneten Temperatur- oder Stromerfassungseinrichtung,wobei rechts und links dem Sensegraben unmittelbar benachbarte Zellenfeldstreifenmit Transistorzellen mit erhöhtenW/L-Verhältnis ausgeführt sind;
    [0018] 2 schematischeine Aufsicht auf ein Zellenfeld eines Feldeffekt-Leistungstransistors,bei dem eine Temperatur- oder Stromerfassungseinrichtung in einemannäherndin der Mitte des Zellenfelds befindlichen Sensegraben angeordnetist und bei dem zwei diesem Graben links und rechts direkt benachbarteZellenfeldstreifen mit erhöhtemW/L-Verhältnis ausgeführt sind;
    [0019] 3 eineDetailansicht des umrahmten Bereichs X in 1 in schematischerDraufsicht;
    [0020] 4A eineschematische Schrägaufsicht aufein erstes Ausführungsbeispieleines Feldeffekt-Leistungstransistors, bei dem in einem mitten im Zellenfeldliegenden besonderen Sensegraben ein Bipolartransistor als Temperaturerfassungseinrichtungangeordnet ist;
    [0021] 4B eineschematische Schrägaufsicht aufeine Variante des ersten Ausführungsbeispiels desFeldeffekt-Leistungstransistors, bei dem ein als Temperaturerfassungseinrichtungdienender Bipolartransistor in einer mitten im Zellenfeld liegendenausgewähltenSensemesa angeordnet ist;
    [0022] 5 eineschematische Schrägaufsichteines zweiten Ausführungsbeispielseines Feldeffekt-Leistungstransistors mit einer Temperaturerfassungseinrichtungin Form eines Bipolartransistors, der in einem mitten im Zellenfeldliegenden besonderen Sensegraben gebildet ist;
    [0023] 6 eineschematische Schrägaufsichtauf ein drittes Ausführungsbeispieleines Feldeffekt-Leistungstransistors einer Temperaturerfassungseinrichtung,die in Form eines Bipolartransistors ausgeführt ist, der in einem besonderenSensegraben mitten im Zellenfeld gebildet ist;
    [0024] 7 schematischeinen Querschnitt längs derSchnittebene S-S in 5 und
    [0025] 8 eineschematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines Feldeffekt-Leistungstransistorseiner als Bipolartransistor ausgeführten und in einem besonderenSensegraben gebildeten Temperaturerfassungseinrichtung.
    [0026] Dienachstehende Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Feldeffekt-Leistungstransistorsbezieht sich beispielhaft auf eine DMOS-Struktur, die ein Zellenfeld auseiner Vielzahl von streifenförmigenTransistorzellen aufweist und bei der in in einen Halbleiterkörper eingebrachtenGräbenGateelektroden und zwischen den Gräben Body- und Sourceelektrodenbereiche derTransistorzellen gebildet sind. Dabei weist wenigstens ein besondererin oder in der Näheder Zellenfeldmitte liegender Sensegraben im Halbleiterkörper eineTemperatur- oder Stromerfassungseinrichtung auf. Wie schon erwähnt, umfasstdie Erfindung alternativ zur Temperaturerfassungseinrichtung auch eineStromerfassungseinrichtung, die ebenfalls in einem ausgewählten Sensegrabenim Zellenfeld gebildet ist, die aber nicht detailliert dargestelltund beschrieben ist.
    [0027] Gemäß 1,die eine schematische Aufsicht auf ein Zellenfeld 110 einesersten Ausführungsbeispielseines Feldeffekt- Leistungstransistors, insbesondereDMOS-Transistors zeigt, besteht das Zellenfeld 110 auseiner Vielzahl von in parallelen Zellenfeldstreifen 102, 111, 112 angeordnetenTransistorzellen, deren Gateelektroden in ebenfalls parallel laufendenGräben(Trenches) liegen. Derartige Feldeffekt-Leistungstransistoren mitGrabenstruktur sind im Stand der Technik bekannt. Mindestens ein alsSensegraben bezeichneter besonderer Graben 101 enthält keineGateelektrode sondern weist eine in 1 nichtgezeigte Temperaturerfassungseinrichtung oder Stromerfassungseinrichtungauf. Dieser Sensegraben 101 liegt gemäß 1 in derNähe desGatepads 120, jedoch tendenziell zur Chipmitte hin. Jeein links und rechts diesem Sensegraben 101 benachbarterZellenfeldstreifen 111, 112 weist Transistorzellenmit erhöhtemW/L-Verhältnisder Kanalweite W zur KanallängeL auf, wie nachstehend anhand der den Bereich X darstellenden Detailansicht von 3 näher erläutert wird.Um die Reaktion des großenZellenfeldes gegenüberdem in seinem W/L-VerhältniserhöhtenAbschnitt etwas zu dämpfen,könnenoptional, wie 1 zeigt, noch kleine Widerstände 122 inwenigstens eine Gatezuleitung der in ihrem W/L-Verhältnisnicht erhöhtenTransistorzellen des Zellenfeldes eingebracht werden.
    [0028] Gemäß 2,die ebenfalls eine schematische Aufsicht auf das Zellenfeld 110 beispielsweise einesDMOS-Leistungstransistors darstellt, befindet sich der Sensegraben 101 mitder Temperaturerfassungseinrichtung oder Stromerfassungseinrichtung inder Näheder Chipmitte. Hier sind zwei links und rechts dem besonderen Graben 101 direktbenachbarte Zellenfeldstreifen 111, 112, 113 und 114 miterhöhtemW/L-Verhältnis ausgeführt, wobeider Sensegraben 101 mit der Temperaturerfassungseinrichtung oderder Stromerfassungseinrichtung nicht vollständig durch den Chip läuft unddie Zellenfeldstreifen, deren Transistorzellen mit erhöhtem W/L-Verhältnis ausgestattetsind, nach oben hin in normale Zellenfeldstreifen übergehen.
    [0029] 3 zeigteine Detailansicht des in 1 durcheinen Kreis umrandeten kleinen Bereichs X. Wie ersichtlich, befindensich links und rechts von dem die Temperaturerfassungseinrichtungoder Stromerfassungseinrichtung aufweisenden Sensegraben 101 dieZellenfeldstreifen 111 und 112, deren Transistorzellenein gegenüberden normalen Transistorzellen erhöhtes W/L-Verhältnis haben.Die Länge bvon n+-Gebieten 8 von normalenTransistorzellen in den Zellenfeldstreifen 102 ist kleinerals die Längeb' der n+-Gebiete 8 in den Zellenfeldstreifen 111 und 112,so dass b' > b ist. Nebenbei bemerkt, ändert sich diemit a bezeichnete Längeder p+-Gebiete 7 nicht. Je länger dasn+-Gebiet 8, das heißt je größer b' ist, desto größer istdas VerhältnisW/L bei konstanter KanallängeL (nicht gezeigt). Selbstverständlichkann das W/L-Verhältnis aucherhöhtwerden, wenn die Längeder p+-Gebiete reduziert wird.
    [0030] Beispielsweisekann das W/L-Verhältnisder unmittelbar dem Sensegraben 101 mit der Temperaturerfassungseinrichtungoder der Stromerfassungseinrichtung benachbarten Transistorzellenzwischen 5 und 20 % erhöhtsein. Wenn zum Beispiel ein üblicherFeldeffekt-Leistungstransistor ein W/L-Verhältnis seiner Kanalweite W zuseiner KanallängeL von 1,5 hat, könnendie Transistorzellen in den Streifen 111, 112, 113, 114 einW/L-Verhältnis von1,75 haben.
    [0031] Beidem in 3 gezeigten Beispiel ist in den Transistorzellenin den Zellenfeldstreifen 111 und 112 die Länge b' der n+-Gebiete 8 umetwa 20 % größer alsdie Längeb der n+-Gebiete 8 inden normalen Zellenfeldstreifen 102. 3 zeigtauch, dass die in den Gräben(mit Ausnahme des Sensegrabens 101) liegenden nicht gezeigtenGateelektroden durch Gateanschlüsse 121 mitdem Gateanschlusspad 120 kontaktiert sind. Selbstverständlich können auch mehrals ein Sensegraben 101 mit den unmittelbar anschließenden Zellenfeldstreifen 111, 112, 113, 114 vorgesehensein.
    [0032] DieGrundidee des oben anhand der 1 bis 3 dargestelltenFeldeffekt-Leistungstransistors ist in unmittelbarer Nachbarschaftzu einem die Temperaturerfassungseinrichtung oder die Stromerfassungseinrichtungaufweisenden Sensegraben eine Kette von Transistorzellen mit erhöhtem W/L-Verhältnis sozusagenals "Vorwarnstufe" anzuordnen, diebei Stromfilamentierungseffekten stets eine kurze Zeit früher filamentierenals potenzielle Stromfilamente im Zellenfeld. Dadurch wird die imdirekt benachbarten Sensegraben liegende Temperatur- oder Stromerfassungseinrichtungfrühererwärmt undkann deshalb auch früherden Feldeffekt-Leistungstransistor abschalten, noch bevor eine Schädigung imZellenfeld auftritt.
    [0033] Nachfolgendwerden anhand der 4A, 4B und 5 bis 8 mehrereAusführungsbeispieleeiner in Form eines Bipolartransistors im Sensegraben gebildetenTemperaturerfassungseinrichtung erläutert. In 4A,die eine Schrägaufsicht aufeinen Abschnitt eines mit 10 bezeichneten Zellenfeldeszeigt, ist in der Tiefe eines Sensegrabens 11 ein Bipolartransistor 1 gebildet,von dem ein Kollektor 18, ein Kollektoranschluss 13,eine Basis 14 und ein Emitter 15 mit Emitteranschluss 16 dargestelltsind. Kollektor 18, Basis 14 und Emitter 15 liegenin dieser Reihenfolge in Längsrichtungdes Sensegrabens 11 und ragen in die Tiefe des Sensegrabens 11.Abgesehen vom Kollektoranschluss 13 und Emitteranschluss 16 undeinem optional möglichenBasisanschluss sind alle Bereiche des Bipolartransistors 1 im Sensegrabendurch ein sie allseits umgebendes Oxid 17 beliebiger Dickegegenüberder Umgebung des Sensegrabens 11 isoliert.
    [0034] Inden „normalen" Gräben 12 imZellenfeld 10 sind Gateelektroden 6 der Transistorzellengebildet. Body- und Sourceelektrodenbereiche 7, 8 des normalenZellenfeldes sind wie in 3 streifenförmig aneinandergereiht. DieTransistorzellen der an den ausgewählten Sensegraben links undrechts anschließendenZellenfeldstreifen weisen, wie schon ausgeführt, ein erhöhtes W/L-Verhältnis auf.Der den Bipolartransistor 1 enthaltende Graben 11 kann,wie bereits ausgeführt,in der Mitte des Zellenfeldes 10 angeordnet sein. Selbstverständlich können statteinem Sensegraben 11 auch mehrere Sensegräben 11 imZellenfeld 10 vorgesehen sein.
    [0035] DerausgewählteSensegraben 11 kann zur Kontaktierung der Emitter/Kollektorgebietean einem oder an beiden Enden verlängert und/oder verbreitert ausgeführt sein,wobei dann fürdie Kontaktierung und Verdrahtung mit Metall mehr Platz zur Verfügung steht.Wenn der die Temperaturerfassungseinrichtung bildende Bipolartransistor 1 einn-p-n-Transistor ist, wird eine erste n-Kollektorschicht zunächst imgesamten Graben 11 ausgebildet. Mittels einer Lackabdeckungvor der Schnittlinie r-r wird das Kollektorgebiet bei der nachfolgendenp-Basis-Implantation, zumBeispiel mit Bor, unter 30° Neigung(nach vorne gerichtet, also unter die Lackflanke) und anschließender Emitterimplantation,zum Beispiel As, unter –30° Neigung(nach hinten gerichtet) geschützt. Ebensokann mit derselben Lackfototechnik bei Bedarf das Zellenfeld geschützt werden(falls MOSFET-Body = Basis und MOSFET-Source = Emitter-Dotierungenbrauchbar sind, muss nur der Kollektorteil im Graben abgedeckt werden).Eine anschließendeTemperung würdedurch die schnellere Diffusion des Bors zusätzliche Basisweite ermöglichen. DerKollektorteil kann optional im Chiprand an MOSFET-Drainpotenzialangeschlossen werden.
    [0036] In 4B,die eine Schrägaufsichtauf einen Abschnitt eines Zellenfeldes einer Variation des in 4A gezeigtenAusführungsbeispielszeigt, ist ein als Temperaturerfassungseinrichtung dienender Bipolartransistor 1b inder Tiefe einer zwischen zwei "normalen" Gräben 12 liegendenMesa, einer so genannten Sensemesa 111a gebildet. In demin 4B gezeigten Beispiel besteht der Bipolartransistor 1b auseiner p-Basiselektrode 14,n+-Emitterelektrode 15 und n+-Kollektorelektrode 18. Diese Basis-Emitter-und Kollektorelektroden 14, 15 und 18 sindin der Sensemesa 111a durch eine p+-Abschirmwanne 9 gegenüber derUmgebung isoliert. Der Kollektor 18 weist einen Kollektoranschluss 13,der Emitter 15 einen Emitteranschluss 16 und dieBasis 14 einen Basisanschluss 19 auf. Ähnlich wiebei dem in 4A gezeigten Ausführungsbeispielbefinden sich links und rechts neben der Sensemesa jedoch von dieser getrenntdurch die Gräben 12 Zellenfeldstreifenmit Transistorzellen mit erhöhtemW/L-Verhältnis,währenddie in den weiter außenliegenden Zellenfeldstreifen gebildeten Transistorzellen ein "normales" W/L-Verhältnis haben.
    [0037] Gemäß der in 5 schematischgezeigten Schrägaufsichtauf ein mit 20 bezeichnetes Zellenfeld ist in einem ausgewählten Sensegraben 21 ein zweitesAusführungsbeispielB eines Bipolartransistors, zum Beispiel ebenfalls ein npn-Transistorgebildet, dessen Kollektor-Basis- und Emitterelektroden jeweilsmit 28, 24 und 25, dessen Kollektoranschluss mit 23 unddessen Emitteranschluss mit 26 bezeichnet sind. Die Gateelektroden 6 aufweisendenGräben desZellenfeldes 20 sind mit 22 bezeichnet.
    [0038] DennäherenAufbau des Bipolartransistors 2 im Sensegraben 21 zeigtdie Querschnittsdarstellung in 7, die dieStruktur der Temperaturerfassungseinrichtung längs der Schnittebene S-S' von 5 veranschaulicht.Der Kollektor 28, die Basis 24 und der Emitter 25 imverbreiterten Abschnitt des Sensegrabens 21 sind in dieserReihenfolge ineinander und von unten nach oben des Sensegrabens 21 übereinandergestapelt. Dieser Stapel aus Kollektor 28, Basis 24 undEmitter 25 ist in den Sensegraben 21 möglichstkonform einzubringen. Die Verbreiterung des Sensegrabens 21 lässt danndie Möglichkeitoffen, wie weit in Längsrichtungdes Sensegrabens die jeweiligen Kollektor-, Basis- und Emittergebieteausgebildet sind.
    [0039] Beieinem in 6 gezeigten dritten Ausführungsbeispieleines als Temperaturerfassungseinrichtung dienenden Bipolartransistors 3,sind dessen Kollektor 38, Basis 34 und Emitter 35 imverbreiterten Abschnitt des Sensegrabens 31 ebenfalls gemäß 7 ineinanderund von unten nach oben übereinandergestapelt. Der Sensegraben 31 ist zur Kontaktierung 36 desEmitters 35 zum Grabenende hin in seiner Breite oder auchLänge nochmalsdeutlich vergrößert, umeine sichere Kontaktierung zu ermöglichen. Das Zellenfeld isthier mit 30, die isolierende Oxidschicht mit 37 undder Kollektoranschluss mit 38 bezeichnet. Die die Gateelektrodenaufweisenden Gräbensind mit 32 bezeichnet.
    [0040] Einviertes Ausführungsbeispieleines in einen Sensegraben 41 eingebrachten Bipolartransistors 4 zeigtdie Querschnittansicht in 8. Hiersind die verschiedenen Dotiergebiete jeweils des Kollektors 48,der Basis 44 und des Emitters 45 im Sensegraben 41 übereinanderangeordnet. Die einzelnen Elektrodengebiete können durch Herausziehen aus demSensegraben 41 bzw. wiederum durch Variation der Grabenweite(vgl. mit den 5 und 6) an denGrabenenden optional mit einem Polysilizium oder Wolframplug 46 kontaktiertwerden.
    [0041] Zuerwähnenist noch, dass außerden Elektrodenkontakten 13, 16 in 4, 23, 26 in 5, 33 und 36 in 6 und 46 in 8 undder optional möglichenBasiselektrodenkontakten alle Elektroden der Bipolartransistoren 1, 2, 3 und 4 imSensegraben 11, 21, 31, 41 durchOxid 17, 27, 37, 47 beliebigerDicke gegenüberder Umgebung des Sensegrabens isoliert sind.
    [0042] Dieden oben anhand der 4 bis 8 beschriebenenAusführungsbeispielenzugrunde liegende Idee besteht darin, eine (nicht gezeigte) Diodenstrukturoder einen Bipolartransistor als Temperaturerfassungseinrichtungin einem Sensegraben zu schaffen, der bevorzugt mitten durch dasZellenfeld eines Feldeffekt-Leistungstransistors verläuft. Dabei kann,wie beschrieben, die Implementierung des Bipolartransistors unddie Form, Breite und Längedes Sensegrabens variieren. Ebenfalls kann mehr als ein Sensegrabenim Zellenfeld vorgesehen sein.
    [0043] Inden unmittelbar an den ausgewählten Sensegraben 11, 21, 31, 41 angrenzendenZellenfeldstreifen befinden sich bei den in den 4 bis 6 gezeigtenAusführungsbeispielen,wie anhand der 1 bis 3 beschrieben,Transistorzellen mit erhöhtemW/L-Verhältnis.
    1,2,3, 4 erstes,zweites, drittes, viertes Ausführungsbeispieleines als Tempera turerfassungseinrichtungdienenden Bi polartransistors 6 Gateelektrodeim Graben 7 p+-Gebiet 8 n+-Gebiet 9 p+-Abschirmwanne 10,20, 30, 110 Zellenfeld 11,21, 31, 41, 101 Sensegraben 12,22, 32 normaleGräben 102 Zellenfeldstreifen 111,112, 113, 114 Zellenfeldstreifenmit Transistorzel lenmit erhöhtemW/L-Verhältnis 13,23, 33 Kollektoranschluss 14,24, 34, 44 Basis 15,25, 35, 45 Emitter 16,26, 36, 46 Emitteranschluss 17,27, 37, 47 Oxid 18,28, 38, 48 Kollektor 19 Basisanschluss 120 Gateanschlusspad121 Kontaktieranschlüsse am Ga teanschlusspad 122 Widerstandin der Gateleitung a Länge desp+-Gebiets b Länge desn+-Gebiets b' Länge desn+-Gebiets bei erhöhtem W/L- Verhältnis
    权利要求:
    Claims (22)
    [1] Feldeffekt-Leistungstransistor, der ein Zellfeld (110)aus einer Vielzahl von Transistorzellen mit Gateelektroden (6)und mit Body- und Sourceelektrodenbereichen (7, 8)und wenigstens eine im Halbleiterkörper integrierte Temperatur- und/oder Stromerfassungseinrichtungaufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur- und/oderStromerfassungseinrichtung jeweils in einem ausgewählten Sensegebiet(101) innerhalb des Zellenfeldes (110) gebildetist und dass die in wenigstens einem dem Sensegebiet (101)unmittelbar benachbartem Gebiet (111, 112, 113, 114)des Zellenfeldes (110) liegenden Transistorzellen ein gegenüber densonstigen Transistorzellen des Zellenfeldes (110) erhöhtes W/L-Verhältnis ihrerKanalweite (W) zu ihrer Kanallänge(L) aufweisen.
    [2] Feldeffekt-Leistungstransistor nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass das Zellenfeld (110) in eine Vielzahlvon Zellenfeldstreifen gegliedert ist.
    [3] Feldeffekt-Leistungstransistor nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass die Gateelektroden (6) innerhalb vonin einen Halbleiterkörpereingebrachten Gräbenund die Body- und Sourceelektrodenbereiche (7, 8)in den zwischen den Gräbenliegenden Zellenfeldstreifen angeordnet sind.
    [4] Feldeffekt-Leistungstransistor nach Anspruch 2 oder3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur- und/oder Stromerfassungseinrichtungjeweils in einem ausgewähltenSensegraben (101) oder einer ausgewählten Sensemesa (111a)gebildet ist und dass die in ihrem W/L-Verhältnis erhöhten Transistorzellen in wenigstenseinem dem Sensegraben (101) bzw. der Sensemesa (111a)benachbarten Zellenfeldstreifen (111, 112, 113, 114)liegen.
    [5] Feldeffekt-Leistungstransistor nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das W/L-Verhältnis um annähernd 5–20 % erhöht ist.
    [6] Feldeffekt-Leistungstransistor nach einem der Ansprüche 2 bis5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensegraben(101) bzw. die wenigstens eine Sensemesa (111a)in der Näheeines Gateanschlusspads (120) platziert ist.
    [7] Feldeffekt-Leistungstransistor nach einem der vorangehendenAnsprüche2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensegraben bzw.die wenigstens eine Sensemesa (111a) annähernd inder Mitte des Zellenfeldes platziert ist.
    [8] Feldeffekt-Leistungstransistor nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Gatezuleitung der Transistorzellenein Widerstand (122) vorgesehen ist, um die Reaktionszeitder Temperatur- und/oder Stromerfassungseinrichtung gegenüber derjenigen derTransistorzellen einzustellen.
    [9] Feldeffekt-Leistungstransistor nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerfassungseinrichtung einen FET-Transistoraufweist.
    [10] Feldeffekt-Leistungstransistor nach einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinrichtungeine Diode aufweist.
    [11] Feldeffekt-Leistungstransistor nach einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinrichtungeinen Bipolartransistor (1, 2, 3, 4)aufweist.
    [12] Feldeffekt-Leistungstransistor nach einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinrichtungeinen Widerstand aufweist.
    [13] Feldeffekt-Leistungstransistor nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturerfassungstransistor(1) in der Längsrichtung desSensegrabens (11) bzw. der Sensemesa (111a) aufeinanderfolgend einen Kollektor (18), ein Basisgebiet (14)und einen Emitter (15) aufweist, die jeweils in die Tiefedes Sensegrabens (11) bzw. der Sensemesa (111a)ragen (4).
    [14] Feldeffekt-Leistungstransistor nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, dass der Sensegraben (21, 31)zumindest übereinen in der Nähe seineseinen Endes liegenden Abschnitt breiter als die Breite der die Gateelektroden(6) des FET-Leistungstransistors aufweisenden Gräben (22, 32)ausgeführtund der Temperaturerfassungstransistor (2, 3)innerhalb und in Längsrichtungdes verbreiterten Abschnitts des Sensegrabens (21, 31)einen Kollektor (28, 38), ein Basisgebiet (24, 34)und einen Emitter (25, 35) aufweist, die in dieserReihenfolge ineinander und von unten nach oben des Sensegrabens (21, 31) übereinandergestapelt sind (5 und 6).
    [15] Feldeffekt-Leistungstransistor nach Anspruch 14, dadurchgekennzeichnet, dass der verbreiterte Abschnitt am Ende des Sensegrabens(21, 31) nochmals verbreitert ist.
    [16] Feldeffekt-Leistungstransistor nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturerfassungstransistor(4) einen Kollektorelektrodenstreifen (48), einenBasiselektrodenstreifen (44) und einen Emitterelektrodenstreifen(45) aufweist, die in Längsrichtungdes Sensegrabens (41) liegen und in dieser Reihenfolge übereinandergestapelt sind.
    [17] Feldeffekt-Leistungstransistor nach einem der Ansprüche 11 bis16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden des Temperaturerfassungstransistorsdurch ein sie allseits umgebendes im Sensegraben (11, 21, 31, 41)gebildetes Oxid (17, 27, 37, 47)beliebiger Dicke gegenüberder Umgebung des Sensegrabens (11, 21, 31, 41)isoliert sind.
    [18] Feldeffekt-Leistungstransistor nach Anspruch 17,dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter des Temperaturerfassungstransistorseinen das isolierende Oxid (17, 27, 37, 47)im Sensegraben (11, 21, 31, 41)durchsetzenden Emitteranschluss (16, 26, 36, 46)aufweist, der an einem Ende des Sensegrabens (11, 21, 31, 41)bzw. an dem nochmals verbreiterten Abschnitt des Sensegrabens (11, 21, 31, 41)vorgesehen ist.
    [19] Feldeffekt-Leistungstransistor nach Anspruch 17oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kollektoranschluss (13, 23, 33)das isolierende Oxid (17, 27, 37, 47)am anderen Ende des Sensegrabens (11, 21, 31, 41)durchsetzt.
    [20] Feldeffekt-Leistungstransistor nach Anspruch 18oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter- und Kollektoranschlussjeweils aus hochdotiertem Halbleitermaterial bestehen.
    [21] Feldeffekt-Leistungstransistor nach Anspruch 18oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter- und Kollektoranschlussjeweils aus einem Polysilizium- oder einem Wolframplug (46)bestehen.
    [22] Feldeffekt-Leistungstransistor nach einem der Ansprüche 11 bis21, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturerfassungstransistoreinen n-p-n-Transistor bildet.
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