WO2004019416A1 - Hochfrequenzschalter - Google Patents

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WO2004019416A1
WO2004019416A1 PCT/EP2003/006791 EP0306791W WO2004019416A1 WO 2004019416 A1 WO2004019416 A1 WO 2004019416A1 EP 0306791 W EP0306791 W EP 0306791W WO 2004019416 A1 WO2004019416 A1 WO 2004019416A1
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WO
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frequency
frequency switch
switch according
semiconductor body
connections
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PCT/EP2003/006791
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English (en)
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Inventor
Reinhard Gabl
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Infineon Technologies AG
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Infineon Technologies AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20—Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/23—Electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. sources, drains, anodes or cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00—Diodes
    • H10D8/50—PIN diodes 

Definitions

  • the present invention relates to a high frequency switch.
  • PIN diodes are often used as switches for high frequencies in the GHz range.
  • PIN diodes are semiconductor diodes that contain a pin junction as a basic structure, which fundamentally determines the electronic properties of this component.
  • the pin junction differs from a pn junction of a normal semiconductor diode primarily by an intrinsic (i: intrinsic, intrinsic) layer located between the p and n regions (highly doped regions p + and n + ).
  • this i-layer is then flooded with holes and electrons from both adjacent highly doped regions, resulting in an intensive recombination in the middle layer. This results in a very low forward resistance and the characteristic curve does not differ significantly from that of the pn junction.
  • the entire I zone is depleted of charge carriers in the blocking direction, and a blocking layer is formed which is significantly wider than the pn junction and consequently a higher breakdown voltage of up to a few 1000 volts.
  • a second effect of the i-layer is the reduction of the junction capacity.
  • PIN diodes are widely used as rectifier diodes for very high reverse voltages.
  • Another area of application as a fast switch in the microwave range results from the low largely voltage-independent capacitance and the high transmission
  • the applications are based on this as a microwave rectifier, switch and as a current-controllable resistor, for example for regulating HF tuners.
  • the quality characteristics of the PIN diode are, above all, the damping in the flow mode, given by the resistance of the intrinsic zone, and the insulation, which is dependent on the blocking layer capacitance in the reverse direction. Another quality feature is intermodulation as a result of non-linearities.
  • a major disadvantage of the PIN diode is that a considerable current flows in the forward direction. As a result, the PIN diode cannot be switched off.
  • the current in the forward direction is determined by injection and recombination of minority charge carriers in the highly doped p and n regions. In addition to the dopant concentration of the p and n regions, this injection and recombination primarily depends on their area. This area in turn is determined by the requirements regarding capacity and series resistance.
  • HF high-frequency
  • DC direct current
  • the high-frequency signal applied to the PIN diode causes a slight, high-frequency injection of charge carriers into the i-zone.
  • the associated nonlinearity negatively determines the intermodulation behavior of the diode.
  • a high-frequency switch which consists of:
  • a semiconductor body made of a semiconductor material with a first surface and a second surface
  • the high-frequency switch according to the invention combines the positive properties of low transmission loss and high insulation in the blocking direction with the following positive properties:
  • the semiconductor material has a specific resistance greater than 100 ohm / cm.
  • the semiconductor material can thus serve as an i-zone for a PIN diode.
  • a further advantageous development of the arrangement according to the invention is when the semiconductor material is intrinsic.
  • the semiconductor material thus serves as an i-zone of a PIN diode without additional treatment.
  • An alternative embodiment of the arrangement according to the invention provides that the semiconductor body is an epitaxial layer. This provides a particularly perfect semiconductor material.
  • the epitaxial layer has a doping of 1 x 10 ⁇ 2 cm ⁇ 3 to 1 x 10 ⁇ -4 cm ⁇ 3.
  • the charge carrier concentration is very low and the epitaxial layer can be used as an i-zone for a PIN diode.
  • the semiconductor body is applied to a carrier disk. This reduces power losses.
  • An advantageous development of the arrangement according to the invention is when there is an oxide on the second surface of the semiconductor body.
  • the oxide with its low interface density causes the recombination at the edge of the i-zone of a PIN diode to be kept low. This means that no further unwanted electricity is generated.
  • a further advantageous embodiment of the arrangement according to the invention is present when the two direct current connections are formed on the first surface of the semiconductor body. This brings manufacturing advantages and the high-frequency switch is suitable for flip-flop mounting.
  • one DC connection is a doped p-region and the other DC connection is a doped n-region. This creates a desired diode.
  • the two direct current connections typically have a doping of 1 x 10 ⁇ 8 cm -3, which ensures good operating behavior of the diode due to the high charge carrier concentration.
  • a particularly preferred development of the arrangement according to the invention is achieved if the two direct current connections form a PIN diode with the semiconductor body. With this PIN diode, the conductivity of the intrinsic area is controlled down to below the high-frequency switch by the injection of charge carriers. This is possible due to the very long diffusion length. Due to the low doping and the low edge recombination, the diffusion length is in the millimeter range.
  • a further advantageous embodiment of the arrangement according to the invention provides that the two high-frequency connections are formed on the first surface of the semiconductor body. This brings manufacturing advantages and the component is suitable for flip-flop assembly.
  • the high-frequency capacitance is thereby coupled to the component and thus brings about the desired galvanic separation of the HF path from the DC path.
  • the dielectric is an oxide. This is particularly easy to implement in terms of production technology.
  • An alternative embodiment of the arrangement according to the invention is when the dielectric is a dielectric stack is. This means that any short circuits that may occur through the dielectric can be excluded.
  • a particularly preferred development of the arrangement according to the invention is present when the dielectric stack is formed from oxide and nitride.
  • the requirements of the dielectric with regard to the capacitance of the high-frequency connection can thus be met to the desired extent.
  • a dielectric stack made of oxide and nitride can be produced using conventional technology processes.
  • the contact layer of the arrangement according to the invention is typically made of metal. As a result, particularly good high-frequency properties are achieved.
  • the high-frequency switch is delimited laterally by a trench.
  • the high-frequency switch is electrically insulated from the neighboring areas.
  • the trench is typically filled with oxide.
  • the low interface density of the oxide keeps the recombination at the edge of the I zone low. This means that no further unwanted electricity is generated.
  • An advantageous development of the arrangement according to the invention provides that the first surface is covered with an oxide layer in addition to the locations of the direct current connections and the locations of the high-frequency connections.
  • the oxide with its low density of interface states has the effect that the recombination at the edge of the i-zone of a PIN diode is kept low. This means that no further unwanted electricity is generated.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a planar vertical PIN diode with rear-side contact.
  • Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of a network for the application of the PIN diode as an RF switch.
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of a preferred embodiment of the RF switch according to the invention.
  • Fig. 4 is a simplified RF equivalent circuit diagram of the RF switch. a) in the forward direction b) in the blocking direction
  • Fig. 5 shows a preferred layout of the contact areas of DC and RF path.
  • the planar vertical PIN diode u shown in FIG. 1 contains a highly doped substrate 1 made of an n-material.
  • a low-doped epitaxial layer 2 has been grown on the substrate 1.
  • An Au / AuAs contact layer 3 is located on the back of the substrate 1.
  • a highly doped p-region 4 is introduced into the epitaxial layer 2.
  • the p-region 4 borders on the surface of the epitaxial layer 2.
  • two highly-doped n-regions 5a and 5b are introduced into the epitaxial layer 2 at a distance on both sides of the p-region 4.
  • the n regions 5a and 5b also adjoin the surface of the epitaxial layer 2.
  • An oxide layer 6 is structured on the surface of the epitaxial layer 2 such that it covers the distance between the n-region 5a and the p-region 4 or the n-region 5b and the p-region 4.
  • the n regions 5a and 5b and parts of the p region 4 are also partially covered by this oxide layer.
  • the surface of the structured oxide layer 6 is covered by a plasma nitride layer 7. This plasma nitride layer 7 also covers part of the p-region 4 and the n-regions • 5a and 5b.
  • the remaining uncovered part of the p-region 4 is contacted by a metal layer 8.
  • the metal layer 8 also extends over part of the surface of the plasma nitride layer 7.
  • FIG. 2 shows the use of a conventional PIN diode 10 for an HF switch. Additional electronic components are required for this. Two coupling capacitors 11 and 12 are shown as an example in this equivalent circuit diagram. In addition, coils are required, which are either implemented discretely or from lines. In Figure 2, these coils are designated 13 and 14.
  • the preferred exemplary embodiment of the RF switch according to the invention shown in FIG. 3 has a carrier disk 20 on which a semiconductor body 21 is applied.
  • the carrier disk 20 is made of silicon, for example.
  • the semiconductor body 21 is made of an intrinsic silicon semiconductor material.
  • the semiconductor body 21 is delimited from the carrier wafer 20 by an oxide layer 22.
  • the oxide layer 22 is produced on the second surface 23 of the thinly ground semiconductor body 21 before the semiconductor body 21 is applied to the carrier wafer 20.
  • a highly doped p-region 25 and a highly doped n-region 26 are introduced into the semiconductor body 21 on the first surface 24 of the semiconductor body 21.
  • the dopant concentration of the p region and the n region is approximately 1 ⁇ 10 ⁇ - ⁇ C m ⁇ 3.
  • An oxide 27 is applied to the first surface of the semiconductor body 21.
  • This oxide 27 is structured in such a way that the first surface 24 is exposed in four places.
  • An opening of the oxide 27 is located above the p region 25 and above the n region 26.
  • the exposed surface 24 of the p region and the n region is contacted with a metal 28.
  • the metal 28 extends over part of the oxide 27.
  • a metallic contact layer 31 is located above the dielectric 30 and part of the oxide layer 24.
  • the semiconductor body 21, the dielectric 30 and the metallic contact layer 31 together form a high-frequency connection 33.
  • Two trenches 32 which laterally limit the RF switch, extend from the surface 24 to the oxide layer 22. These two trenches 32 are filled with oxide.
  • arrows 40 also indicate the injection of charge carriers from the heavily doped p-region and the n-region down to the region below the high-frequency connections in the case of flux-polarized PIN diode.
  • a simple equivalent circuit diagram as shown in FIG. 4a consists of a series connection of two capacitors 50, 51 and a resistor 52.
  • the capacitors 50, 51 have a capacitance which is determined by the dielectric at the high-frequency connections , Resistor 52 is formed from the series resistance of the i-zone.
  • the reactance of the capacities should be as low as possible at a given operating frequency.
  • the following is the Reactance of a typical embodiment of the high-frequency switch according to the invention is estimated.
  • ⁇ the medium dielectric constant
  • the equivalent circuit diagram for an RF switch according to the invention consists of a series connection of three capacitors 50, 51, 53.
  • the capacitor 53 is formed from the capacitance of the i-zone.
  • the entire i-Zone is also very high-resistance below the high-frequency connections.
  • the capacity of the i-zone is therefore very low and dominates the behavior of the RF switch. If dimensioned accordingly, the insulation behavior can be compared to a conventional PIN diode.
  • FIG. 5 shows a possible configuration of the contact area of the direct current connections 29 and the high-frequency connections 33.
  • the advantages of the RF switch according to the invention arise in particular from the fact that the areas of the high-frequency connections and the DC connections can be defined separately from one another. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Ein Hochfrequenzschalter besteht aus einem Halbleiterkörper (21) aus einem Halbleitermaterial mit einer ersten Oberfläche (24) und einer zweiten Oberfläche (23), desweiteren aus zwei Gleichstromanschlüssen (29) sowie zwei Hochfrequenzanschlüs-sen (33).

Description

Beschreibung
Hochfrequenzschalter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenzschalter.
Als Schalter für hohe Frequenzen im GHz-Bereich werden vielfach PIN-Dioden eingesetzt.
PIN-Dioden sind Halbleiterdioden, die einen pin-Übergang als Grundstruktur enthalten, der die elektronischen Eigenschaften dieses Bauelements grundlegend bestimmt.
Der pin-Übergang unterscheidet sich von einem pn-Übergang einer normalen Halbleiterdiode vor allem durch eine zwischen p- und n-Gebiet (hochdotierte Gebiete p+ und n+) liegende eigenleitende (i: intrinsic, eigenleitend) Schicht. In Flussrichtung wird diese i-Schicht dann von beiden angrenzenden hoch- dotierten Gebieten mit Löchern und Elektronen überschwemmt, wobei eine intensive Rekombination in der Mittelschicht die Folge ist. So entsteht ein sehr geringer Durchlasswiderstand, und die Kennlinie unterscheidet sich nicht erheblich von der des pn-Übergangs. In Sperrrichtung wird dagegen die gesamte I-Zone von Ladungsträgern verarmt, und es entsteht eine gegenüber dem pn-Übergang deutlich breitere Sperrschicht und einer folglich höheren Durchbruchsspannung bis zu einigen 1000 Volt. Eine zweite Wirkung der i-Schicht ist die Herabsetzung der Sperrschichtkapazität.
PIN-Dioden werden wegen dieser Eigenschaften verbreitet als Gleichrichterdioden für sehr hohe Sperrspannungen eingesetzt. Ein weiteres Anwendungsgebiet als schneller Schalter im Mik- rowellenbereich resultiert aus der geringen weitgehend span- nungsunabhängigen Kapazität und dem hohen Durchlass-
Sperrwiderstand-Verhältnis. Darauf beruhen die Anwendungen als Mikrowellengleichrichter, Schalter sowie als stromsteuerbarer Widerstand zum Beispiel zur Regelung von HF-Tunern.
Qualitätsmerkmale der PIN-Diode sind vor allem die Dämpfung im Flussbetrieb, gegeben durch den Widerstand der intrinsi- schen Zone, sowie die von der Sperischichtkapazität in Sperrrichtung abhängige Isolation. Ein weiteres Qualitätsmerkmal ist Intermodulation als Folge von Nichtlinearitäten.
Ein wesentlicher Nachteil der PIN-Diode liegt darin, dass in Durchlassrichtung ein erheblicher Strom fließt. Dies hat zur Folge, dass die PIN-Diode nicht leistungslos geschaltet werden kann. Der Strom in Durchlassrichtung wird durch Injektion und Rekombination von Minoritätsladungsträgern an den hochdo- tierten p- und n-Gebieten bestimmt. Diese Injektion und Rekombination hängt neben der Dotierstoffkonzentration der p- und n-Gebiete vor allem von deren Fläche ab. Diese Fläche wiederum wird durch die Erfordernisse hinsichtlich Kapazität und Serienwiderstand bestimmt.
Ein weiterer Nachteil der PIN-Diode ist es, dass der Hochfrequenz (HF) -Pfad und der Gleichstrom (Direct Current: DC)-Pfad im Bauelement nicht getrennt sind. Bei Anwendung als Hochfrequenzschalter sind daher weitere Bauelemente notwendig. Dies sind insbesondere Koppelkondensatoren und Spulen, welche diskret oder auch als Leitungen realisiert sein können.
Zusätzlich verursacht das an der PIN-Diode anliegende hochfrequente Signal eine geringfügige, der Hochfrequenz fol- gende Injektion von Ladungsträgern in die i-Zone. Die damit verbundene Nichtlinearität bestimmt in negativer Weise das Intermodulationsverhalten der Diode.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Hoch- frequenzschalter bereitzustellen, der hinsichtlich Durchgangsdämpfung und Isolation die Eigenschaften einer PIN-Diode aufweist, jedoch die eingangs erwähnten Nachteile einer PIN- Diode reduziert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hochfrequenz- Schalter gelöst, der besteht aus:
Einem Halbleiterkörper aus einem Haibleitermaterial mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche,
zwei Gleichstromanschlussen, sowie
zwei Hochfrequenzanschlüssen.
Der erfindungsgemäße Hochfrequenzschalter verbindet im Hoch- frequenzbereich (> 1 GHz) die positiven Eigenschaften einer niedrigen Durchgangsdämpfung und hoher Isolation in Sperrrichtung mit den folgenden positiven Eigenschaften:
Kleiner Strom in Durchgangsrichtung (bei gleichem Hochfre- quenzwiderstand bzw. gleicher Einfügedämpfung) ,
galvanische Trennung zwischen HF-Pfad und DC-Pfad, wodurch zumindest Koppelkondensatoren eingespart werden können,
besseres Intermodulationsverhalten aufgrund kleinerer Nicht- linearitäten.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, dass das Halbleitermaterial einen spezifi- sehen Widerstand größer als 100 Ohm/cm hat. Somit kann das Halbleitermaterial als i-Zone für eine PIN-Diode dienen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist es, wenn das Halbleitermaterial intrinsisch ist. Das Halbleitermaterial dient dadurch ohne zusätzliche Behandlung als i-Zone einer PIN-Diode. Eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, dass der Halbleiterkörper eine Epitaxieschicht ist. Dadurch wird ein besonders perfektes Halbleitermaterial zur Verfügung gestellt. .
Typischerweise hat die Epitaxieschicht eine Dotierung von 1 x 10^2 cm~3 bis 1 x 10^-4 cm~3. Dadurch ist die Ladungsträgerkonzentration sehr gering und die Epitaxieschicht kann als i- Zone für eine PIN-Diode verwendet werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung wird der Halbleiterkörper auf einer Trägerscheibe aufgebracht. Dadurch werden Leistungsverluste reduziert .
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist es, wenn auf der zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers ein Oxid ist. Das Oxid mit seiner geringen Grenzflä- chenzustandsdichte bewirkt, dass die Rekombination an Rande der i-Zone einer PIN-Diode gering gehalten wird. Somit wird kein weiterer unerwünschter Strom generiert.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung liegt vor, wenn die zwei Gleichstromanschlüsse an der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers gebildet sind. Dies bringt fertigungstechnische Vorteile und der Hochfrequenzschalter ist für Flip-Flop-Montage geeignet.
In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen An- Ordnung ist ein Gleichstromanschluss ein dotiertes p-Gebiet und der andere Gleichstromanschluss ein dotiertes n-Gebiet. Somit entsteht eine gewünschte Diode.
Typischerweise haben die zwei Gleichstromanschlüsse eine Do- tierung von 1 x 10^8 cm-3 was aufgrund der hohen Ladungsträgerkonzentration für ein gutes Betriebsverhalten der Diode sorgt. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung wird erreicht, wenn die zwei Gleichstromanschlüsse mit dem Halbleiterkörper eine PIN-Diode bilden. Mit dieser PIN-Diode wird durch die Injektion von Ladungsträgern die Leitfähigkeit des intrinsischen Gebiets bis unterhalb des Hochfrequenzschalters gesteuert. Dies ist aufgrund der sehr großen Diffusionslänge möglich. Die Diffusionslänge liegt in Folge der geringen Dotierung und der geringen Randrekombina- tion im Millimeterbereich.
Eine weiter vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, dass die zwei Hochfrequenzanschlüsse an der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers gebildet sind. Dies bringt fertigungstechnische Vorteile und das Bauelement ist für Flip-Flop-Montage geeignet.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist es, wenn die zwei Hochfrequenzanschlüsse jeweils beste- hend aus
dem Halbleiterkörper,
einem Dielektrikum auf dem Halbleiterkörper, sowie
einer Kontaktschicht.
Dadurch wird die Hochfrequenzkapazität an das Bauelement angekoppelt und bewirkt somit die gewünschte galvanische Tren- nung des HF-Pfads vom DC-Pfad.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, dass das Dielektrikum ein Oxid ist. Dies ist fertigungstechnisch besonders leicht zu realisieren.
Eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist es, wenn das Dielektrikum ein Dielektrikumsstapel ist. Dadurch können eventuell auftretende Kurzschlüsse durch das Dielektrikum hindurch ausgeschlossen werden.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung liegt vor, wenn der Dielektrikumstapel aus Oxid und Nitrid gebildet ist. Somit lassen sich die Anforderungen des Dielektrikums bezüglich der Kapazität des Hochfrequenzanschlusses in gewünschtem Maße erfüllen. Gleichzeitig lässt sich ein Dielektrikumstapel aus Oxid und Nitrid fertigungs- technisch mit herkömmlichen Technologieprozessen realisieren.
Typischerweise ist die Kontaktschicht der erfindungsgemäßen Anordnung aus Metall. Dadurch werden besonders gute Hochfrequenzeigenschaften erreicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Hochfrequenzschalter lateral durch einen Graben begrenzt. Dadurch ist der Hochfrequenzschalter elektrisch isoliert gegenüber den Nachbargebieten.
Typischerweise ist der Graben mit Oxid gefüllt. Durch die geringe Grenzflächenzustandsdichte des Oxids wird die Rekombination am Rand der I-Zone gering gehalten. Somit wird kein weiterer unerwünschter Strom generiert.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, dass die erste Oberfläche ausser den Stellen der Gleichstromanschlüsse und ausser den Stellen der Hochfrequenzanschlüssen mit einer Oxidschicht bedeckt ist. Das Oxid mit seiner geringen Grenzflächenzustandsdichte bewirkt, dass die Rekombination an Rande der i-Zone einer PIN-Diode gering gehalten wird. Somit wird kein weiterer unerwünschter Strom generiert.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer plana- ren vertikalen PIN-Diode mit Rückseitenkontakt.
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild eines Netzwerks für die Anwendung der PIN-Diode als HF-Schalter.
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen HF-Schalters.
Fig. 4 ein vereinfachtes HF-Ersatzschaltbild des HF- Schalters. a) in Durchlassrichtung b) in Sperrrichtung
Fig. 5 ein bevorzugtes Layout der Kontaktflächen von DC und HF-Pfad.
Die in Figur 1 dargestellte planare vertikale PIN-Diode u - fasst ein hochdotiertes Substrat 1 aus einem n-Material. Auf dem Substrat 1 ist eine niedrig dotierte Epitaxieschicht 2 aufgewachsen. Auf der Rückseite des Substrats 1 befindet sich eine Au/AuAs-Kontaktschicht 3.
In die Epitaxieschicht 2 ist ein hochdotiertes p-Gebiet 4 eingebracht. Das p-Gebiet 4 grenzt an die Oberfläche der Epitaxieschicht 2. Zusätzlich sind zu beiden Seiten des p- Gebiets 4 beabstandet zwei hochdotierte n-Gebiete 5a und 5b in die Epitaxieschicht 2 eingebracht. Die n-Gebiete 5a und 5b grenzen ebenfalls an die Oberfläche der Epitaxieschicht 2 an. Auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 2 ist eine Oxidschicht 6 so strukturiert, dass sie die Strecke zwischen dem n-Gebiet 5a und dem p-Gebiet 4 bzw. dem n-Gebiet 5b und dem p-Gebiet 4 bedeckt. Teilweise werden auch die n-Gebiete 5a und 5b und Teile des p-Gebiet 4 von dieser Oxidschicht bedeckt. Die Oberfläche der strukturierten Oxidschicht 6 wird von einer Plasmanitridschicht 7 bedeckt. Diese Plasmanitridschicht 7 bedeckt auch einen Teil des p-Gebiets 4 und die n-Gebiete • 5a und 5b.
Der verbleibende unbedeckte Teil des p-Gebiets 4 wird von einer Metallschicht 8 kontaktiert. Die Metallschicht 8 erstreckt sich auch über einen Teil der Oberfläche der Plasmanitridschicht 7.
In Figur 2 ist die Verwendung einer herkömmlichen PIN-Diode 10 für einen HF-Schalter dargestellt. Dazu werden zusätzliche elektronische Bauelemente benötigt. Als Beispiel sind in diesem Ersatzschaltbild zwei Koppelkondensatoren 11 und 12 dar- gestellt. Außerdem werden noch Spulen benötigt, die entweder diskret oder auch aus Leitungen realisiert werden. In Figur 2 werden diese Spulen mit 13 und 14 bezeichnet.
Das in Figur 3 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen HF-Schalters hat eine Trägerscheibe 20, auf dem ein Halbleiterkörper 21 aufgebracht ist. Die Trägerscheibe 20 ist beispielsweise aus Silizium. Der Halbleiterkörper 21 ist aus einem intrinsischen Siliziumhalbleitermaterial. Der Halbleiterkörper 21 ist zur Trägerscheibe 20 durch eine Oxidschicht 22 begrenzt. Die Oxidschicht 22 wird auf der zweiten Oberfläche 23 des dünn geschliffenen Halbleiterkörpers 21 hergestellt, bevor der Halbleiterkörper 21 auf die Trägerscheibe 20 aufgebracht wird.
An der ersten Oberfläche 24 des Halbleiterkörpers 21 sind ein hochdotiertes p-Gebiet 25 und ein hochdotiertes n-Gebiet 26 in den Halbleiterkörper 21 eingebracht. Typischerweise liegt die Dotierstoffkonzentration des p-Gebiets und des n-Gebiets bei etwa 1 x 10^-^ Cm~3.
Auf der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers 21 ist ein Oxid 27 aufgebracht. Dieses Oxid 27 ist derart strukturiert, dass die erste Oberfläche 24 an vier Stellen offengelegt ist. Jeweils eine Öffnung des Oxids 27 befindet sich über dem p- Gebiet 25 und über dem n-Gebiet 26. Die offengelegte Oberfläche 24 des p-Gebiets und des n-Gebiets wird mit einem Metall 28 kontaktiert. Das Metall 28 erstreckt sich über einen Teil des Oxids 27. Das p-Gebiet 25 und das n-Gebiet 26 bildet zusammen mit der Metallkontaktierung jeweils einen Gleichstromanschluss 29.
Die beiden verbleibenden offengelegten Stellen der Oberfläche 24 sind mit einem Dielektrikum 30 bedeckt. Über dem Dielektrikum 30 und einem Teil der Oxidschicht 24 befindet sich eine metallische Kontaktschicht 31.
Der Halbleiterkörper 21, das Dielektrikum 30 und die metallische Kontaktschicht 31 bilden zusammen einen Hochfrequenzan- schluss 33.
Von der Oberfläche 24 bis zur Oxidschicht 22 erstrecken sich zwei Gräben 32, die den HF-Schalter lateral begrenzen. Diese beiden Gräben 32 sind mit Oxid gefüllt.
In Figur 3 ist außerdem mit Pfeilen 40 die Injektion von Ladungsträgern aus dem hochdotierten p-Gebiet und dem n-Gebiet bis in den Bereich unterhalb der Hochfrequenzanschlüsse bei flussgepolter PIN-Diode angedeutet.
Wird die PIN-Diode in Durchlassrichtung betrieben, so besteht ein einfaches Ersatzschaltbild wie in Figur 4a gezeigt aus einer Serienschaltung von zwei Kondensatoren 50, 51 sowie einem Widerstand 52. Die Kondensatoren 50, 51 haben eine Kapazität die bestimmt wird durch das Dielektrikum an den Hochfrequenzanschlüssen. Der Widerstand 52 bildet sich aus dem Serienwiderstand der i-Zone.
Die Reaktanz der Kapazitäten sollte bei einer vorgegebenen Betriebsfrequenz möglichst gering sein. Im folgenden wird die Reaktanz eines typischen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters abgeschätzt. In modernen CMOS- Technologien ist die Herstellung eines Dielektrikumstapel von 5 nm Dicke und mit mittlerer Dielektrizitätskonstante ε = 4 möglich. Bei einer Betriebsfrequenz von 5 GHz beträgt die
Reaktanz der Kapazität -i x 2876 Ohm/μm2. Dies ergibt mit einer für PIN-Dioden typischen Fläche von 100 x 100 μm.2 einen Wert von -i x 0,28 Ohm. Dieser Wert ist bei entsprechender Dimensionierung der Kontaktflächen im Vergleich zum Serienwi- derstand der i-Zone klein und kann in der Applikation durch eine entsprechende Induktivität kompensiert werden.
Wird die PIN-Diode in Sperrrichtung betrieben, so besteht das Ersatzschaltbild für einen erfindungsgemäßen HF-Schalter wie in Figur 4b gezeigt aus einer Serienschaltung von drei Kondensatoren 50, 51, 53. Der Kondensator 53 bildet sich aus der Kapazität der i-Zone. In Sperrrichtung ist die gesamte i-Zone auch unterhalb der Hochfrequenzanschlüsse sehr hochohmig. Die Kapazität der i-Zone ist daher sehr niedrig und dominiert das Verhalten des HF-Schalters. Bei entsprechender Dimensionierung ist das Isolationsverhalten mit einer herkömmlichen PIN- Diode vergleichbar.
In Figur 5 ist eine mögliche Gestaltung der Kontaktfläche von den Gleichstromanschlussen 29 und den Hochfrequenzanschlüssen 33 gezeigt. Die Vorteile des erfindungsgemäßen HF-Schalters entstehen insbesondere daraus, dass die Flächen der Hochfrequenzanschlüsse und der Gleichstromanschlüsse getrennt voneinander festgelegt werden können. Bezugszeichenliste
1 Substrat
2 Epitaxieschicht 3 Kontaktschicht
4 p-Gebiet
5a, 5b n-Gebiet
6 Oxidschicht
7 Plasmanitridschicht 8 Metallschicht
10 PIN-Diode
11 Koppelkondensator
12 Koppelkondensator
13 Spule 14 Spule
20 Trägerscheibe
21 Halbleiterkörper
22 Oxidschicht
23 zweite Oberfläche 24 erste Oberfläche
25 p-Gebiet
26 n-Gebiet
27 Oxid
28 Metall 29 Gleichstromanschluß
30 Dielektrikum
31 Kontaktschicht
32 Graben
33 Hochfrequenzanschluss 40 Pfeile
50 Kondensator
51 Kondensator
52 Widerstand
53 Kondensator

Claims

Patentansprüche
1. Hochfrequenzschalter bestehend aus a) einem Halbleiterkörper (21) aus einem Halbleitermaterial mit einer ersten Oberfläche (24) und einer zweiten Oberfläche (23), b) zwei Gleichstromanschlussen (29) sowie c) zwei Hochfrequenzanschlüssen (33) .
2. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Halbleitermaterial einen spezifischen Widerstand größer als 100 Ωcm hat.
3. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Halbleitermaterial intrinsisch ist.
4. Hochfrequenztransistor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Halbleiterkörper (21) eine Epitaxieschicht ist.
5. Hochfrequenztransistor nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Epitaxieschicht eine Dotierung von 1 x 10^2 cm~3 bis 1 x 1014 cm"3 hat.
6. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Halbleiterkörper (21) auf einer Trägerscheibe (20) aufgebracht wird.
7. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf der zweiten Oberfläche (23) des Halbleiterkörpers (21) eine Oxidschicht (22) ist.
8. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zwei Gleichstromanschlüsse (29) an der ersten Oberfläche (24) des Halbleiterkörpers (21) gebildet sind.
9. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Gleichstromanschluss (29) ein dotiertes p-Gebiet (25) hat und der andere Gleichstromanschluss ein dotiertes n- Gebiet (26) .
10. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die dotierten p- und n-Gebiete der zwei Gleichstroman- Schlüsse eine Dotierung von 1 x 10^^ Cm~3 haben.
11. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zwei Gleichstromanschlüsse (29) mit dem Halbleiter- körper (21) eine PIN-Diode bilden.
12. Hochfrequenztransistor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zwei Hochfrequenzanschlüsse (33) an der ersten Ober- fläche (24) des Halbleiterkörpers (21) gebildet sind.
13. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zwei Hochfrequenzanschlüsse (33) jeweils bestehen aus a) dem Halbleiterkörper (21) , b) einem Dielektrikum (30) auf dem Halbleiterkörper (21) sowie c) einer Kontaktschicht (31) .
14. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass das Dielektrikum (30) ein Oxid ist.
15. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Dielektrikum (30) ein Dielektrikumsstapel ist.
16. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Dielektrikumstapel aus Oxid und Nitrid gebildet ist.
17. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontaktschicht (31) ein Metallkontakt ist.
18. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Hochfrequenzschalter lateral durch mindestens einen
Graben (32) begrenzt ist.
19. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Graben (32) mit Oxid gefüllt ist.
20. Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Oberfläche (24) ausser den Stellen der Gleichstromanschlüsse (29) und ausser den Stellen der Hochfrequenzanschlüsse (33) mit einer Oxidschicht (27) bedeckt ist.
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