DE102018107611A1

DE102018107611A1 - Fotoempfindliches Halbleiterbauelement, Verfahren zum Bilden eines fotoempfindlichen Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102018107611A1
Application number: DE102018107611.8A
Authority: DE
Inventors: Manuel Schmidt
Original assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Current assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-02
Also published as: US20210126150A1; WO2019185787A1; CN111902950A; KR20200134316A; JP2021519519A; US11876144B2; TW201943094A; JP7458130B2; IL277631A; EP3762975A1; MX2020010027A

Abstract

Ein photoempfindlicher Transistor hat ein Halbleitersubstrat (10) des ersten Leitfähigkeitstyps als eine Kollektorschicht, darüber eine geringer dotierte Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps mit Bereichen unterschiedlicher Dicke, eine Halbleiter-Basisschicht (12) des zweiten Leitfähigkeitstyps über mindestens Teilen der Bereiche der geringer dotierten Schicht (11), und eine Emitterschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps über mindestens Teilen der Basisschicht (12), aber nicht über mindestens einem Teil des über dem dünneren Bereich der geringer dotierten Schicht (11) liegenden Teils der Basisschicht (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein fotoempfindliches Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zum Bilden eines fotoempfindlichen Halbleiterbauelements. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit an Umgebungslichtdetektion angepassten Fototransistoren. Solche Bauelemente werden beispielsweise dafür verwendet, die Leuchtstärke aktiver optischer Anzeigen an die Umgebungslichtsituation anzupassen, also beispielsweise die Leuchtstärke von Hintergrundbeleuchtungen von Displays in Fahrzeugen oder mobilen digitalen Geräten abhängig vom Umgebungslicht zu steuern.
Damit solche Umgebungslichttransistoren eine angepasste Ausgabe liefern, müssen sie eine spektrale Empfindlichkeit aufweisen, die die wirksamen Effekte der Wahrnehmung von Anzeigen nachbildet, also einerseits die spektrale Verteilung der Umgebungsbeleuchtung und andererseits die menschliche Sehfähigkeit über der Wellenlänge. Das menschliche Auge ist allgemein für Wellenlängen im Bereich zwischen etwa 400 nm und 800 nm empfindlich. Wellenlängen kürzer als 400 nm sind UV-Licht, Wellenlängen länger als 800 nm Infrarotlicht (IR). UV- und IR-Strahlung werden vom Auge nicht mehr wahrgenommen.
Regelmäßig sind optische Sensoren unzureichend an die Notwendigkeiten der Umgebungslichtdetektion angepasst. Sehr häufig liegt, wenn eine Empfindlichkeit über einen höheren spektralen Bereich überhaupt gegeben ist, eine relativ zu hohe Empfindlichkeit im Bereich langer Wellenlängen (700 nm bis 800 nm, „rot“) vor und eine relativ zu geringe Empfindlichkeit im Bereich kurzer Wellenlängen (400 nm bis 500 nm, „blau“).
9 zeigt einen bekannten Aufbau für die Anpassung eines Umgebungslichtsensors an die Erfordernisse der Umgebungslichtdetektion. Gezeigt ist ein Querschnitt durch einen geschichteten Halbleiteraufbau. Das Halbleiterbauelement 90 kann als Kombination einer Fotodiode 98 mit einem verstärkenden Transistor 99 angesehen werden. Es ist auf einem Substrat 91 mit n⁺ -Dotierung aufgebaut. Darüber liegt eine schwächer dotierte Schicht 92 mit n^- -Dotierung. Im oberen Bereich dieser Schicht 92 ist die p-dotierte Schicht 93 eindiffundiert, die für die Diode 98 als Anode fungiert. Für den danebenliegenden Transistor 99 ist sie die unmittelbar damit verbundene Basisschicht. In die Basisschicht 93 ist eine n⁺-dotierte Emitterschicht 94 eindiffundiert.
Die Anpassung der Detektionskennlinie erfolgt dadurch, dass die Dicke d1 der Schicht 92 auf einen gegenüber herkömmlichen photoempfindlichen Bauteilen vergleichsweise geringen Wert von beispielsweise etwa 2,5 µm bis 3 µm gesetzt wird. Normale Werte sind demgegenüber Schichtdicken von 10µm bis 30 µm. Mit dem Setzen der Dicke d1 auf vergleichsweise geringe Werte macht man sich das wellenlängenabhängige Absorptionsverhalten von Strahlung in Halbleitermaterial in Verbindung mit den unterschiedlichen Dotierungsgraden (n⁺ in 91, n^- in 92) zunutze. Kurze Wellenlängen dringen vergleichsweise gering in den Halbleiter ein und werden im Wesentlichen in den genannten 3 µm der Schicht 92 absorbiert. Wegen des geringen Dotierungsgrads dieser Schicht ist die Lebensdauer der generierten Träger vergleichsweise hoch, so dass dementsprechend ein relativ hoher Fotostrom resultierend aus dem kurzwelligen Licht (blau) erzeugt wird. Demgegenüber gelangt langwelliges Licht (rot) mindestens teilweise tiefer in den Halbleiter, also von oben in die Schicht 91 hinein. Rotes Licht wird deshalb zu einem merklichen Anteil in der Substratschicht 91 eines hohen Dotierungsgrads n⁺ absorbiert. Da dort der Dotierungsgrad hoch ist, ist auch die Rekombinationsrate hoch und die Trägerlebensdauer vergleichsweise kurz. Die relative Wandlung langwelliger (roter) Strahlung in Fotostrom ist deshalb geringer, so dass mit einem solchen Aufbau der bekannten relativen Überempfindlichkeit von Sensoren für rotes Licht gegenüber blauem Licht abgeholfen ist.
Nachteil dieses Aufbaus ist es allerdings, dass wegen der vergleichsweise geringen Dicke d1 der schwach dotierten Schicht 92 auch die Dicke d2 der Anoden/Basisschicht 93 relativ dünn auf etwa 1 µm gesetzt werden muss. Die Emitterschicht 94 ist dementsprechend noch dünner. Deshalb wird die Gesamtdicke des vertikalen Transistors 99 in vertikaler Richtung der Zeichnungsebene sehr gering. Dies führt zu massiven Schwierigkeiten dahingehend, Bauelemente mit nur gering streuenden Eigenschaften zu erhalten. Bei sehr flachen Aufbauten wie in 9 angedeutet, können Kennwerte des Transistors um den Faktor 5 voneinander abweichen, so dass der Wert solcher Bauelemente beschränkt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Halbleiterbauelement und ein Herstellungsverfahren hierfür anzugeben, die die Herstellung von gut an Umgebungslichtdetektion angepassten Halbleiterbauelementen mit verringerter Streuung der Kennwerte derselben erlauben.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Gemäß der Erfindung wird ein geschichteter Aufbau eines stark dotierten Substrats als Kollektor, darüber einer qualitativ gleich, aber schwächer dotierten Halbleiterschicht, darin oder darüber einer entgegengesetzt dotierten Basisschicht und wiederum darin oder darüber bereichsweise einer wie das Substrat dotierten Emitterschicht angegeben. Die schwach dotierte Schicht und/oder die Basisschicht weisen dabei im vertikalen (senkrecht zur Substratoberfläche) Querschnitt betrachtet seitlich nebeneinander liegende Bereiche unterschiedlicher Dicke auf, wobei der Transistorteil des Halbleiterbauelements im dickeren Bereich der schwächer dotierten Schicht und/oder der Basisschicht ausgebildet ist und der Diodenteil im dünneren Bereich.
Soweit die schwächer dotierte Schicht im Diodenbereich dünner (also im Transistorbereich dicker) ausgebildet ist, bewirkt dies im Diodenteil eine Verbesserung der Anpassung der Kennlinie über den oben beschriebenen Mechanismus, indem die Rotempfindlichkeit reduziert wird. Im dickeren Bereich kann demgegenüber auch der Transistor in vertikaler Richtung der Zeichenebene betrachtet dicker gebaut werden, indem im dicken Bereich der schwächer dotierten Schicht auch die Basisschicht und die Emitterschicht dicker ausgebildet werden können, so dass es einfacher ist, Streuungen der Transistoreigenschaften zu verringern.
Soweit die Basisschicht (im Transistorteil) einen dickeren und (im Diodenteil) einen dünneren Bereich aufweist, bewirkt dies, dass die ungünstige Rückwirkung der Basisdotierung auf die Photostromgenerierung durch kurzwelliges Licht in der darunter liegenden schwächer dotierten Schicht reduziert wird, so dass die relative Empfindlichkeit des Diodenteils gegenüber kurzen Wellenlängen (blau) erhöht wird. Es kann dann die Dicke der schwächer dotierten Schicht auf einen in etwa konstanten höheren Wert als er für die Rotunterdrückung optimal wäre, bis hin zu konventionellen Werten gewählt werden. Auch dann kann der Transistorteil dicker und deshalb besser reproduzierbar aufgebaut werden.
Vorzugsweise werden die Ausführungsformen kombiniert, also sowohl schwächer dotierte Schicht als auch Basisschicht im Diodenteil mit dünneren Bereichen ausgebildet, um die Effekte Rotreduktion und Blauanhebung zu kombinieren.
Angegeben wird ein Verfahren zum Bilden eines photoempfindlichen Halbleiterbauelements, mit den Schritten Bereitstellen eines Halbleitersubstrats des ersten Leitfähigkeitstyps als eine Kollektorschicht, darüber Bilden einer geringer dotierten Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps, darin oder darüber Bilden einer Halbleiter-Basisschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, darin oder darüber Bilden einer Emitterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps so, dass ein Teil des Basisschichtbereichs nicht von der Emitterschicht überdeckt ist, wobei die geringer dotierte Schicht und/oder die Halbleiter-Basisschicht mit Bereichen unterschiedlicher Dicke ausgebildet werden und die Emitterschicht im Bereich der größten Dicke der geringer dotierten Schicht und/oder der Halbleiter-Basisschicht ausgebildet wird.
Konkreter sprechend wird ein Verfahren angegeben zum Bilden eines photoempfindlichen Halbleiterbauelements, mit den Schritten a.) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats des ersten Leitfähigkeitstyps als eine Kollektorschicht, b.) Bilden einer geringer dotierten Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps, indem auf oder in einem ersten Bereich der Substratoberfläche ein erster Bereich der geringer dotierten Schicht einer ersten Dicke ausgebildet wird, die geringer ist als ein erster Schwellenwert , auf oder in einem zweiten Bereich der Substratoberfläche ein zweiter Bereich der geringer dotierten Schicht einer zweiten Dicke ausgebildet wird, die höher ist als ein zweiter Schwellenwert , der höher ist als der erste Schwellenwert , wobei auf oder in der Substratoberfläche der erste Bereich und der zweite Bereich aneinander angrenzen oder auf oder in der Substratoberfläche zwischen sich einen Übergangsbereich haben, auf oder in dem ein Übergangsbereich der geringer dotierten Schicht ausgebildet wird, wobei die Dotierungskonzentration in der geringer dotierten Schicht geringer eingestellt wird als die des Substrats , c.) Bilden auf oder in der geringer dotierten Schicht einer Halbleiter-Basisschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einem ersten Basisschichtbereich über zumindest einem Teil des ersten Bereichs der geringer dotierten Schicht, einem zweiten Basisschichtbereich über zumindest einem Teil des zweiten Bereichs der geringer dotierten Schicht und womöglich einem Übergangs-Basisschichtbereich über zumindest einem Teil des Übergangsbereichs der geringer dotierten Schicht, d.) Bilden auf oder in dem zweiten Basisschichtbereich einer Emitterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps so, dass mindestens ein Teil des ersten Basisschichtbereichs nicht von der Emitterschicht überdeckt ist.
Der erste Bereich und der zweite Bereich der geringer dotierten Halbleiterschicht können hergestellt werden, indem a.) zuerst auf dem Halbleitersubstrat eine erste halbleitende Schicht mit dem geringeren Dotierungsgrad vorzugsweise epitaktisch aufgebracht wird, b.) dann die erste halbleitende Schicht über dem ersten Bereich der Substratoberfläche weiter aufdotiert wird, vorzugsweise bis auf den Dotierungsgrad des Substrats oder höher oder niedriger, und c.) dann auf der ersten halbleitende Schicht eine zweite halbleitende Schicht mit dem geringeren Dotierungsgrad vorzugsweise epitaktisch aufgebracht wird.
Der erste Bereich und der zweite Bereich der geringer dotierten Halbleiterschicht können auch hergestellt werden, indem a.) zuerst auf dem Halbleitersubstrat eine erste halbleitende Schicht mit dem geringeren Dotierungsgrad vorzugsweise epitaktisch aufgebracht wird, und b.) dann auf der ersten halbleitende Schicht über dem zweiten Bereich der Substratoberfläche und nicht über dem ersten Bereich der Substratoberfläche eine zweite halbleitende Schicht aufgebracht wird.
Der erste Bereich und der zweite Bereich der geringer dotierten Halbleiterschicht können auch hergestellt werden, indem a.) zuerst auf dem Halbleitersubstrat eine halbleitende Schicht mit dem geringeren Dotierungsgrad der Dicke des zweiten Bereichs der geringer dotierten Halbleiterschicht vorzugsweise epitaktisch aufgebracht wird, und b.) danach die halbleitende Schicht über dem ersten Bereich der Substratoberfläche so weit vorzugsweise durch Ätzen abgetragen wird, bis die Dicke des ersten Bereichs der geringer dotierten Halbleiterschicht erreicht ist.
Angegeben wird auch ein Verfahren wie oben, bei dem a.) die geringer dotierte Schicht gleichförmig dick oder ungleichförmig dick auf dem Substrat ausgebildet wird, b.) dann die Basisschicht in die geringer dotierte Schicht eindiffundiert wird, c.) dann ein Teilbereich der Basisschicht weiter vertieft wird, und d.) dann in oder über dem vertieften Bereich der Basisschicht die Emitterschicht ausgebildet wird.
In dem Verfahren wie oben ist der erste Leitfähigkeitstyp eine n-Dotierung und der zweite Leitfähigkeitstyp eine p-Dotierung. Es kann aber auch umgekehrt sein.
Ein photoempfindliches Halbleiterbauelement hat a.) ein Halbleitersubstrat des ersten Leitfähigkeitstyps als eine Kollektorschicht, b.) darüber eine geringer dotierten Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps mit Bereichen unterschiedlicher Dicke, c.) eine Halbleiter-Basisschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps in oder über mindestens Teilen der Bereiche der geringer dotierten Schicht, d.) eine Emitterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps über mindestens Teilen der Basisschicht , aber nicht über mindestens einem Teil des über dem dünneren Bereich der geringer dotierten Schicht liegenden Teils der Basisschicht .
Ein weiteres photoempfindliches Halbleiterbauelement hat a.) ein Halbleitersubstrat des ersten Leitfähigkeitstyps als eine Kollektorschicht, b.) darüber eine geringer dotierten Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps, c.) über mindestens einem Teil der geringer dotierten Schicht eine Halbleiter-Basisschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps mit Bereichen unterschiedlicher Dicke, d.) eine Emitterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps über mindestens einem Teil des dickeren Bereichs der Basisschicht , aber nicht über mindestens einem Teil des dünneren Bereich der Basisschicht .
Nachfolgend werden Bezug nehmend auf die Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, es zeigen

1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements,
2 schematisch ein erstes Herstellungsverfahren,
3 schematisch ein zweites Herstellungsverfahren,
4 schematisch ein drittes Herstellungsverfahren,
5 den Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Halbleiterbauelements,
6 ein weiteres Herstellungsverfahren,
7 ein weiteres Herstellungsverfahren,
8 die Draufsicht auf einen Wafer, und
9 eine Ausführungsform des Standes der Technik.

1 zeigt schematisch den Querschnitt durch ein einzelnes Halbleiterbauelement 1. In 8 kann der Querschnitt längs der mit den Pfeilen A-A markierten gestrichelten Linie senkrecht zur Zeichenebene liegen. In 1 ist ebenso wie in 5 anzunehmen, dass die Lichteinfallsfläche die oben in der Figur freiliegende Oberfläche des Halbleiterbauelements ist. Allgemein wird das Halbleiterbauelement auf einem Substrat 10 aufgebaut, dessen Dicke t9 einige 100 µm sein kann, beispielsweise größer als 200 µm oder größer als 300 µm und kleiner als 1 mm oder kleiner als 700 µm.
Das in 1 gezeigte Substrat 10 ist stark n-dotiert (n⁺ ). Darüber befindet sich eine Schicht 11, die schwächer n-dotiert (n^- ) ist als das Substrat. Mit 12 ist eine p-dotierte Basisschicht bezeichnet und mit 13 eine n⁺ -dotierte Emitterschicht.
Die 1 zeigt in Kombination eine Verdickung der schwach dotierten Schicht 11 und eine Verdickung der Basisschicht 12 im rechten Teil der Figur, der dem Transistorbereich entspricht. Dabei ist die Dicke der schwach dotierten Schicht (wie auch diejenige anderer Schichten) als ausgehend von der freien Oberfläche 2 des Halbleiterbauelements gemessen zu verstehen und schließt deshalb die Dicken der darüber liegenden Schichten ein.
In 1 bezeichnen t1 die Dicke der schwächer dotierten Schicht 11 in ihrem dünneren Bereich, t2 die Dicke der schwächer dotierten Schicht 11 in ihrem dickeren Bereich, t3 die Dicke der Basisschicht in ihrem dünneren Bereich und t4 die Dicke der Basisschicht 12 in ihrem dickeren Bereich. Die Zeichnung der 1 zeigt, dass dort (rechter Teil der Figur, Transistorteil des Halbleiterbauelements), wo die schwächer dotierte Schicht 11 dick ausgestaltet ist, auch die Basisschicht 12 dick ausgestaltet ist, und umgekehrt (im Diodenteil des Halbleiterbauelements im linken Teil der Figur).
In der Ausführungsform der 1 wird die unterschiedliche Gestaltung der Dicke der schwächer dotierten Schicht 11 dadurch herbeigeführt, dass ein (tiefer liegender) Bereich der schwächer dotierten Schicht weiter aufdotiert wird, wie nachfolgend beschrieben. Dieser Bereich ist der in 1 mit 10a bezeichnete Bereich, der in seiner Dotierungsstärke derjenigen (n⁺ ) des Substrats 10 entsprechen kann. Die dicken und dünnen Bereiche der schwächer dotierten Schicht 11 und der Basisschicht 12 liegen in Draufsicht und auch im Schnitt der 1 in Links-Rechts-Richtung nebeneinander und haben allenfalls zwischen sich einen Übergangsbereich. 10-1 symbolisiert einen Bereich des Substrats, über dem ein erster Bereich 11-1 geringerer Dicke der schwächer dotierten Schicht 11 und ein erster Bereich 12-1 geringerer Dicke der Basisschicht 12 liegen. Er entspricht in etwa dem Diodenbereich des Halbleiterbauelements. 10-2 symbolisiert einen Bereich des Substrats, über dem ein zweiter Bereich 11-2 der schwächer dotierten Schicht 11 größerer Dicke liegen kann und/oder über dem ein zweiter Bereich 12-2 der Basisschicht 12 größerer Dicke liegen kann. Er entspricht in etwa dem Transistorbereich des Halbleiterbauelements. Zwischen den Bereichen 10-1 und 10-2 auf dem Substrat kann ein Übergangsbereich 10-3 einer gewissen Breite w liegen, innerhalb dessen die genannten Maße/Dicken ineinander übergehen. Über dem Übergangsbereich 10-3 des Substrats liegt ein Übergangsbereich 11-3 der schwächer dotierten Schicht 11 und ein Übergangsbereich 12-3 der Basisschicht.
Die Wirkungsweise des Aufbaus der 1 ist die folgende: Im Bereich 10-1, 11-1 und 12-1, der im Wesentlichen einer Fotodiode entspricht, sind die Verhältnisse für eine geeignet dimensionierte Rotunterdrückung eingestellt. Die Dicke t1 der schwächer dotierten Schicht 11 ist vergleichsweise gering, so dass ein merklicher Anteil der langen Wellenlängen im darunterliegenden dotierten Bereich 10a absorbiert wird, der höher auf z. B. n⁺ dotiert ist, so dass die Rotabsorption in Bereichen hoher Rekombination stattfindet, so dass der Beitrag der langen Wellenlängen zum Signal geringer wird. Im Bereich 10-2, 11-2, 12-2 und 13, der im Wesentlichen einem vertikalen Bipolartransistor entspricht, sind die Verhältnisse auf Verbesserung der Reproduzierbarkeit von Transistorkennlinien eingestellt. Die Dicke t2 der schwächer dotierten Schicht 11 und auch die Dicke t4 der Basisschicht 12 (gemessen von der Substratoberfläche 2 aus) sind vergleichsweise hoch, so dass den Schwierigkeiten zur Erlangung reproduzierbarer Kennwerte der Transistoren, die sich aus der bekannten flachen Bauweise der Transistoren ergaben, abgeholfen ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Dicken t1 und t2 der Bereiche der schwächer dotierten Schicht 11 ausgehend von der Substratoberfläche 2 bestimmt werden und insoweit die Dicken der jeweiligen darüberliegenden Bereiche der Basisschicht 12 einschließen. Die Dicke t4 des dickeren Teils 12-2 der Basisschicht 12 wiederum schließt die Dicke t5 der Emitterschicht 13 ein.
Der Übergangsbereich 10-3, 11-3, 12-3 hat keine eigene technische Funktion. Er ist jedoch faktisch vorhanden als der Bereich, innerhalb dessen die unterschiedlichen Maße der Schichten der beidseits benachbarten Bereiche ineinander übergehen. Seine Breite w ist auch durch die insoweit vorliegenden Notwendigkeiten und Zwänge bestimmt und kann sehr gering sein.
Bezug nehmend auf die 2a bis 2f wird ein Herstellungsverfahren für ein Halbleiterbauelement mit unterschiedlichen dicken Bereichen der schwächer dotierten Schicht 11 beschrieben. Das Verfahren eignet sich zur Herstellung der Ausführungsform der 1.
Allgemein ist insoweit zu sagen, dass die beschriebenen Halbleiterbauelemente nicht einzeln gefertigt werden, sondern als nebeneinandergereihte Teile in einem größeren Wafer, wie dies für die Ausführungsform der 1 und 5 schematisch in 8 gezeigt ist. 8 zeigt beispielhaft die Anordnung vieler zu fertigender Halbleiterbauelemente 1 in einem rechtwinkligen/quadratischen Raster, das durch den Herstellungsvorgang auf einem größeren Wafer 70 abgebildet wird. Die nebeneinanderliegenden Halbleiterbauelemente 1 werden gleichzeitig in gleicher Weise durch die jeweils geeigneten Prozessschritte bearbeitet und werden am Ende vereinzelt, indem sie längs der Freiräume zwischen ihnen geschnitten werden. Demgegenüber zeigt 2 (und auch die 3, 4 und 6) Vorgänge und Abläufe zu einem einzelnen Halbleiterbauelement 1 so, als ob es alleine gefertigt würde. Tatsächlich aber erfolgt in vielen Fällen die Fertigung parallel mit anderen Halbleiterbauelementen 1 wie in 8 angedeutet.
2a zeigt die Bereitstellung eines Wafers 10 aus Halbleitermaterial. Das Halbleitermaterial ist n-dotiert, insbesondere auf eine n⁺ -Dotierungskonzentration.
Gemäß 2b wird auf dem Substrat 10 eine erste halbleitende Schicht 11a mit dem geringeren Dotierungsgrad n^- vorzugsweise flächendeckend aufgebracht.
Gemäß 2c wird dann ein Teil der Schicht 11a weiter n-dotiert, so dass dieser eine erhöhte n-Dotierungskonzentration erreicht, die aber noch unter der n⁺ -Konzentration des Substrats 10 liegen kann oder gleich sein kann oder sogar höher sein kann. Faktisch wird dadurch dieser Teil der einst niedriger dotierten Schicht 11a ein Teil des höher dotierten Substrats 10, was durch Bezugsziffer 10a angedeutet ist.
Gemäß 2d wird dann eine zweite halbleitende Schicht 11b mit dem geringeren Dotierungsgrad n^- auf der ersten Schicht 11a aufgebracht. Nach der in 2d gezeigten Bearbeitung liegt eine schwächer dotierte Schicht 11 vor, die links einen dünneren Bereich der Dicke t1 und rechts einen dickeren Bereich der Dicke t2 hat.
Die Schichten 11a und 11b können mittels Epitaxie aufgebracht werden. Vorzugsweise erfolgt die n^- -Dotierung dieser Schichten 11a und 11b schon zusammen mit dem epitaktischen Auftrag der Schichten.
Gemäß 2e wird dann eine Basisschicht 12 ausgebildet. Sie ist p-dotiert und kann im dickeren Teil der schwächer dotierten Schicht 11 dicker als im dünneren Teil der schwächer dotierten Schicht 11 ausgeführt werden. Sie erhält auf diese Weise die unterschiedlichen Dicken t3 und t4 wie in 2e gezeigt. Hier kann zuerst nur der dickere Bereich 12-2 gefertigt werden und daran anschließend daneben der dünnere Bereich 12-1. Wichtig ist, dass jeweils unter den Bereichen der Basisschicht 12 noch Bereiche der schwächer dotierten Schicht 11 verbleiben, die die Ausbildung einer nennenswerten Raumladungszone bis hin zur stärker dotierten Schicht aus Substrat 10 und weiter auf dotiertem Bereich 10a erlauben.
Gemäß 2f) wird im dickeren Teil der Basisschicht 12 zuletzt eine Emitterschicht 13 einer Dicke t5 ausgebildet. Sie kann eindiffundiert werden, indem n-Dotierungsstoffe in den vorher p-dotierten Bereich der Basisschicht 12 eindiffundiert werden. Die Emitterschicht 13 kann als Emitter fungieren, während die Substratschicht 10 als Kollektor fungieren kann. Vertikal betrachtet lässt die Emitterschicht 13 einen Teil des dickeren Teils der Basisschicht 12 stehen, so dass auf diese Weise ein vertikaler Transistor aus n⁺13, p12, n^-11 und n⁺10 entsteht. Im linken Teil der 2 ist dagegen eine Fotodiode entstanden, bestehend aus p12, n^-11 und n⁺10a, 10.
3 zeigt eine weitere Möglichkeit der Bildung eines Halbleiterbauelements mit unterschiedlich dicken Bereichen der schwächer dotierten Schicht 11. Die Schritte der 3a und 3b entsprechen qualitativ denen der 2a und 2b und werden nicht weiter erläutert. Allerdings ist die Dicke t1 der ersten halbleitenden Schicht 11a gleich diejenige, die für den dünneren Bereich 11-1 der schwächer dotierten Schicht 11 zuletzt gewünscht wird.
Über einen Teil der ersten halbleitenden Schicht 11a wird - in 3c auf der rechten Seite - eine zweite halbleitende n^- -Schicht 11d des geringeren Dotierungsgrads aufgetragen. Auch hier können die Schichten 11c und 11d wieder mittels Epitaxie durch beispielsweise geeignete Maskierungen aufgetragen werden. Die zweite halbleitende Schicht 11d wird so gefertigt, dass die Gesamtdicke der zwei Schichten 11c und 11d der zuletzt gewünschten Dicke t2 des dickeren Bereichs 11-2 der schwächer dotierten Schicht 11 entspricht. Die Substratoberfläche 2 ist dann nicht mehr eben, sondern stufig ausgebildet.
Gemäß 3d wird dann eine Basisschicht 12 gefertigt, etwa durch Eindiffundieren von p-Material von oben in die Oberfläche. Dies kann so erfolgen, dass die Basisschicht 12 im dünneren Bereich 11-1 der schwächer dotierten Schicht 11 eine geringere Dicke t3 hat als im dickeren Bereich 11-2 der geringer dotierten Schicht 11, wo die Basisschicht 12 eine Dicke t4 hat, die größer als t3 ist. Die Fertigung kann so erfolgen, dass links des an die Oberfläche 2 heranreichenden Bereichs der Basisschicht 12 ein Bereich der geringer dotierten Schicht 11 stehen bleibt.
Zuletzt wird gemäß 3e wieder die Emitterschicht 13 gebildet, die durch Implantieren von n-Material von oben bis zur gewünschten Dicke t5, die kleiner ist als t4, gefertigt werden kann.
Im Ergebnis erhält man ein Halbleiterbauelement, das in seinen elektrischen Eigenschaften dem der 2 entspricht.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens des Halbleiterbauelements. Die 4a und 4b entsprechen qualitativ denen der 2 und werden nicht extra erläutert. Allerdings wird die schwächer dotierte Schicht 11e gleich mit einer Dicke t2 gefertigt, etwa mittels Epitaxie, die der zuletzt gewünschten Dicke des dickeren Bereichs 11-2 der schwächer dotierten Schicht 11 entspricht. Es entsteht auf diese Weise der geschichtete Aufbau des stärker dotierten Substrats 10 mit n⁺ -Konzentration als Kollektorschicht und der schwächer dotierten Schicht 11 mit n^- -Konzentration darüber.
Gemäß 4c wird dann eine Basisschicht 12 gefertigt, etwa indem p-Material in die schwächer dotierte Schicht 11 von oben eindiffundiert wird. Dies erfolgt bis zur Erreichung einer Schichtdicke t4, die der zuletzt gewünschten Schichtdicke des dickeren Bereichs 12-2 der Basisschicht 12 entspricht.
4d zeigt der Einfachheit halber zwei weitere Arbeitsschritte in Kombination, die in jeder der zwei möglichen Folgen vollzogen werden können. Zum einen wird ein Teil der Basisschicht 12 entfernt, etwa durch Ätzen, so dass in diesem Bereich die Basisschicht 12 eine Dicke t3 annimmt und dem folgend die schwächer dotierte Schicht 11, gemessen ab der Bauelementoberfläche 2, eine verringerte Dicke t1. Zum anderen wird im verbleibenden dickeren Teil der Basisschicht 12 die Emitterschicht 13 bis zu einer Dicke t5 gefertigt, etwa durch Eindiffundieren von n-Material.
5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die schwächer (n^- ) dotierte Schicht 11 im Wesentlichen konstante Dicke t6 hat, aber die Basisschicht Bereiche unterschiedlicher Dicke hat wie qualitativ schon vorher beschrieben. Es hat sich gezeigt, dass auch das Vorsehen eines dünnen Basisbereichs (Dicke t3 in 5) im Bereich der Fotodiode schon für sich alleine eine Verbesserung der Anpassung der Bauelementcharakteristik bewirkt, indem dadurch die negative Rückwirkung der Basisdotierung auf die Vorgänge in der Raumladungszone in der schwächer dotierten Schicht 11 darunter verringert werden. Es kann deshalb die Dicke t6 der schwächer dotierten Schicht 11 auf einen höheren als für die Rotreduzierung optimalen Wert gewählt werden, so dass auch der Transistorbereich dementsprechend dicker und damit besser reproduzierbare Kennwerte aufweisend gefertigt werden kann. Man spart sich bei dieser Bauweise den Aufwand für die Fertigung unterschiedlich dicker Bereiche 11-1, 11-2 der schwächer dotierten Schicht 11.
6 zeigt ein Verfahren zur Bildung eines Halbleiterbauelements mit konstanter Dicke der schwächer dotierten Schicht 11 wie qualitativ in 5 gezeigt. Gemäß 6a wird wieder, wie vorher beschrieben, zunächst ein Substrat 10 mit n⁺-Dotierung bereitgestellt.
Darauf wird gemäß 6b eine Schicht 11 mit n^- -Konzentration ausgebildet, beispielsweise mittels Epitaxie. Sie wird mit der zuletzt gewünschten Schichtstärke t6 gefertigt.
Gemäß 6c und 6d wird dann eine Basisschicht 12 mit Bereichen unterschiedlicher Schichtdicke ausgebildet, etwa indem zuerst wie in 6c angedeutet in einem Teilbereich des Halbleiters (Transistorbereich) eine gleichmäßig tiefe Schicht der Stärke t7 mit p-Dotierung gefertigt wird, bis die gewünschte dickere Schichtstärke t7 als erste Endtiefe erreicht ist. In einem angrenzenden Bereich (Diodenbereich) wird dann, wie in 6d gezeigt, eine weniger tiefe Schicht 12-2 der Stärke t3 mit p-Dotierung gefertigt, bis die gewünschte schwächere Schichtstärke t3 als zweite Endtiefe erreicht ist.
Je nach Dimensionierungsverhältnissen kann dann wie in 5 gezeigt eine Emitterschicht 13 in den dickeren Bereich der Basisschicht 12 eindiffundiert werden, oder sie kann, wie in 6e gezeigt, nochmals separat bis zu einer Dicke t8 auf den dickeren Bereich der Basisschicht aufgebracht werden. Letzteres kann wieder mittels Epitaxie erfolgen. Bei dieser Bauweise ist die Dicke der Emitterschicht nicht in die der dicken Bereiche der Basisschicht und der schwächer dotierten Schicht eingerechnet.
7 zeigt den Anfang eines weiteren Herstellungsverfahrens. Es wird ein n⁺ -dotiertes Substrat 10 mit unterschiedlich dotierten Bereichen gefertigt. Zunächst kann eine gleichmäßige n⁺ -Grunddotierung erzeugt werden. Im Bereich 10-1 der späteren Photodiode werden dann zusätzlich mobilere Dotierungsstoffe 72 (für n-Dotierung etwa Phosphor) und/oder Dotierungsstoffe in höherer Konzentration eindiffundiert, was im Bereich 10-2 des späteren Transistors nicht mehr erfolgt, so dass es dort bei der n⁺ -Grunddotierung mit den weniger mobilen Dotierungsstoffen 71 (für n-Dotierung etwa Arsen, Antimon)bleibt, wie in 7a gezeigt. Mobilere Dotierungsstoffe wie Phosphor für n-Dotierung oder Aluminium für p-Dotierung haben einen verglichen mit anderen Dotierungsstoffen höheren Diffusionskoeffizienten, der ihre bei sonst gleichen Bedingungen verglichen mit anderen Dotierungsstoffen stärkere Diffusionsneigung widerspiegelt.
Im nächsten Schritt wird dann darüber die geringer dotierte Schicht 11 aufgebaut, etwa mittels Epitaxie. Im Bereich 10-1 der Diode diffundieren simultan mit dem Schichtaufbau und/oder in einem eigens danach induzierten Schritt die mobileren n-Dotierungsstoffe 72 in die oben angrenzende a priori geringer dotierte Schicht 11, so dass dort vertikal betrachtet im unteren Bereich 10a deren geringere Dotierung wegen der Diffusion von unten auf einen höheren Wert bis etwa n⁺ steigt. Auf diese Weise bewirken die nach oben diffundierenden Dotierungsatome 72 eine Verringerung der Dicke der geringer dotierten Schicht von t2 im Transistorbereich über dem Substratbereich 10-2 auf t1 im Diodenbereich über dem Substratbereich 10-1.
Es kann dann wie in 2 gezeigt fortgefahren werden.
Es entsteht auf diese Weise ein Transistor vergleichsweise hoher vertikaler Abmessung, so dass dessen Kennwerte auch hinreichend genau einstellbar sind. Die Anpassung der Bauelementkennlinie an die Tageslichterfassung erfolgt durch das Vorsehen des dünnen Bereichs 12-2 der Basisschicht 12 wie weiter oben beschrieben.
Allgemein zu den Herstellungsverfahren ist zu sagen, dass sie auch die nicht dargestellten Schritte der Anbringung von Kontakten mindestens auf den Kollektor- und Emitterschichten 10 und 13, die Vereinzelung, Einhäusung, Kontaktierung und weitere Schritte aufweisen.
In Draufsicht können in der 8 die einzelnen Bereiche inselartig erscheinen, also derart, dass die Basisbereiche 12 der einzelnen Halbleiterbauelemente voneinander von schwächer dotierten Bereichen 11 getrennt sind, längs derer dann die Vereinzelung erfolgt. Die jeweils vorhandenen Emitterschichten 13 können vollständig innerhalb der jeweiligen Basisschicht 12 inselartig liegen.
Es erfolgen jetzt die Angaben von Dimensionierungen, die jeweils für sich und in ihrer gewählten Darstellungskombination optional zu verstehen sind, auch wenn sie nachfolgend unbedingt angegeben sind. Die Angaben sind als beliebig miteinander kombinierbar zu verstehen, soweit dies technisch möglich ist.
Der Wafer 10 kann eine Dicke t9 haben, die höher als 100 µm oder höher als 200 µm oder höher als 300 µm oder höher als 400 µm ist und die kleiner als 1 mm oder kleiner als 800 µm ist.
Die Netto-Schichtdicke der schwächer dotierten Schicht 11 (genommen zwischen Untergrenze der Basisschicht 12 und Obergrenze der stark dotierter Schicht 10, 10a in vertikaler Richtung in der Zeichnungsebene) kann in ihrem ersten Bereich 11-1 und in ihrem zweiten Bereich 11-2 mindestens 1 µm oder mindestens 2 µm sein und/oder höchstens 5 µm oder höchstens 4 µm oder höchstens 3 µm.
Die Dicke t1 des dünnen Bereichs der schwächer dotierten Schicht 11 ist kleiner als ein erster Schwellenwert th1 und die Dicke t2 des dickeren Teils 11-2 der schwächer dotierten Schicht 11 ist größer als ein zweiter Schwellenwert th2. Der erste Schwellenwert th1 kann 7 µm oder 5 µm oder 4 µm oder 3 µm oder 2 µm sein. Der zweite Schwellenwert th2 kann 4 µm oder 5 µm sein oder kann allgemein das k2-fache des ersten Schwellenwerts sein, wobei k2 1,1 oder 1,2 oder 1,5 oder 2 ist. Die Mindestdicke t1 des ersten Bereichs 11-1 der geringer dotierten Schicht 11 kann größer als k1 mal der erste Schwellenwert th1 sein, wobei k1 0,1 oder 0,2 oder 0,3 ist. Die maximale Dicke t2 des zweiten Bereichs 11-2 der geringer dotierten Schicht 11 kann kleiner als k3 mal der zweite Schwellenwert th2 sein, wobei k3 5 oder 3 oder 2 oder 1,5 ist.
Der erste Basisschichtbereich 12-1 kann eine Dicke t3 haben, die kleiner ist als ein dritter Schwellenwert th3 und größer ist als das 0,1-fache oder 0,2-fache des dritten Schwellenwerts th3, wobei der dritte Schwellenwert 3 µm oder 2 µm oder das 0,2-fache oder 0,3-fache oder 0,4-fache des ersten Schwellenwerts th1 sein kann. Der zweite Basisschichtbereich 12-2 kann eine Dicke t4 haben, die größer ist als ein vierter Schwellenwert th4 und kleiner ist als das 3-fache oder 2-fache oder 1,5-fache des vierten Schwellenwerts th4, wobei der vierte Schwellenwert 2 µm oder 3 µm oder 4 µm oder 5 µm oder das 1,5-fache oder 2-fache oder 3-fache des dritten Schwellenwerts th3 sein kann.
Die Breite w des Übergangsbereichs 10-3 kann kleiner sein als k4 mal der erste Schwellenwert th1 oder k4 mal die Dicke t1 des ersten Bereichs 11-1 der geringer dotierten Schicht 11, wobei k4 3 oder 2 oder 1 oder 0,5 oder 0,2 ist.
Der erste Basisschichtbereich 12-1 kann eine Dicke t3 haben, die geringer ist als k5 mal die Dicke t4 des zweiten Basisschichtbereichs 12-2, wobei k5 1 oder 0,9 oder 0,7 oder 0,5 oder 0,4 sein kann.
Die Dicke t3 des ersten Bereichs 12-1 der Basisschicht 12 kann das k6-fache der Dicke t1 des ersten Bereichs 11-1 der schwächer dotierten Schicht 11 sein, wobei k6 größer als 0,2 oder größer als 0,3 und/oder kleiner als 0,5 oder kleiner als 0,3 oder kleiner 0,1 oder kleiner 0,05 ist.
Die Dicke t4 des zweiten Bereichs 12-2 der Basisschicht 12 kann das k7-fache der Dicke t3 des zweiten Bereichs 11-2 der schwächer dotierten Schicht 11 sein, wobei k7 größer als 0,1 oder größer als 0,2 oder größer als 0,5 oder größer als 0,6 und/oder kleiner als 0,9 oder kleiner als 0,8 oder kleiner als 0,7 ist.
Die Dicke t5 der Emitterschicht 13 kann das k8-fache der Dicke t4 des zweiten Bereichs 12-2 der Basisschicht 12 wird, wobei k8 größer als 0,2 oder größer als 0,4 oder größer als 0,6 und/oder kleiner als 0,99 oder kleiner als 0,9 oder kleiner als 0,8 oder kleiner als 0,7 ist.
Die Dicke t6 der schwächer dotierten Schicht 11 in 5 kann dicker als eine Untergrenze sein, die 3 µm oder 4 µm oder 5 µm ist und kann dünner als eine Obergrenze sein, die 15 µm oder 10 µm oder 8 µm oder 6 µm ist. Die Dicke t7 des dicken Bereichs der 12-2 der Basisschicht kann wie t4 der 1 bemaßt sein. Die Schwellenwerte th3 und th4 für die Bildung der unterschiedlich dicken Bereiche 12-1 und 12-2 der Basisschicht 12 können wie Bezug nehmend auf 1 beschrieben sein oder können demgegenüber um 20 % oder um 30 % oder um 40 % verringert sein. Die Dicke t5 der Emitterschicht 13 wie in 5 gezeigt kann wie Bezug nehmend auf 1 beschrieben sein oder kann demgegenüber um 20 % oder um 30 % oder um 40 % verringert sein. Die Dicke t8 der Emitterschicht 13 wie in 6 gezeigt kann dicker als eine Untergrenze sein, die 1 µm oder 2 µm ist und kann dünner als eine Obergrenze sein, die 6 µm oder 5 µm oder 4 µm oder 3 µm ist.
Die Abmessungen in Draufsicht können wie folgt sein: Ein Halbleiterbauteil kann eine Abmessung von a * b haben, wobei a zwischen 0,3 mm und 1 mm, vorzugsweise etwa 0,7 mm, und b zwischen 0,3 mm und 1 mm, vorzugsweise 0,7 mm sein können. Der Transistorteil kann 5% - 35%, vorzugsweise 17% bis 22% der Fläche einnehmen, der Diodenteil 65% bis 95%, vorzugsweise 78% bis 83% der Fläche.
Es können folgenden Dotierungsgrade vorliegen:

• Substrat 10: n+, 10¹⁷ - 3*10¹⁹
• geringer dotierte Schicht 11: n-, 5*10¹² - 10¹⁶
• Basisschicht 12: p, 10¹⁵ - 10¹⁸
• Emitterschicht 13: n+, 5*10¹⁸ - 10²⁰

In der vorliegenden Beschreibung sollen Merkmale auch dann als miteinander kombinierbar verstanden werden, wenn ihre Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist, soweit die Kombination technisch möglich ist. Merkmale, die in einem gewissen Kontext oder in einer Figur oder in einem Patentanspruch oder in einer Ausführungsform beschrieben sind, sollen auch aus diesem Kontext, dieser Figur, diesem Patentanspruch oder dieser Ausführungsform lösbar verstanden werden und mit anderen Kontexten, Figuren, Patentansprüchen oder Ausführungsformen kombinierbar verstanden werden, soweit die Kombination technisch möglich ist. Beschreibungen von Verfahrensschritten sollen auch als Beschreibung des damit hergestellten Produkts verstanden werden, und umgekehrt.
Soweit Schichtdicken angesprochen bzw. bemaßt sind, sind diese als Maß ausgehend von der in Bezug genommenen Substratoberfläche hin zur entfernt liegenden Schichtgrenze zu verstehen, soweit sich nicht konkret etwas anderes ergibt. Soweit einer Dicke ein Parameter wie etwa t1 zugeordnet ist, bedeutet dies für sich alleine nicht, dass die Dicke zwingend konstanten Wert haben muss. Soweit die Übergänge zwischen Schichten nicht scharf abgegrenzt sind, können Mittenwerte des Übergangsbereichs als Schichtgrenze genommen werden. Soweit (im Wesentlichen) konstante Schichtdicken angesprochen sind, sollen darunter Dicken mit einer Toleranz von ±10% oder ±5% oder ±2% des Nennwerts verstanden werden. Soweit die Basisschicht angesprochen ist, wird diese nicht über ihre gesamte Erstreckung hinweg die Funktion einer Transistorbasis haben. Bereichsweise fungiert sie als Teil der Diode, insbesondere deren Anode.
Zur Vereinfachung der Beschreibung der Erfindung sind in den Zeichnungen npn-Transistoren gezeigt. Als solche werden sie bzw. die einzelnen Schichten teilweise auch in der Beschreibung angesprochen. Dies soll aber nicht ausschließen, dass auch dazu inverse Aufbauten (pnp-Transistoren) zum Einsatz mit der Erfindung kommen können. In den Patentansprüchen sind in üblicher Weise die Leitfähigkeiten als erster Leitfähigkeitstyp und zweiter Leitfähigkeitstyp angesprochen. In den Zeichnungen ist der erste Leitfähigkeitstyp eine n-Dotierung und der zweite Leitfähigkeitstyp eine p-Dotierung. Wenngleich Zeichnungen und Beschreibung ausschließlich diese Zuordnung beschreiben, soll dies nicht ausschließen, dass die Zuordnung auch anders herum sein kann, also erster Leitfähigkeitstyp ist p-Dotierung und zweiter Leitfähigkeitstyp ist n-Dotierung.
Die Nennung von erstem Bereich 10-1 des Substrats, zweitem Bereich 10-2 des Substrats und Übergangsbereich 10-3 des Substrats dient vorrangig der Beschreibung der räumlichen Anordnung der darüber liegenden Bereiche einzelner Schichten. Auf dem Substrat selbst sind diese Bereiche in vielen Ausführungsformen nicht zu unterscheiden.

Claims

Verfahren zum Bilden eines photoempfindlichen Halbleiterbauelements, mit den Schritten • Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (10) des ersten Leitfähigkeitstyps als eine Kollektorschicht, • darüber Bilden einer geringer dotierten Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps, • darin oder darüber Bilden einer Halbleiter-Basisschicht (12) des zweiten Leitfähigkeitstyps, • darin oder darüber Bilden einer Emitterschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps so, dass ein Teil des Basisschichtbereichs (12-1) nicht von der Emitterschicht (13) überdeckt ist, • wobei die geringer dotierte Schicht (11) und/oder die Halbleiter-Basisschicht (12) mit Bereichen unterschiedlicher Dicke ausgebildet werden und die Emitterschicht (13) im Bereich der größten Dicke der geringer dotierten Schicht (11) und/oder der Halbleiter-Basisschicht (12) ausgebildet wird.
Verfahren zum Bilden eines photoempfindlichen Halbleiterbauelements, mit den Schritten a.) Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (10) des ersten Leitfähigkeitstyps als eine Kollektorschicht, b.) Bilden einer geringer dotierten Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps, indem • auf oder in einem ersten Bereich (10-1) der Substratoberfläche ein erster Bereich (11-1) der geringer dotierten Schicht (11) einer ersten Dicke (t1) ausgebildet wird, die geringer ist als ein erster Schwellenwert (th1), • auf oder in einem zweiten Bereich (10-2) der Substratoberfläche ein zweiter Bereich (11-2) der geringer dotierten Schicht (11) einer zweiten Dicke (t2) ausgebildet wird, die höher ist als ein zweiter Schwellenwert (th2), der höher ist als der erste Schwellenwert (th1), • wobei auf oder in der Substratoberfläche der erste Bereich (10-1) und der zweite Bereich (10-2) aneinander angrenzen oder auf oder in der Substratoberfläche zwischen sich einen Übergangsbereich (10-3) einschließen, auf oder in dem ein Übergangsbereich (11-3) der geringer dotierten Schicht (11) ausgebildet wird, • wobei die Dotierungskonzentration (n^-) in der geringer dotierten Schicht (11) geringer eingestellt wird als die (n⁺) des Substrats (10), c.) Bilden auf oder in der geringer dotierten Schicht (11) einer Halbleiter-Basisschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einem ersten Basisschichtbereich (12-1) über zumindest einem Teil des ersten Bereichs (11-1) der geringer dotierten Schicht (11), einem zweiten Basisschichtbereich (12-2) über zumindest einem Teil des zweiten Bereichs (11-2) der geringer dotierten Schicht (11) und womöglich einem Übergangs-Basisschichtbereich (12-3) über zumindest einem Teil des Übergangsbereichs (11-3) der geringer dotierten Schicht (11), d.) Bilden auf oder in dem zweiten Basisschichtbereich (12-2) einer Emitterschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps so, dass mindestens ein Teil des ersten Basisschichtbereichs (12-1) nicht von der Emitterschicht (13) überdeckt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der erste Bereich (11-1) und der zweite Bereich (11-2) der geringer dotierten Halbleiterschicht (11) hergestellt werden, indem a.) zuerst auf dem Halbleitersubstrat (10) eine erste halbleitende Schicht (11a) mit dem geringeren Dotierungsgrad (n-) vorzugsweise epitaktisch aufgebracht wird, b.) dann die erste halbleitende Schicht (11 a) über dem ersten Bereich (10-1) der Substratoberfläche weiter aufdotiert wird, vorzugsweise bis auf den Dotierungsgrad (n⁺) des Substrats (10) oder höher oder niedriger, und c.) dann auf der ersten halbleitende Schicht (11a) eine zweite halbleitende Schicht (11b) mit dem geringeren Dotierungsgrad (n^-) vorzugsweise epitaktisch aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der erste Bereich (11-1) und der zweite Bereich (11-2) der geringer dotierten Halbleiterschicht (11) hergestellt werden, indem a.) zuerst auf dem Halbleitersubstrat (10) eine erste halbleitende Schicht (11a) mit dem geringeren Dotierungsgrad (n^-) vorzugsweise epitaktisch aufgebracht wird, und b.) dann auf der ersten halbleitende Schicht (11c) über dem zweiten Bereich (10-2) der Substratoberfläche und nicht über dem ersten Bereich (10-1) der Substratoberfläche eine zweite halbleitende Schicht (11d) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der erste Bereich (11-1) und der zweite Bereich (11-2) der geringer dotierten Halbleiterschicht (11) hergestellt werden, indem a.) zuerst auf dem Halbleitersubstrat (10) eine halbleitende Schicht (11e) mit dem geringeren Dotierungsgrad (n^-) der Dicke (t2) des zweiten Bereichs (11-2) der geringer dotierten Halbleiterschicht (11) vorzugsweise epitaktisch aufgebracht wird, und b.) danach die halbleitende Schicht (11 e) über dem ersten Bereich (10-1) der Substratoberfläche so weit vorzugsweise durch Ätzen abgetragen wird, bis die Dicke (t1) des ersten Bereichs (11-2) der geringer dotierten Halbleiterschicht (11) erreicht ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem a.) die geringer dotierte Schicht (11) gleichförmig dick oder ungleichförmig dick auf dem Substrat (10) ausgebildet wird, b.) in einem Teilbereich der geringer dotierten Schicht (11), ggf. in ihrem dickeren Bereich, die Basisschicht (12) in die geringer dotierte Schicht (11) bis zu einer ersten Endtiefe (t7) eindiffundiert wird, c.) dann in einem angrenzenden Bereich der geringer dotierten Schicht (11) die Basisschicht (12) in die geringer dotierte Schicht (11) bis zu einer zweiten Endtiefe (t3) eindiffundiert wird, die kleiner als die ersten Endtiefe (t7) ist, und d.) dann in oder über dem tieferen Bereich der Basisschicht (12) die Emitterschicht (13) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem a.) das Substrat (10) mit einem Bereich höher mobiler und/oder höher konzentrierter Dotierungsstoffe (71, 72) ausgebildet wird, b.) auf dem Substrat (10) die geringer dotierte Schicht (11) so ausgebildet wird, dass aus dem Bereich des Substrats (10) mit mobileren und/oder höher konzentrierten Dotierungsstoffen (72) Dotierungsstoffe in den angrenzenden Bereich (10a) der schwächer dotierte Schicht (11) diffundieren, c.) in oder über der geringer dotierten Schicht (11) einer Halbleiter-Basisschicht (12) des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet wird, d.) darin oder darüber einer Emitterschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps so gebildet wird, dass ein Teil des Basisschichtbereichs (12-1) nicht von der Emitterschicht (13) überdeckt ist, wobei die Emitterschicht (13) im Bereich der größten Dicke der geringer dotierten Schicht (11) und/oder der Halbleiter-Basisschicht (12) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellenwert (th1) auf 7 µm oder 5 µm oder 4 µm oder 3 µm oder 2 µm gesetzt wird und die Dicke (t1) des ersten Bereichs (11-1) der geringer dotierten Schicht (11) auf größer als k1 mal der erste Schwellenwert (th1) eingestellt wird, wobei k1 0,1 oder 0,2 ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellenwert (th2) k2 mal der erste Schwellenwert (th1) oder 4 µm oder 5 µm sein kann, wobei k2 1,1 oder 1,2 oder 1,5 oder 2 ist, und die Dicke (t2) des zweiten Bereichs (11-2) der geringer dotierten Schicht (11) keiner als k3 mal der zweite Schwellenwert (th2) sein kann, wobei k3 5 oder 3 oder 2 ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Basisschichtbereich (12-1) eine Dicke (t3) hat, die kleiner ist als ein dritter Schwellenwert (th3) und größer ist als das 0,1-fache oder 0,2-fache des dritten Schwellenwerts (th3), wobei der dritte Schwellenwert 3 µm oder 2 µm sein kann oder das 0,2-fache oder 0,3-fache oder 0,4-fache des ersten Schwellenwerts (th1), und dass der zweite Basisschichtbereich (12-2) eine Dicke (t4) hat, die größer ist als ein vierter Schwellenwert (th4) und kleiner ist als das 3-fache oder 2-fache des vierten Schwellenwerts (th4), wobei der vier Schwellenwert 2 µm oder 3 µm oder 4 µm oder 5 µm sein kann oder das 1,2-fache oder 1,5-fache oder 2-fache des dritten Schwellenwerts (th3),
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, das so durchgeführt wird, dass die Breite (w) des Übergangsbereichs (10-3) kleiner wird als k4 mal der erste Schwellenwert (th1) oder k4 mal die Dicke (t1) des ersten Bereichs (11-1) der geringer dotierten Schicht (11), wobei k4 3 oder 2 oder 1 oder 0,5 ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, das so durchgeführt wird, dass der erste Basisschichtbereich (12-1) eine Dicke (t3) erhält, die geringer ist als k5 mal die Dicke (t4) des zweiten Basisschichtbereichs (12-2), wobei k5 1 oder 0,9 oder 0,7 oder 0,5 sein kann.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, das so durchgeführt wird, dass • die Dicke (t3) des ersten Bereichs (12-1) der Basisschicht (12) das k6-fache der Dicke (t1) des ersten Bereichs (11-1) der schwächer dotierten Schicht (11) wird, wobei k6 größer als 0,2 oder größer als 0,3 und/oder kleiner als 0,5 oder kleiner als 0,3 oder kleiner als 0,1 oder kleiner als 0,05 ist, und/oder • die Dicke (t4) des zweiten Bereichs (12-2) der Basisschicht (12) das k7-fache der Dicke (t3) des zweiten Bereichs (11-2) der schwächer dotierten Schicht (11) wird, wobei k7 größer als 0,1 oder größer als 0,2 oder größer als 0,5 oder größer als 0,6 und/oder kleiner als 0,9 oder kleiner als 0,8 oder kleiner als 0,7 ist, und/oder • die Dicke (t5) der Emitterschicht (13) das k8-fache der Dicke (t4) des zweiten Bereichs (12-2) der Basisschicht (12) wird, wobei k8 größer als 0,2 oder größer als 0,4 oder größer als 0,6 und/oder kleiner als 0,99 oder kleiner als 0,9 oder kleiner als 0,8 oder kleiner als 0,7 ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der erste Leitfähigkeitstyp eine n-Dotierung und der zweite Leitfähigkeitstyp eine p-Dotierung ist, oder umgekehrt.
Photoempfindliches Halbleiterbauelement mit a.) einem Halbleitersubstrat (10) des ersten Leitfähigkeitstyps als eine Kollektorschicht, b.) darüber einer geringer dotierten Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps mit Bereichen unterschiedlicher Dicke, c.) einer Halbleiter-Basisschicht (12) des zweiten Leitfähigkeitstyps über mindestens Teilen der Bereiche der geringer dotierten Schicht (11), d.) einer Emitterschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps über mindestens Teilen der Basisschicht (12), aber nicht über mindestens einem Teil des über dem dünneren Bereich der geringer dotierten Schicht (11) liegenden Teils der Basisschicht (12).
Photoempfindliches Halbleiterbauelement mit a.) einem Halbleitersubstrat (10) des ersten Leitfähigkeitstyps als eine Kollektorschicht, b.) darüber einer geringer dotierten Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps, c.) über mindestens einem Teil der geringer dotierten Schicht (11) einer Halbleiter-Basisschicht (12) des zweiten Leitfähigkeitstyps mit Bereichen unterschiedlicher Dicke, d.) einer Emitterschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps über mindestens einem Teil des dickeren Bereichs der Basisschicht (12), aber nicht über mindestens einem Teil des dünneren Bereich der Basisschicht (12).
Photoempfindliches Halbleiterbauelement, vorzugsweise nach Anspruch 15 oder 16, mit a.) einem Halbleitersubstrat (10) des ersten Leitfähigkeitstyps als eine Kollektorschicht, b.) einer geringer dotierten Schicht (11) des ersten Leitfähigkeitstyps mit • auf oder in einem ersten Bereich (10-1) der Substratoberfläche einem ersten Bereich (11-1) der geringer dotierten Schicht (11) einer ersten Dicke (t1), die geringer ist als ein erster Schwellenwert (th1), • auf oder in einem zweiten Bereich (10-2) der Substratoberfläche einem zweiten Bereich (11-2) der geringer dotierten Schicht (11) einer zweiten Dicke (t2), die höher ist als ein zweiter Schwellenwert (th2), der höher ist als der erste Schwellenwert (th1), • wobei auf oder in der Substratoberfläche der erste Bereich (10-1) und der zweite Bereich (10-2) aneinander angrenzen oder auf oder in der Substratoberfläche zwischen sich einen Übergangsbereich (10-3) haben, auf oder in dem ein Übergangsbereich (11-3) der geringer dotierten Schicht (11) liegt, • wobei die Dotierungskonzentration (n^-) der geringer dotierten Schicht (11) geringer eingestellt wird als die (n⁺) des Substrats (10), c.) auf oder in der geringer dotierten Schicht (11) einer Halbleiter-Basisschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einem ersten Basisschichtbereich (12-1) über zumindest einem Teil des ersten Bereichs (11-1) der geringer dotierten Schicht (11), einem zweiten Basisschichtbereich (12-2) über zumindest einem Teil des zweiten Bereichs (11-2) der geringer dotierten Schicht (11), und womöglich einem Übergangs-Basisschichtbereich (12-3) über zumindest einem Teil des Übergangsbereichs (11-3) der geringer dotierten Schicht (11), d.) auf oder in dem zweiten Basisschichtbereich (12-2) einer Emitterschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps, die mindestens einen Teil des ersten Basisschichtbereichs (12-1) nicht überdeckt.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem einer oder mehrere der folgenden Dotierungsgrade vorliegen: • Substrat 10: n⁺, 10¹⁷ - 3*10¹⁹ • geringer dotierte Schicht 11: n^-, 5*10¹² - 10¹⁶ • Basisschicht 12: p, 10¹⁵ - 10¹⁸ • Emitterschicht 13: n⁺, 5*10¹⁸ - 10²⁰