DE102007045184A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Halbleiteranordnung, bestehend aus einem hoch n-dotiertes Siliziumsubstrat (1) und einer ersten n-Siliziumepitaxieschicht (22), die sich direkt an das hoch n-dotiertes Siliziumsubstrat (13), die sich an eine zweite n-dotierte Siliziumepitaxieschicht (12) anschließt und eine Heteroübergang-Diode bildet, welche sich über der ersten n-dotierten Siliziumepitaxieschicht (22) befindet und bei der sich der pn-Übergang innerhalb der p-dotierten SiGe-Schicht (3) befindet, beschrieben. Dabei hat die erste n-Siliziumepitaxieschicht (22) eine höhere Dotierkonzentration als die zweite n-Siliziumepitaxieschicht (12). Zwischen den beiden n-dotierten Epitaxieschichten liegt mindestens eine p-dotierte Emitterwanne (9), die einen vergrabenen Emitter bildet, wobei sich sowohl ein pn-Übergang zur ersten n-dotierten Siliziumepitaxieschicht (22) als auch zur zweiten n-dotierten Siliziumepitaxieschicht (12) ausbildet und wobei die mindestens eine Emitterwanne (9) vollständig von den beiden Epitaxieschichten umschlossen ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Diode mit Heteroübergang und vergrabenem Emitter, die sich insbesondere als Z-Diode für den Einsatz in Kfz-Generatorsystemen eignet. Je nach Anwendung wird die Durchbruchspannung auf etwa 20 V oder 40 V ausgelegt, wodurch ein Einsatz im 14 V oder 28 V Bordnetz möglich ist.
  • Im modernen Kfz werden immer mehr Funktionen durch elektrische Bauelemente realisiert. Dadurch entsteht ein steigender Bedarf an elektrischer Leistung. Um diesen Bedarf zu decken, muss die Effizienz des Generatorsystems im Kfz gesteigert werden. Bis heute werden in der Regel Siliziumdioden als Z-Dioden im Kfz-Generatorsystem eingesetzt. Vorteile der kostengünstigen Siliziumdioden sind ihr niedriger Sperrstrom und ihre hohe Robustheit.
  • Ein Nachteil von Siliziumdioden ist die relativ hohe Flussspannung VF. Bei Raumtemperatur beginnt der Strom erst bei VF = 0,7 V zu fließen. Unter normaler Betriebsbedingungen, z. B. bei Stromdichten von 500 A/cm2, steigt VF bis über 1 V an. Diese Durchlassverluste reduzieren den Wirkungsgrad des Generators merklich. Ein weiterer Nachteil von Siliziumdioden ist der positive Temperaturkoeffizient der Durchbruchspannung.
  • Die Durchbruchspannung von Siliziumdioden wird durch die Avalanche-Generation bestimmt und nimmt mit steigender Temperatur zu. Werden Z-Dioden zur Begrenzung der Bordnetzspannung eingesetzt, kann die Schutzfunktion deshalb bei hohen Umgebungstemperaturen und speziellen Betriebsbedingungen (Lastabfall, Loaddump) u. U. nicht mehr gewährleistet werden. Die Spannungen im Bordnetz steigen dann kurzzeitig über den maximal zulässigen Wert an und führen zu Beschädigung von elektronischen Bauteilen, die Ihre Versorgungsspannung aus dem Bordnetz beziehen.
  • Zur Reduktion der Durchlassverluste wird in der DE-OS 102004056663 vorgeschlagen, sogenannte Hocheffizienzdioden (HED) anstelle von Siliziumdioden einzusetzen. Hocheffizienzdioden (HED) sind neuartige Schottky-Dioden, die im Gegensatz zu herkömmlichen Schottky-Dioden keine durch die Sperrspannung verursachten Barrier-Lowering-Effekte aufweisen und deshalb niedrige Sperrströme haben. Hocheffizienzdioden (HED) bestehen aus einer monolithisch auf einem Halbleiterchip integrierten Kombination von herkömmlichen Schottky-Dioden mit anderen Elementen, wie Feldplatten, pn-Übergängen oder unterschiedlichen Barrierenmetallen. Sie sind häufig in Trenchtechnik ausgeführt. Dann enthält eine HED mindestens einige Graben- oder Trenchstrukturen. Die Gräben sind etwa 1–3 μm tief und ca. 0,5–1 μm breit. Mit HED können wesentlich niedrigere Flussspannungen VF von ca. 0,5–0,6 V realisiert werden.
  • Eine Alternative zur HED ist die in der DE-OS 102006024850 vorgeschlagene Heteroübergang-Diode bzw. Heterojunction-Diode bzw. HJD. Im Gegensatz zu üblichen pn-Übergängen, bei denen die beiden unterschiedlich dotierten Schichten aus demselben Halbleitermaterial, z. B. aus Silizium, bestehen, wird ein Heteroübergang z. B. aus einer p-dotierten Schicht aus Silizium-Germanium (Si1-xGex) und einer n-dotierten Schicht aus Silizium (Si) gebildet. Der Index "x" bezeichnet hier den Germaniumanteil. Beispielsweise entspricht x = 0,3 einem Germaniumanteil von 30%.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Heteroübergang-Diode HJD ist in 1 dargestellt. Die dargestellte HJD besteht aus einem etwa 200 μm dickem, hoch n-dotiertem Siliziumsubstrat 1. Darüber befindet sich eine n-dotierte Siliziumepitaxieschicht 2 mit einer Dicke von etwa 1,1 μm und einer Dotierkonzentration von z. B. 4,5 × 1016 1/cm3. Über dieser Schicht befindet sich die SiGe-Schicht 3 mit einem Germaniumanteil von 10–40%. Diese SiGe-Schicht ist etwa 10–50 nm dick und mit Bor einer Konzentration > 1019 1/cm3 dotiert. Bei höheren Dotierungen ist ein gestuftes p-Dotierprofil vorteilhaft.
  • Sowohl die SiGe-Schicht 3 an der Oberseite als auch das Siliziumsubstrat 1 an der Unterseite des Chips sind mit metallischen Kontakten 4 bzw. 5 versehen. Diese Kontakte können z. B. aus einer Schichtenfolge von Chrom, Nickel und Silber bestehen. Die Kontakte 4 und 5 bilden die Elektroden Anode bzw. Kathode der Diode. Mit Heterojunction-Dioden HJD kann erreicht werden, dass die Flussspannung VF kleiner als bei einer üblichen, nur aus einem Halbleitermaterial bestehenden Diode ist.
  • Im Gegensatz zu den in der DE-OS 102004056663 beschriebenen HED, die aus einer Vielzahl von sehr feinen Strukturen (< μm) bestehen, sind HJD einfacher herzustellen. Die Energiebarriere von Heteroübergängen ist deutlich weniger von der angelegten Sperrspannung abhängig, da die ausgeprägten Barrier-Lowering-Effekte von Schottky-Dioden nicht auftreten. Daher sind die Sperrströme bei HJD auch ohne aufwendige Maßnahmen, wie sie z. B. bei der HED angewendet werden müssen, geringer als bei konventionellen Schottky-Dioden.
  • Sowohl bei konventionellen Siliziumdioden als auch bei den obengenannten Alternativen HED oder HJD ist eine Randstruktur erforderlich. Ohne Randstruktur wäre die Feldstärke an der Oberfläche des Chiprandes höher als im Inneren des Chips. Dies würde dazu führen, dass der Durchbruch schon unterhalb der gewünschten Spannung und auf einer viel zu kleinen Fläche (zu hohe Stromdichte!) am Rand des Chips stattfindet. Durch eine geeignete Randstruktur wird die Feldstärke im Randbereich des Bauelements reduziert. Damit findet der Durchbruch nicht mehr im Randbereich, sondern in der Mitte des Bauelements statt. Ein Ausführungsbeispiel einer Randstruktur sind die so genannten floatenden Guardringe.
  • 2 zeigt eine pn-Diode mit Randstruktur Guardring. Wie in 2 am Beispiel einer Siliziumdiode zu erkennen ist, besteht die innere Struktur dieser Diode aus einem hoch n-dotiertem Siliziumsubstrat 1, einer darüber liegenden n-dotierte Siliziumepitaxieschicht 2, und mindestens einer in die n-Siliziumepitaxieschicht 2 eindiffundierten p-dotierten Wanne 6. Die Metallkontakte 4 bzw. 5 bilden die Elektroden Anode bzw. Kathode der Diode. Die Randstruktur besteht aus mindestens einer in der n-Siliziumepitaxieschicht 2 diffundierten, umlaufenden p- dotierten Wanne 66. Eine Oxidschicht 7 befindet sich über dem Randbereich des Bauelements, um die Siliziumoberfläche vor elektrischem Kurzschluss sowie vor Verunreinigungen unterschiedlicher Art zu schützen. Die Wanne 66 dient dazu, die Raumladungszone im Randbereich auszudehnen, damit die Feldstärke im Randbereich des Bauelements reduziert wird. Dann wird Durchbruchspannung der Diode nicht vom Randbereich, sondern von der Mitte der Diode bestimmt. Die Wanne 66 hat nicht die Funktion große Ströme zu führen, daher wird die umlaufende Wanne in der Regel relativ schmäler ausgelegt und bekommt den Name "Ring".
  • Ein weiteres Beispiel einer pn-Diode mit einer Randstruktur ist die in 3 dargestellte pn-Diode mit Randstruktur Feldplatte. Dabei 3 ist ebenfalls eine Siliziumdiode aus den gleichen Elementen wie in 2 zu sehen: einem hoch n-dotierten Siliziumsubstrat 1, einer darüber liegenden n-dotierten Siliziumepitaxieschicht 2, mindestens einer in der n-Siliziumepitaxieschicht diffundierten p-dotierten Wanne 6 und einem Metallkontakt 5, der wieder als Kathodenelektrode der Diode dient. Die Metallschicht 44, die als Anodenelektrode der Diode dient, dehnt sich über die p-dotierten Wanne 6 am Rand hinaus aus. Zwischen Metall 44 und der p-dotierten Wanne 6 bzw. der n-dotierten Siliziumepitaxieschicht 2 befindet sich eine Oxidschicht 7. Diese Metall-Oxide-Si-Struktur ist die sogenannte Feldplatte. Sie hat ebenfalls die Aufgabe, die Raumladungszone im Randbereich auszudehnen, damit die Feldstärke im Randbereich des Bauelements reduziert wird.
  • Am Chiprand befindet sich ein Metallring 8, der verhindert, dass die Raumladungszone den Chiprand erreicht. Mit dieser Feldplatten-Randstruktur wird ebenfalls erreicht, dass der Durchbruch in der Mitte des Bauelements stattfindet. Neben den beiden angeführten Beispielen, sind natürlich noch weitere Randstrukturen bekannt. Ein gemeinsames Merkmal ist, dass diese Strukturen zusätzliche Chipfläche erfordern. Meist sind außerdem noch zusätzliche Prozessschritte bzw. Masken nötig. Dies ist verbunden mit einem höheren Defektrisiko. Alles zusammen genommen führt dies zu höheren Produktionskosten.
  • Zusätzliche Strukturen an der Oberfläche des Chiprandes stellen außerdem ein gewisses Qualitätsrisiko beim Betrieb der Bauelemente dar, da sowohl Oberfläche als auch Chiprand Verunreinigungen und mechanischem Stress besonders stark ausgesetzt ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung umfasst die Schaffung einer Diode mit niedriger Flussspannung und hoher Robustheit, die geeignet ist, als Zener-Diode (Z-Diode) in Kfz-Generatorsystemen eingesetzt zu werden. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
  • Durch die geringere Flussspannung wird in vorteilhafter Weise die Verlustleistung der Dioden reduziert und damit die Effizienz des Generators gesteigert. Außerdem hängt die Durchbruchsspannung nicht – bzw. nur schwach – von der Temperatur ab. Deshalb ist die Erhöhung der Bordnetzspannung im Loaddumpbetrieb niedriger als bei Verwendung üblicher Dioden. Dadurch sind die Verbraucher des Bordnetzes besser gegen Überspannungen geschützt. Die in der Herstellung aufwendige und flächenintensive Randstruktur üblicher Dioden kann entfallen, wodurch sich ein besonders Vorteilhaftes Herstellungsverfahren realisieren lässt.
  • Die Diode der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Heteroübergang-Diode mit vergrabenem Emitter und wird im Folgenden vereinfacht "HJD-BE" genannt. Die HJD-BE wird so ausgelegt, dass der Durchbruch an dem vergrabenen Emitter, also im Inneren des Halbleiters und nicht an der empfindlichen Oberfläche oder am Rand stattfindet. Die gesamte Durchbruchspannung der HJD-BE wird durch eine Kombination vom Reach-Through-Durchbruch und Avalanche-Durchbruch bestimmt. Dabei ergeben sich weitere Vorteile. So ist die Flussspannung der HJD-BE ist geringer als bei einer konventionellen Diode. Von Vorteil ist insbesondere, dass der Durchbruch im Inneren des Bauelements stattfindet. Dadurch ist der Durchbruch sehr stabil, da er nicht von elektrischen Ladungen an der Halbleiteroberfläche beeinflusst werden kann.
  • Die Durchbruchspannung hat einen kleineren Temperaturkoeffizienten als eine übliche Z-Diode, bzw. ist überhaupt nicht mehr von der Temperatur abhängig.
  • Auf eine zusätzliche Randstruktur kann dabei in vorteilhafter Weise verzichtet werden.
  • Zeichnung
  • Die 1 bis 3 zeigen bereits bekannte Lösungen für den Aufbau von Halbleitervorrichtungen mit Diodeneigenschaften. In den 4 und 6 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung aufgezeigt, wobei im Einzelnen 4 eine Heteroübergangdiode mit vergrabenem Emitter und 6 eine Planar-Schottky-Diode mit vergrabenem Emitter zeigt. In 5 zeigt ein Simulationsergebnis für eine Heteroübergang-Diode mit vergrabenem Emitter, wobei die in der Simulation benutzte Struktur oben, die elektrische Feldstärke in der Mitte und der schematische Verlauf der elektrischen Feldstärke bei Durchbruchbeginn entlang AB unten aufgezeigt sind.
  • Detaillierte Beschreibung von Aufbau und Funktion des Vorschlags mit möglichen Alternativen
  • Wie 4 zeigt, besteht die erfindungsgemäße HJD-BE aus einem hoch n-dotierten Siliziumsubstrat 1, einer ersten n-Siliziumepitaxieschicht 22, einer zweiten n-Siliziumepitaxieschicht 12, einer SiGe-Schicht 3, mindestens einer vergrabenen p-dotierten Emitterwanne 9, einer Metallschicht an der Oberseite des Chips 4 als ohmscher Kontakt bzw. Anodenelektrode und einer Metallschicht an der Unterseite des Chips 5 als ohmscher Kontakt bzw. Kathodenelektrode. Die erste n-Siliziumepitaxieschicht 22 verfügt über eine höhere Dotierkonzentration als die zweite n-Siliziumepitaxieschicht 12. Neben dem pn-Übergang zwischen der p-dotierten SiGe-Schicht 3 und der zweiten n-Siliziumepitaxieschicht 12 bilden sich pn-Übergänge sowohl zwischen den vergrabenen p-dotierten Emitterwannen 9 und der ersten n-Siliziumepitaxieschicht 22 als auch zwischen den vergrabenen p-dotierten Emitterwannen 9 und der zweiten n-Siliziumepitaxieschicht 12 aus.
  • Die SiGe-Schicht 3 ist wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 etwa 10–50 nm dick, hat einen Germaniumanteil von 10–40% und ist mit Bor einer Konzentration > 1019 1/cm3 dotiert. Bei höheren Dotierungen ist ein gestuftes p-Dotierprofil vorteilhaft. Damit kann erreicht werden, dass die Flussspannung kleiner als bei einer üblichen, nur aus einem Halbleitermaterial bestehenden Diode ist. Die Energiebarriere von Heteroübergängen ist, anders als beim Barrier-Lowering-Effekt einer Schottky-Diode, deutlich weniger von der angelegten Sperrspannung abhängig. Daher sind die Sperrströme bei einer HJD auch ohne aufwendige Maßnahmen, wie sie z. B. bei der HED angewandet werden, geringer als bei Schottky-Dioden. Die Durchbruchspannung einer HJD-BE dieser Erfindung wird von zwei Teilstrukturen bestimmt und ist die Summe aus den Durchbruchspannungen der beiden Teilstrukturen: BV = BV1 + BV2.
  • Die erste Teilstruktur, die aus der ersten n-Siliziumepitaxieschicht 22, den vergrabenen p-dotierten Emitterwannen 9 und dem hoch n-dotierten Siliziumsubstrat 1 besteht, wird so ausgelegt, dass deren Durchbruchspannung BV1 von einem Avalanche-Durchbruchmechanismus bestimmt wird. Dies kann durch geeignete Auslegung von Dotierkonzentration der ersten n-Siliziumepitaxieschicht 22, der Dotierkonzentration der p-dotierten Emitterwanne 9 und dem Abstand zwischen dem hoch n-dotierten Siliziumsubstrat 1 und den vergrabenen p-dotierten Emitterwannen 9 erreicht werden.
  • Im einfachsten Fall wird die Dotierkonzentration der der p-dotierten Emitterwanne 9 viel höher als die Dotierkonzentration der ersten n-Siliziumepitaxieschicht 22 gewählt. Dann ist die Avalanche-Durchbruchsspannung praktisch nicht mehr von der Dotierkonzentration der p-dotierten Emitterwanne 9 abhängig. Dies stellt einen einseitig abruptern Übergang dar.
  • Die zweite Teilstruktur, die aus der p-dotierten SiGe-Schicht 3, der zweiten n-Siliziumepitaxieschicht 12 und den vergrabenen p-dotierten Emitterwannen 9 besteht, wird so ausgelegt, dass deren Durchbruchspannung BV2 von dem sogenannten Reach-Through-Effekt bestimmt wird. Dies kann durch geeignete Auslegung von der Dotierkonzentration der zweiten n-Siliziumepitaxieschicht 12 und dem Abstand zwischen der SiGe-Schicht 3 und den vergrabenen p-dotierten Emitterwannen 9 geschehen. Die zweite Teilstruktur ist eine pnp-Bipolarstruktur ("vergrabener "Emitter").
  • Beim Durchbruch einer HJD-BE befindet sich die Stelle höchste Feldstärke – und damit auch die Avalanche-Generation von Ladungsträgerpaaren – nicht an der Oberfläche des Bauelements, sondern an den pn-Übergängen zwischen den vergrabenen p-dotierten Emitterwannen 9 und der ersten n-dotierten Siliziumepitaxieschicht 22.
  • In 5 wird dies am Beispiel eines Simulationsergebnisses illustriert. Da die Stelle des höchsten elektrischen Feldes sich weder am Chiprand noch an der Oberfläche befindet, sondern in Innere des Halbleiters verlegt ist, kann auf zusätzliche, aufwendige Randstrukturen verzichtet werden. Dies führt neben der Einsparung von Chipfläche auch zu einem einfacheren Herstellungsprozess, da keine zusätzlichen Prozessschritte, bzw. Masken benötigt werden. Da der Durchbruch im Inneren stattfindet, es handelt sich also um einen Volumendurchbruch, ist die Robustheit des Bauelementes höher als bei einem mit einer Randstruktur versehenen Element.
  • Die Durchbruchspannung der ersten Teilstruktur BV1 wird durch Avalanche-Durchbruch bestimmt und verfügt daher über einen positiven Temperaturkoeffizient, d. h. die Durchbruchspannung BV1 nimmt mit steigender Temperatur zu. Die Durchbruchspannung der zweiten Teilstruktur BV2 wird durch den Reach-Through-Effekt bestimmt und verfügt über einen negativen Temperaturkoeffizienten. Da die gesamte Durchbruchspannung BV der erfindungsgemäßen HJD-BE die Summe von BV1 mit positivem TK und BV2 mit negativem TK ist, hat die Durchbruchsspannung BV einen deutlich kleineren Temperaturkoeffizienten als eine normale Avalanche-Diode. Durch geeignete Auslegung von Geometrie und Dotierkonzentrationen besteht sogar die Möglichkeit, die Temperaturabhängigkeit der Durchbruchspannung BV weitergehend zu unterdrücken. Dies ist erheblicher Vorteil, wenn die Dioden bei hohen Temperaturen und hohen Strömen zur Begrenzung der Bordnetzspannung in Kfz-Generatoren eingesetzt werden sollen.
  • Die Strukturen können im Prinzip auch für andere Spannungen, insbesondere für wesentlich höhere Spannungen, ausgelegt werden. Die Bauteile können durch beidseitige Lötmontage in bekannte Einpressdiodengehäuse montiert werden. Kristallstörungen, die beim Vereinzeln der Chips entstehen können, können in üblicher Weise durch Nass- oder Trockenätzen abgetragen werden.
  • Die Vorteile, Entfall der Randstruktur und ein kleinerer oder gar verschwindender Temperaturkoeffizient der Durchbruchsspannung können natürlich auch bei homogenen pn-Übergängen, bei denen kein Heteroübergang vorliegt, ausgenützt werden. In diesem Fall besteht die p-dotierte Schicht 3 4 nicht aus SiGe, sondern einfach wieder aus p-dotiertem Silizium.
  • In vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Lösung auch für Schottky-Dioden geeignet. Die bei der HJD-BE aufgezeigten Vorteile wie,
    • – unabhängige Wahl der Durchbruchspannungen BV1, BV2 bzw. BV = BV1 + BV2,
    • – höhere Robustheit durch Durchbruch im Volumen,
    • – sowie Kompensation des Temperaturkoeffizienten der Durchbruchspannung, können auch bei Schottky-Dioden realisiert werden.
  • Wie 6 zeigt, besteht die Planar-Schottky-Diode mit vergrabenem Emitter dieser Erfindung aus einem hoch n-dotierten Siliziumsubstrat 1, einer ersten n-Siliziumepitaxieschicht 22, einer zweiten n-Siliziumepitaxieschicht 12, mindestens einer vergrabenen p-dotierten Emitterwanne 9, einer Metallschicht an der Oberseite des Chips 44 als Schottky-Kontakt bzw. Anodenelektrode und einer Metallschicht an der Unterseite des Chips 5 als ohmscher Kontakt bzw. Kathodenelektrode.
  • Wie bei der HJD-BE, dargestellt in 4, verfügt die erste n-Siliziumepitaxieschicht 22 über eine höhere Dotierkonzentration als die zweite n-Siliziumepitaxieschicht 12. Neben der Barriere zwischen Schottky-Kontakt 44 und der zweiten n-Siliziumepitaxieschicht 12 bilden sich pn-Übergänge sowohl zwischen den vergrabenen p-dotierten Emitterwannen 9 und der ersten n-Siliziumepitaxieschicht 22 als auch zwischen den vergrabenen p-dotierten Emitterwannen 9 und der zweiten n-Siliziumepitaxieschicht 12 aus.
  • Neben der in 6 dargestellten Planar-Schottky-Diode mit vergrabenem Emitter ist das Konzept der erfindungsgemäßen Lösung auch bereits in Verbindung mit dem Stand der Technik genannten Schottky-Dioden mit Trench-Strukturen einsetzbar.
  • Weitere spezielle Ausgestaltungen sind:
    Der Germaniumanteil der p-dotierten SiGe-Schicht 3 beträgt zwischen 10–40%.
  • Die p-dotierten SiGe-Schicht 3 ist mit Bor einer Konzentration > 1019 1/cm3 dotiert, wobei das Dotierprofil abgestuft ausgeführt sein kann.
  • Die Anordnung mit den Halbleiterelementen wird in Gleichrichtern von Kfz-Generatoren zur Steigerung des Generatorwirkungsgrades eingesetzt. Sie sind geeignet für den Betrieb im Durchbruch im Zener-Betrieb bei hohen Strömen und/oder geeignet für den Betrieb bei hohen Sperrschichttemperaturen, insbesondere > 200°C.
  • Es sind Ausgestaltungen möglich, bei denen die Durchbruchsspannung etwa 20 V oder 40 V beträgt. Andere Ausgestaltungen ermöglichen eine Durchbruchsspannung, die wesentlich höher als 40 V ist.
  • Die HJD-BE ist statt aus Silizium aus anderen Materialien, insbesondere III/V-Verbindungen, SiC/Si usw. hergestellt. Der Heteroübergang kann in einer weiteren Ausgestaltung durch einen homogenen Übergang, insbesondere p-Si/n-Si ersetzt sein. Es sind auch HJD-BE möglich, bei denen die Reihenfolge der Dotierung der Schichten genau umgekehrt ist (n statt p und p statt n).
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung sind umlaufend am Rand andere Halbleiterbauelemente, insbesondere Dioden, MOSFETs, IGBTs usw. als Randstruktur vorhanden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • - DE 102006024850 A1 [0006]

Claims (14)

  1. Halbleiteranordnung bestehend aus einem hoch n-dotierten Siliziumsubstrat (1) und einer ersten n-Siliziumepitaxieschicht (22), die sich direkt an das hoch n-dotiertes Siliziumsubstrat (1) anschließt, mit einer p-dotierten SiGe-Schicht (3), die sich an eine zweite n-dotierte Siliziumepitaxieschicht (12) anschließt und eine Heteroübergang-Diode bildet, welche sich über der ersten n-dotierten Siliziumepitaxieschicht (22) befindet und bei der sich der pn-Übergang innerhalb der p-dotierten SiGe-Schicht (3) befindet, wobei die erste n-Siliziumepitaxieschicht (22) eine höhere Dotierkonzentration als die zweite n-Siliziumepitaxieschicht (12) hat wobei zwischen den beiden n-dotierten Epitaxieschichten mindestens eine p-dotierte Emitterwanne (9) hegt und einen vergrabenen Emitter bildet, wobei sich sowohl ein pn-Übergang zur ersten n-dotierten Siliziumepitaxieschicht (22) als auch zur zweiten n-dotierten Siliziumepitaxieschicht (12) ausbildet und wobei die mindestens eine Emitterwanne (9) vollständig von den beiden Epitaxieschichten umschlossen ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilstruktur, bestehend aus dem hoch n-dotierten Siliziumsubstrat (1), der ersten n-Siliziumepitaxieschicht (22) und den vergrabenen p-dotierten Emitterwannen (9), so ausgelegt ist, dass deren Durchbruchspannung BV1 vom Avalanche-Durchbruch bestimmt wird und die zweite Teilstruktur, bestehend aus den vergrabenen p-dotierten Emitterwannen (9), der zweiten n-Siliziumepitaxieschicht (12) und SiGe-Schicht (3), so ausgelegt ist, dass deren Durchbruchspannung BV2 vom Reach-Through-Effekt bestimmt wird und die gesamte Durchbruchspannung BV = BV1 + BV2 ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbruchspannung der ersten Teilstruktur BV1 einen positiven Temperaturkoeffizient und die Durchbruchspannung der zweiten Teilstruktur BV2 einen negativen Temperaturkoeffizient aufweist, so dass die gesamte Anordnung einen sehr geringen oder gar verschwindenden Temperaturkoeffizienten der Durchbruchspannung BV aufweist.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Germaniumanteil der p-dotierten SiGe-Schicht (3) zwischen 10–40% beträgt.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die p-dotierten SiGe-Schicht (3) mit Bor einer Konzentration > 1019 1/cm3 dotiert ist, wobei das Dotierprofil abgestuft ausgeführt sein kann.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Gleichrichtern von Kfz-Generatoren zur Steigerung des Generatorwirkungsgrades eingesetzt werden.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie geeignet ist für den Betrieb im Z-Durchbruch bei hohen Strömen und/oder geeignet ist für den Betrieb bei hohen Sperrschichttemperaturen, insbesondere > 200°C.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SiGe bzw. Si-Bereiche durch andere Halbleitermaterialien, wie III/V-Verbindungen, Si usw. ersetzt sind.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbruchsspannung etwa 20 V oder 40 V beträgt.
  10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass die Durchbruchsspannung wesentlich höher als 40 V ist.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüchen 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heteroübergang p-SiGe/n-Si durch einen homogenen Übergang, insbesondere p-Si/n-Si ersetzt ist.
  12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass sie umlaufend am Rand andere Halbleiterbauelemente, insbesondere Dioden, MOSFETs, IGBTs usw. als Randstruktur aufweist.
  13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge der Dotierung der Schichten genau umgekehrt ist (n statt p und p statt n).
  14. Anspruch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die p-dotierte SiGe Schicht (3) entfällt und der Übergang zwischen einer Metallschicht (44) und der zweiten n-Siliziumepitaxieschicht (12) als Schottkykontakt ausgebildet ist.
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