Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung nach dem Gattungsbegriff der Ansprüche, bei der ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement, beispielsweise ein D-MOS- Transistor, ein IGBT, ein Thyristor oder ähnliches zusam¬ men mit einer Schaltung, die beispielsweise der Ansteue- rung oder dem Schutz des Bauelementes dient, in einem Schaltkreis monolithisch integriert sind. Derartige Bau¬ elemente nennt man Smart-Power-Elemente, die eine zuneh¬ mend wichtige Rolle in vielen Geräten der Leistungselek¬ tronik spielen. In dem hier beschriebenen Smart-Power- Element ist der Schaltkreis durch eine dielektrische Iso¬ lation, beispielsweise mittels SIIVIOX erzeugt, elektrisch von dem Leistungshalbleiter getrennt. Die realisierbaren

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Dicken der Isolation sind mit ca. 400 nm typisch so ge¬ ring, daß die Potentiale des Leistungshalbleiters die Schaltung empfindlich stören. Die Störungen sind so gra¬ vierend, daß ein sinnvoller Einsatz von solchen Halblei¬ terbauelementen bisher insbesondere in Hochvoltanwendun¬ gen (Netzanwendungen) nicht möglich war.

Als eine naheliegende Lösung des vorhandenen Problems kann ein Shield unter dem zu schützenden Bereich ange¬ sehen werden. Derartige Shields werden in Halbleiteran¬ ordnungen häufig eingesetzt, um entweder selbst in Sperr¬ richtung vorgespannt als isolierendes Element (Junction Isolation) eingesetzt zu werden oder wie in der JP-OS SHO 60-100469 den Einfluß des Back-Gate-Effektes zu verhin¬ dern. Dieser Vorschlag hat jedoch in Smart-Power-Anwen- dungen einen entscheidenden Nachteil, der die Funktions¬ fähigkeit des Schutzes verhindert. Die Diodenstrecke des Shields, wobei der Shield direkt mit dem Source- oder Emittergebiet des Leistungshalbleiterschalters verbunden ist, kann leitend und dadurch insofern mit Ladungsträgern überschwemmt sein. Schaltet danach das Bauelement ab, so müssen die Ladungsträger rekombinieren. Für die Rekombi¬ nationszeit ist der Shield also eine niederohmige Verbin¬ dung zu dem vertikalen. Leistungsbauelement. Die Leitfä¬ higkeit des Shields ist nicht groß genug, um einen wirk¬ samen Schutz der elektronischen Schaltung zu gewährlei¬ sten.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halb¬ leiteranordnung zu schaffen, die es ermöglicht, auf dem gleichen Substrat eines vertikalen Leistungshalbleiters die zu isolierende Schaltung auch bei inversem Betrieb des Bauelementes, bei dem normalerweise der Shield mit Ladungsträgern überschwemmt wird, vor Einstreuungen si¬ cher zu schützen.

Der Erfindung gelingt es, die Aufgabe mit wenig Mehrauf¬ wand zu lösen. Das Halbleiterelement besteht dazu aus einem vertikalen Leistungshalbleiterschalter 1, der ein Vertreter aller bekannten Typen sein kann. So sind hier besonders D-MOS-Transistoren, IGBTs, Bipolartransistoren, MCTs, Thyristoren und GTOs zu nennen. Am Kl-Anschluß 9 ist das Massepotential (Referenzpotential für die Ansteue- rung des Bauelementes) angeschlossen. Die integrierte elektronische Schaltung 3 ist durch eine Isolationsschicht 2 von dem Teil des Halbleiterschalters, der den vertika¬ len Leistungstransistor darstellt, isoliert. Diese Isola¬ tionsschicht 2 kann durch SIMOX oder dielektrische Isola¬ tion nach anderen Verfahren hergestellt sein und isoliert die Schaltung von den restlichen Elementen. Um die so entstandene Isolationsinsel herum wird dann mit einem zweiten Halbleitermaterialbereich 5 ein Shield erzeugt, der über ein Kontaktfenster 10 angeschlossen werden kann. Der vertikale Leistungshalbleiterschalter 1 hat seinen

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K2-Anschluß 7 auf der Rückseite des Halbleiters. Das Po¬ tential kann mit sehr großer Geschwindigkeit (bei MOS- Transistoren sind Werte von 40 YLV/ s zu erreichen) ge¬ schaltet werden. Hierdurch treten hohe dielektrische Ver¬ schiebungsströme auf, welche die Ansteuerschaltung 3 be¬ einflussen. Durch einen Shield, der mit dem Massepoten¬ tial der Schaltung verbunden ist, kann dieses Problem be¬ seitigt werden. Der Nachteil der direkten Kopplung liegt darin, daß bei Inversbetrieb durch Ladungsträgerüber- schwemmung die Diodenstrecke 6 zwischen den Halbleiterma¬ terialbereichen 4 und 5 leitend werden kann. Nach der Aufgabenstellung der Erfindung, zu verhindern, daß die Diodenstrecke jemals leitfähig gesteuert wird, ist zwi¬ schen beiden Halbleitermaterialbereichen 4 und 5 eine Schaltung vorgesehen, die vorzugsweise selbst Teil der Schaltung 3 ist, die das Potential in einem bestimmten Bereich floaten läßt. Die Schaltung 8 begrenzt hierbei den Spannungshub auf Spannungswerte, die kleiner als Span¬ nungen sind, welche die Schaltung beeinflussen können. Typisch liegen diese Spannungen in einem Bereich, der we¬ nige Volt beträgt. Eine in Anspruch 2 dargelegte Form sind zwei antiparallele, die Potentialdifferenz auf ca. +/- 0,6 V begrenzende Dioden. Durch die Schaltung 8 wird verhindert, daß der Halbleitermaterialbereich 5 in einen Leitendzustand versetzt und damit mit Ladungsträgern über¬ schwemmt wird, was die erwähnten Probleme verursacht.

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Eine andere in Fig. 2 dargestellte Lösung der bestehen¬ den Aufgabe könnte die Einführung eines zweiten Shields durch einen weiteren Halbleitermaterialbereich 12 sein, der nicht unmittelbar mit dem Halbleitermaterialbereich 5 verbunden ist. Obwohl auf diese Weise ein zusätzlicher Prozeßschritt erforderlich wird, bedeutet er eine Alter¬ native zu den übrigen Realisierungen des Erfindungsge¬ dankens. Die Sperrschichten der beiden Shields 12/5 stel¬ len zwei in Reihe aber gegeneinander geschaltete Dioden dar. Auch so läßt sich verhindern, daß der Halbleiterma¬ terialbereich 5 jemals leitend werden kann.

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