CN101803029B - 半导体装置及其制造方法 - Google Patents
半导体装置及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101803029B CN101803029B CN200880107841.5A CN200880107841A CN101803029B CN 101803029 B CN101803029 B CN 101803029B CN 200880107841 A CN200880107841 A CN 200880107841A CN 101803029 B CN101803029 B CN 101803029B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mixes
- layer
- silicon epitaxy
- epitaxy layer
- diode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 77
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 40
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 108010022579 ATP dependent 26S protease Proteins 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/868—PIN diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
- H01L29/0623—Buried supplementary region, e.g. buried guard ring
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/161—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table including two or more of the elements provided for in group H01L29/16, e.g. alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明涉及一种半导体装置，所述半导体装置由高度n掺杂的硅衬底(1)以及第一n硅外延层(22)组成，所述第一n硅外延层(22)直接连接在所述高度n掺杂的硅衬底(1)上，所述半导体装置具有掺杂的SiGe层(3)，所述p掺杂的SiGe层(3)连接在第二n掺杂的硅外延层(12)上并且形成一异质结二极管，所述异质结二极管位于所述第一n掺杂的硅外延层(22)的上方并且其中pn结位于所述p掺杂的SiGe层(3)内部。在此，与所述第二n硅外延层(12)相比，所述第一n硅外延层(22)具有更高的掺杂浓度。至少一个p掺杂的发射极槽(9)位于所述两个n掺杂的外延层之间并且形成埋入的发射极，其中，既在所述第一n掺杂的硅外延层(22)处构成pn结又在所述第二n掺杂的硅外延层(12)处构成pn结，其中，所述至少一个发射极槽(9)被所述两个外延层完全包围。
Description
现有技术
本发明涉及一种具有异质结和埋入的发射极的二极管，该二极管尤其适合作Z二极管应用于机动车发电机系统中。根据应用场合将击穿电压设计在约20V或40V上，由此可以使用在14V或28V的车载电源中。
在当今的机动车中，越来越多的功能通过电部件实现。由此产生了对电功率的日益增大的需求。为了满足此需求，必须提高机动车中的发电机系统的效率。迄今为止，在机动车发电机系统中通常使用硅二极管作为Z二极管。成本有利的硅二极管的优点在于它的小反向电流和它的高鲁棒性。
硅二极管的缺点在于相对较高的导通电压VF。在室温下，电流在VF＝0.7V时才开始流动。在普通的运行条件下，例如在500A/cm2的电流密度下，VF上升直至超过1V。此导通损耗显著降低了发电机的效率。硅二极管的另一缺点在于击穿电压的正的温度系数。
硅二极管的击穿电压是由雪崩生成确定的并且随着温度的升高而增大。如果Z二极管被设置用于限制车载电源电压，则因此在高环境温度和特殊的运行条件(负载突降)下也许不再能够确保保护功能。车载电源中的电压随后短时间地上升超过最大允许值并且导致从车载电源获得其供电电压的电子部件的损坏。
为了降低导通损耗，在DE-OS 102004056663中建议使用所谓的高效率二极管(HED)来替代硅二极管。高效率二极管(HED)是新式的肖特基二极管，其与传统的肖特基二极管相比不具有由反向电压导致的势垒降低效应并且因此具有小的反向电流。高效率二极管(HED)由单片集成在半导体芯片上的、传统肖特基二极管与诸如场板、pn结或不同的势垒金属的其他元件的组合组成。高效率二极管(HED)往往在沟槽技术中实施。因此，HED包括至少一些沟槽结构。这些沟槽(Graben)约1-3μm深并且约0.5-1μm宽。通过HED可以实现约0.5-0.6V的低得多的导通电压。
HED的一种替换方案是在DE-OS 102006024850中所提出的异质结二极管(Heterojunction-Diode或HJD)。与两个不同地掺杂的层由相同半导体材料、例如硅组成的通常的pn结不同，异质结例如由由硅锗(Si1-xGex)构成的p掺杂层和由硅(Si)构成的n掺杂层形成。在此，下标“x”表示锗含量。例如，x＝0.3对应于30％的锗含量。
图1中示出了异质结二极管HJD的实施例。所示HJD包括约200μm厚的、高度n掺杂的硅衬底1。约1.1μm厚且掺杂浓度例如为4.5×1016l/cm3的n掺杂的硅外延层2位于硅衬底1的上面。锗含量为10-40％的SiGe层3位于硅外延层2的上面。SiGe层约10-50nm厚并且掺杂有浓度大于1019l/cm3的硼。在更高掺杂的情况下，阶梯形的p掺杂特征是有利的。
芯片上侧的SiGe层3和芯片下侧的硅衬底1均设置有金属触点4或5。这些触点可以例如由铬、镍和银的层序列组成。触点4和5形成二极管的电极，即阳极或阴极。通过异质结二极管HJD可以实现其导通电压VF小于通常的、仅仅由一种半导体材料组成的二极管的导通电压。
与在DE-OS 102004056663中所描述的由很多非常细小的结构(＜μm)组成的HED不同，可以更容易地制造HJD。因为不出现肖特基二极管的显著的势垒降低效应，所以异质结的能量势垒显著更少地依赖于所施加的反向电压。因此，HJD中的反向电流在无需如在HED中所必须采取的高成本措施的情况下也小于传统肖特基二极管中的反向电流。
无论在传统的硅二极管中还是在以上所述的替换方案HED或HJD中边缘结构都是必需的。如果没有边缘结构，那么芯片边缘的表面处的场强会高于芯片内部中的场强。这可能导致在所期望的电压以下以及在芯片边缘处非常小的面积(过高的电流密度！)上已经发生击穿。通过合适的边缘结构减小了部件的边缘区域中的场强。因此，击穿不再发生在边缘区域中而是发生在部件的中心。边缘结构的实施例是所谓的浮置保护环。
图2示出具有边缘结构——保护环的pn二极管。如在图2中可以从硅二极管的示例看出，二极管的内部结构由高度n掺杂的硅衬底1、放置在硅衬底1上面的n掺杂的硅外延层2以及至少一个扩散到n硅外延层2中的p掺杂的槽6组成。金属触点4或5形成二极管的电极阳极或阴极。边缘结构由至少一个扩散在n硅外延层2中的、环状的、p掺杂的槽66组成。氧化层7位于部件的边缘区域的上面，以便保护硅表面以避免电断路以及不同类型的杂质。槽66用于使空间电荷区在边缘区域中扩展，因此减小部件的边缘区域中的场强。因此，二极管的击穿电压不由边缘区域而是由二极管的中心确定。槽66不具有传导大电流的功能，因此，环状槽通常被设计得相对较窄并且取名“环”。
具有边缘结构的pn二极管的另一示例是图3中所示的、具有边缘结构——场板的pn二极管。在此同样可以看到由与图2中的元件相同的元件构成的硅二极管：高度n掺杂的硅衬底1、放置在硅衬底1上面的n掺杂的硅外延层2、至少一个扩散在n硅外延层中的p掺杂的槽6以及再次用作二极管的阴极电极的金属触点5。用作二极管的阳极电极的金属层44在p掺杂的槽6上面在边缘处向外扩展。氧化层7位于金属44与p掺杂的槽6或者n掺杂的硅外延层2之间。该金属氧化物硅结构就是所谓的场板。所述场板同样具有使空间电荷区在边缘区域中扩展的任务，因此减小部件边缘区域中的场强。
防止空间电荷区达到芯片边缘的金属环8位于芯片边缘处。通过该场板边缘结构同样实现了击穿发生在部件的中心。除了这两个所列举的示例以外，当然还已知其他的边缘结构。它们的共同特征在于，这些结构需要附加的芯片面积。此外，通常还需要附加的工艺步骤或者掩模。这伴随着较高的缺陷风险。总而言之，这会导致更高的生产成本。
此外，芯片边缘表面处的附加结构意味着部件运行时的一定的质量风险，因为无论是表面还是芯片边缘都特别强地遭受杂质和机械应力。
发明内容
本发明的任务包括提供一种具有低导通电压和高鲁棒性的二极管，其适合作为齐纳二极管(Z二极管)应用于汽车发电机系统中。此任务通过独立权利要求的特征解决。
通过更低的导通电压以有利的方式减小了二极管的损耗功率并且因此提高发电机的效率。此外，击穿电压不依赖于——或者仅仅微弱地——依赖于温度。因此，在负载突降运行中，车载电源电压的提高比在使用通常的二极管的情形下低。由此，更好地保护车载电源的用电器免受过压的损害。可以省去通常的二极管的、在制造中高成本的且需要许多面积的边缘结构，由此可以实现特别有利的制造方法。
根据本发明的解决方案的二极管是具有埋入的发射极的异质结二极管，并且以下被简称为“HJD-BE”。HJD-BE被如此设计，使得在埋入的发射极处发生击穿，即在半导体的内部而不是在敏感的表面或者边缘处发生击穿。HJD-BE的总击穿电压由穿通击穿(Reach-Through-Durchbruch)和雪崩击穿(Avanlanche-Durchbruch)的组合确定。在此情况下获得了其他优点。因此，HJD-BE的导通电压小于传统二极管中的导通电压。特别有利地，击穿发生在部件的内部。由此击穿是非常稳定的，因为其能够不受半导体表面处的电荷影响。
与通常的Z二极管相比，击穿电压具有更小的温度系数或者根本不再依赖于温度。在此，可以以有利的方式不再使用附加的边缘结构。
附图
图1至3已示出具有二极管特性的半导体装置的结构的已知的解决方案。在图4和5中示出了本发明的实施例，其中，图4详细地示出具有埋入的发射极的异质结二极管并且图5示出具有埋入的发射极的平面型肖特基二极管。在图6中示出了具有埋入的发射极的异质结二极管的仿真结果，其中，在上方示出了仿真中所使用的结构、在中部示出了电场强度以及在下部示出了击穿开始时沿着AB的电场强度的示意性变化曲线。
具有可能的替代方案的建议的结构和功能的详细描述
如图4所示，根据本发明的HJD-BE由高度n掺杂的硅衬底1、第一n硅外延层22、第二n硅外延层12、SiGe层3、至少一个埋入的p掺杂的发射极槽9、在芯片上侧的作为欧姆触点或者阳极电极的金属层4以及在芯片下侧的作为欧姆触点或阴极电极的金属层5组成。与第二n硅外延层12相比，第一n硅外延层22具有更高的掺杂浓度。除了p掺杂的SiGe层3与第二n硅外延层12之间的pn结以外，在埋入的p掺杂的发射极槽9与第一n硅外延层22之间以及在埋入的p掺杂的发射极槽9与第二n硅外延层12之间也形成pn结。
如同在根据图1的实施例中，SiGe层3约10-50nm厚，具有10-40％的锗含量并且掺杂有浓度大于1019l/cm3的硼。在更高掺杂的情况下，阶梯式的p掺杂特征是有利的。因此，可以实现导通电压小于通常的、仅仅由一种半导体材料组成的二极管的导通电压。不同于肖特基二极管的势垒降低效应，异质结的能量势垒显著更少地依赖于所施加的反向电压。因此HJD中的反向电流在无需例如在HED中所采取的高成本措施的情况下也小于肖特基二极管中的反向电流。本发明的HJD-BE的击穿电压由两个子结构确定并且是这两个子结构的击穿电压之和：BV＝BV1+BV2。
由第一n硅外延层22、埋入的p掺杂的发射极槽9以及高度n掺杂的硅衬底1组成的第一子结构被如此设计，使得它的击穿电压BV1由雪崩击穿机制确定。这可以通过第一n硅外延层22的掺杂浓度、p掺杂的发射极槽9的掺杂浓度以及高度n掺杂的硅衬底1与埋入的p掺杂的发射极槽9之间的距离的适当的设计来实现。在最简单的情形中，p掺杂的发射极槽9的掺杂浓度被选择为远高于第一n硅外延层22的掺杂浓度。因此，雪崩击穿电压实际上不再依赖于p掺杂的发射极槽9的掺杂浓度。这是单侧不连续的结。
由p掺杂的SiGe层3、第二n硅外延层12以及埋入的p掺杂的发射极槽9组成的第二子结构被如此设计，使得它的击穿电压BV2由所谓的穿通效应确定。这可以通过第二n硅外延层12的掺杂浓度以及SiGe层3与埋入的p掺杂的发射极槽9之间的距离的适当设计来实现。第二子结构是pnp双极型结构(“埋入的发射极”)。
在HJD-BE击穿时，最高场强的位置——并且因此载流子对的雪崩生成——不在部件的表面上，而是在埋入的p掺杂的发射极槽9与第一n掺杂的硅外延层22之间的pn结处。
图6中示出具有埋入的发射极的异质结二极管的仿真结果的示例，其中，在上部示出了仿真中所使用的结构、在中部示出了电场强度以及在下部示出了击穿开始时沿着AB的电场强度的示意性变化曲线。
因为最高电场的位置既不在芯片边缘处也不在表面处，而是在半导体的内部，所以可以不再使用附加的、高成本的边缘结构。这除节省芯片面积外还导致更简单的制造过程，因为不需要附加的工艺步骤或者掩模。因为击穿发生在内部，即所涉及的是体积击穿，所以部件的鲁棒性高于设有边缘结构的元件的鲁棒性。
第一子结构的击穿电压BV1由雪崩击穿确定并且因此具有正的温度系数，即击穿电压BV1随着温度的升高而增大。第二子结构的击穿电压BV2由穿通效应确定并且因此具有负的温度系数。因为根据本发明的HJD-BE的总击穿电压BV是具有正的温度系数的BV1与具有负的温度系数的BV2的和，所以与普通雪崩二极管相比击穿电压BV具有小得多的温度系数。通过几何形状和掺杂浓度的适当设计甚至存在在很大程度上抑制击穿电压BV的温度依赖性的可能性。这在二极管应在高温和大电流下用于限制机动车发电机中的车载电源电压时是非常有利的。
原则上，这些结构也可被设计用于其他的电压，尤其是用于显著更高的电压。这些部件可以通过双侧焊接装配安装到已知的压入式二极管壳体中。在分离芯片时可能出现的晶体缺陷通常可以通过湿刻蚀或干刻蚀消除。
这些优点，即省去边缘结构以及击穿电压的更小的或者甚至消失的温度系数当然也可以在没有异质结的同质pn结中得到充分利用。在此，根据图4的p掺杂的层3不是由SiGe组成，而是简单地再次由p掺杂的硅组成。
以有利的方式，根据本发明的解决方案也适用于肖特基二极管。HJD-BE所表现出的优点，如
-对击穿电压BV1、BV2或者BV＝BV1+BV2的独立选择，
-通过体积中的击穿实现的更高的鲁棒性，
-以及击穿电压的温度系数的补偿，
也可以在肖特基二极管中实现。
如图5所示，根据本发明的具有埋入的发射极的平面型肖特基二极管由高度n掺杂的硅衬底1、第一n硅外延层22、第二n硅外延层12、至少一个埋入的p掺杂的发射极槽9、在芯片上侧的作为肖特基触点或者阳极电极的金属层44以及在芯片下侧的作为欧姆触点或阴极电极的金属层5组成。
如同图4中所示的HJD-BE，与第二n硅外延层12相比，第一n硅外延层22具有更高的掺杂浓度。除肖特基触点44与第二n硅外延层12之间的势垒外，在埋入的p掺杂的发射极槽9与第一n硅外延层22之间以及在埋入的p掺杂的发射极槽9与第二n硅外延层12之间也形成pn结。
除图5中所示的具有埋入的发射极的平面型肖特基二极管外，还可以结合现有技术中所提及的具有沟槽结构的肖特基二极管来应用根据本发明的解决方案的构思。
其他特殊的构型是：
p掺杂的SiGe层3的锗含量在10-40％之间。
p掺杂的SiGe层3掺杂有浓度大于1019l/cm3的硼，其中，可以阶梯式地实施掺杂特征。
具有半导体元件的装置可用于机动车发电机的整流器中以提高发电机效率。所述装置适合在大电流下在齐纳运行中在击穿中运行和/或适合在高阻挡层温度下运行，尤其是在大于200℃的阻挡层温度下运行。
击穿电压约为20V或40V的构型是可行的。其他构型实现大大高于40V的击穿电压。
替代硅，由其他的材料制造HJD-BE，尤其是由III/V族化合物、SiC/Si等制造HJD-BE。在另一个构型中，异质结可以由同质结、尤其是p-Si/n-Si替代。层的掺杂顺序正好相反(n替代p并且p替代n)的HJD-BE也是可行的。
在另一构型中，其他半导体元件，尤其是二极管、MOSFET、IGBT等作为边缘结构环绕在边缘上。
Claims (16)
1.半导体装置，所述半导体装置由一高度n掺杂的硅衬底(1)以及一第一n掺杂的硅外延层(22)组成，所述第一n掺杂的硅外延层(22)直接连接在所述高度n掺杂的硅衬底(1)上，所述半导体装置具有一p掺杂的SiGe层(3)，所述p掺杂的SiGe层(3)连接在一第二n掺杂的硅外延层(12)上并且形成一异质结二极管，所述异质结二极管位于所述第一n掺杂的硅外延层(22)的上方并且其中pn结位于所述p掺杂的SiGe层(3)内部，其中，与所述第二n掺杂的硅外延层(12)相比，所述第一n掺杂的硅外延层(22)具有更高的掺杂浓度，其中，至少一个p掺杂的发射极槽(9)位于所述两个n掺杂的硅外延层之间并且形成一埋入的发射极，其中，既在所述第一n掺杂的硅外延层(22)处构成一pn结又在所述第二n掺杂的硅外延层(12)处构成一pn结，其中，所述至少一个发射极槽(9)被所述两个n掺杂的硅外延层完全包围，其中，由所述高度n掺杂的硅衬底(1)、所述第一n掺杂的硅外延层(22)以及所述埋入的p掺杂的发射极槽(9)组成的第一子结构被如此设计，使得所述第一子结构的击穿电压BV1由雪崩击穿确定，并且由所述埋入的p掺杂发射极槽(9)、所述第二n掺杂的硅外延层(12)以及所述SiGe层(3)组成的第二子结构被如此设计，使得所述第二子结构的击穿电压BV2由穿通效应确定，并且总击穿电压是BV＝BV1+BV2。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一子结构的击穿电压BV1具有一正的温度系数并且所述第二子结构的击穿电压BV2具有一负的温度系数，使得整个装置具有所述总击穿电压BV的一非常小的或者甚至消失的温度系数。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述p掺杂的SiGe层(3)的锗含量在10-40％之间。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述p掺杂的SiGe层(3)掺杂有浓度大于1019l/cm3的硼，其中，该掺杂特征能够被阶梯式地实施。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置被使用在机动车发电机的整流器中以便提高发电机效率。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置适合于在大电流下在齐纳击穿中的运行和/或适合于在高阻挡层温度下的运行。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，SiGe或Si区域由其他半导体材料替代。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述总击穿电压为约20V或40V。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述总击穿电压大大高于40V。
10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述异质结p-SiGe/n-Si由一同质结替代。
11.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置在边缘上环绕地具有作为边缘结构的其他半导体元件。
12.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，这些层的掺杂顺序恰好相反、即n替代p并且p替代n。
13.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置适合于在大于200℃的阻挡层温度下的运行。
14.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述其他半导体材料是III/V族化合物、Si。
15.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述异质结p-SiGe/n-Si由p-Si/n-Si替代。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置在边缘上环绕地具有作为边缘结构的二极管、MOSFET、IGBT。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102007045184.0 | 2007-09-21 | ||
| DE102007045184A DE102007045184A1 (de) | 2007-09-21 | 2007-09-21 | Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
| PCT/EP2008/062346 WO2009040279A1 (de) | 2007-09-21 | 2008-09-17 | Halbleitervorrichtung und verfahren zu deren herstellung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101803029A CN101803029A (zh) | 2010-08-11 |
| CN101803029B true CN101803029B (zh) | 2012-11-28 |
Family
ID=40256919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200880107841.5A Expired - Fee Related CN101803029B (zh) | 2007-09-21 | 2008-09-17 | 半导体装置及其制造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8334179B2 (zh) |
| JP (1) | JP5389033B2 (zh) |
| CN (1) | CN101803029B (zh) |
| DE (1) | DE102007045184A1 (zh) |
| WO (1) | WO2009040279A1 (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102569334A (zh) * | 2010-12-22 | 2012-07-11 | 中国科学院微电子研究所 | 阻变随机存储装置及系统 |
| US8901647B2 (en) * | 2011-12-08 | 2014-12-02 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor device including first and second semiconductor elements |
| DE102012103699A1 (de) * | 2012-02-15 | 2013-08-22 | First Sensor AG | Halbleiterstruktur für einen Strahlungsdetektor sowie Strahlungsdetektor |
| JP2022044549A (ja) * | 2020-09-07 | 2022-03-17 | ロバート ボッシュ （オーストラリア） ピーティーワイ リミテッド | 整流素子のパッケージング方法および整流素子 |
| CN115579382A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-01-06 | 深圳市森国科科技股份有限公司 | 半导体器件的终端结构及其半导体器件 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4134123A (en) * | 1976-08-09 | 1979-01-09 | U.S. Philips Corporation | High voltage Schottky barrier diode |
| DE102005029263A1 (de) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | Infineon Technologies Austria Ag | Halbleiterbauelement mit verbesserter dynamischer Belastbarkeit |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3505892B2 (ja) * | 1995-12-27 | 2004-03-15 | ソニー株式会社 | バイポーラトランジスタの製造方法 |
| JPH10117003A (ja) * | 1996-10-14 | 1998-05-06 | Hitachi Ltd | 定電圧ダイオード及びその製造方法 |
| JP4006879B2 (ja) * | 1999-04-07 | 2007-11-14 | 富士電機ホールディングス株式会社 | ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法 |
| JP2001189320A (ja) * | 2000-01-04 | 2001-07-10 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP4231987B2 (ja) | 2001-06-15 | 2009-03-04 | 日本電気株式会社 | 音声符号化復号方式間の符号変換方法、その装置、そのプログラム及び記憶媒体 |
| JP2003069008A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 半導体基板、電力変換器、回転機械、及び、半導体基板の製造方法 |
| US20030141565A1 (en) * | 2002-01-28 | 2003-07-31 | Fumihiko Hirose | Diode |
| JP3930436B2 (ja) * | 2002-03-26 | 2007-06-13 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
| JP2004072055A (ja) * | 2002-06-10 | 2004-03-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| DE10361136B4 (de) * | 2003-12-23 | 2005-10-27 | Infineon Technologies Ag | Halbleiterdiode und IGBT |
| JP2005303027A (ja) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体装置 |
| DE102004056663A1 (de) * | 2004-11-24 | 2006-06-01 | Robert Bosch Gmbh | Halbleitereinrichtung und Gleichrichteranordnung |
| DE102006024850A1 (de) | 2006-05-24 | 2007-11-29 | Robert Bosch Gmbh | Halbleiterbauelement und Gleichrichteranordnung |
| US7638816B2 (en) * | 2007-08-28 | 2009-12-29 | Littelfuse, Inc. | Epitaxial surge protection device |
| US7943959B2 (en) * | 2007-08-28 | 2011-05-17 | Littelfuse, Inc. | Low capacitance semiconductor device |
-
2007
- 2007-09-21 DE DE102007045184A patent/DE102007045184A1/de not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-09-17 WO PCT/EP2008/062346 patent/WO2009040279A1/de active Application Filing
- 2008-09-17 JP JP2010525332A patent/JP5389033B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2008-09-17 US US12/733,775 patent/US8334179B2/en active Active
- 2008-09-17 CN CN200880107841.5A patent/CN101803029B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4134123A (en) * | 1976-08-09 | 1979-01-09 | U.S. Philips Corporation | High voltage Schottky barrier diode |
| DE102005029263A1 (de) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | Infineon Technologies Austria Ag | Halbleiterbauelement mit verbesserter dynamischer Belastbarkeit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2010539720A (ja) | 2010-12-16 |
| WO2009040279A1 (de) | 2009-04-02 |
| DE102007045184A1 (de) | 2009-04-02 |
| CN101803029A (zh) | 2010-08-11 |
| US8334179B2 (en) | 2012-12-18 |
| JP5389033B2 (ja) | 2014-01-15 |
| US20100301387A1 (en) | 2010-12-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100557823C (zh) | 半导体装置及用于其制造的方法 | |
| CN104576720B (zh) | 半导体器件和逆导igbt | |
| JP5453270B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP5107460B2 (ja) | 集積低漏洩ショットキーダイオード | |
| CN106373995A (zh) | 具有减小的带隙区的半导体器件 | |
| JP5553897B2 (ja) | 半導体装置 | |
| CN101065848A (zh) | 半导体装置和整流装置 | |
| CN101803029B (zh) | 半导体装置及其制造方法 | |
| US9263599B2 (en) | Semiconductor system and method for manufacturing same | |
| US20130277791A1 (en) | Schottky diode with opposite-polarity schottky diode field guard ring | |
| US8546908B2 (en) | High efficiency amplifier with reduced parasitic capacitance | |
| US20150041830A1 (en) | Schottky diode | |
| CN102709317A (zh) | 一种低开启电压二极管 | |
| JP2000101101A (ja) | ＳｉＣショットキーダイオード | |
| CN102263139A (zh) | 一种改进的混合整流二极管结构 | |
| JP6649813B2 (ja) | トレンチ・ショットキー・バリア・ショットキーダイオードを備える半導体装置 | |
| US11309409B2 (en) | Pseudo Schottky diode | |
| US20120187521A1 (en) | Schottky diode having a substrate p-n diode | |
| CN108878542A (zh) | 半导体元件 | |
| US20200227402A1 (en) | Zener diodes and methods of manufacture | |
| CN103208532B (zh) | 一种鳍型pin二极管 | |
| Khemka et al. | Bipolar Schottky rectifier: A novel two carrier Schottky rectifier based on superjunction concept | |
| JPH11340240A (ja) | 電圧スナップダウンの問題を改善した高降伏電圧の半導体パワー整流器の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121128 Termination date: 20200917 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |