DE2353770A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents
HalbleiteranordnungInfo
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Description
GÜNTHER M. DAVID phn 6619
mcMpr::!.^.!1:,!!^' ^tDcSlAMfEKFABRIEKEIi 9151770 1O*10·73
AUe: PHN-6619 . **<**' 'V
Anmelilvmä vom»- 24.. Okt. 1973
"Halbleiteranordnung"
Die Erfindung bezieht sich auf eiiE Halbleiteranordnung
mit zwei gegensinnig in Reihe geschalteten P, N , N-- oder N-, p"*\ P-Dioden mit. einem Halbleiterkörper,
wobei an eine praktisch ebene Oberfläche dieses Körpers zwei niederohmige Qberflächenzonen von
einem ersten Leitfähigkeitstyp grenzen, die sich in
einer den Dioden gemeinsamen hochohmigen Oberflächenschicht erstrecken, wobei sich die hochohmige Oberflächenschicht von der Oberfläche her weiter als die
Oberflächenzonen in den Halbleiterkörper erstreckt und diese Zonen von einem niederohmigen Gebiet vom zweiten
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ORIGINAL INSPEQTED
Q _
PHN 6619
10.10.73
Leitfähigkeitstyp trennt, wobei das niederohmige Gebiet
und. die beiden Oberflächenzonen mit einem elektrischleitenden Anschlusskontakt versehen sind.
Derartige Halbleiteranordnungen sind z.B. aus "Electronics", den 29. April, I968, S. 75 - 78 bekannt.
Insbesondere auf Seite J6 sind eine Anzahl Ausführungsformen "von Kombinationen zweier P, W , N— oder N, P , P—
Dioden dargestellt, die nachstehend kurz als PIN-Dioden bezeichnet werden.
Für Kombinationen zweier gegensinnig in Reihe geschalteter PIN—Dioden gibt es viele Anwendungsmöglich—
keiten und sie sind von besonderer Bedeutung für Hochfrequenz
schal tungen im Bereich von z.B. 10 MHz bis 10 GHz und höher. Sie können als Schalter oder als regelbare
Kapazität oder z.B. in(elektronisch regelbaren) Abschwächerschaltungen, Phasendrehern oder Modulatoren
verwendet werden. Die genannten Funktionen spielen u.a. eine wichtige Rolle in elektronischen Informationstechniken,
wie FM-Rundfurik, Fernsehen und Radar.
Bekanntlich wird beim Betrieb das Hochfrequenzsignal meistens einer der beiden kontaktierten
Oberflächenzonen zugeführt, wobei die andere kontaktierte Oberflächenzone den Hochfrequenzsignalausgang
bildet. Mit Hilfe des kontaktierten niederohmigen Gebietes, das auf der gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers
angebracht ist, und das den mit dem Knoten-
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punkt der Dioden verbundenen Mittelkontakt der Kombination
bildet, werden die beiden Dioden meistens in der Durchlass- und manchmal in der Sperrichtung eingestellt.
In Sehaltern und Abschwächerschaltungen kann diese Einstellung mit Hilfe von Gleichstrom erfolgen, während
dazu z.B. beu Modulatoren oder Ringmischschaltungen ein Niederfrequenzwechselstromsignal in Verbindung mit
einem Gleichstrom verwendet wird. Dabei wird die Tatsache benutzt, dass der Differentialwiderstand der
Dioden stromabhängig ist, sofern es sich um Gleichstrom und um verhältnismässig langsame Stromänderungen
handelt, aber praktisch nicht von Hochfrequenz-=.Stromänderungen
beeinflusst wird oder wenigstens für diese Stromänderungen viel weniger empfindlich ist.
Den bekannten Diodenkombinationen haften namentlich vom Herstellungsgesichtspunkt Nachteile an.
Im Zusammenhang mit dem erforderlichen niedrigen·Reihenwiderstand
in,der Durchlassrichtung befinden sich die Oberflächenzonen· einerseits und das niederohmige Gebiet
andererseits auf einander gegenüber liegenden Seiten der gemeinsamen hochohmigen Halbleiterschicht, wodurch
der Halbleiterkörper auf zwei Seiten kontaktiert werden muss. Diese Anordnungen eignen sich dadurch nicht zur
Anwendung von Direktkontaktverfahren bei der Fertigmontage.
Auch können sie praktisch nicht mit sogenannten "beam-leads" ausgeführt werden, während bekannt-
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lieh Anschlüsse in Form von Leiterbäumen insbesondere
bei hohen Frequenzen wegen ihrer· geringen Selbstinduktion
vorteilhaft sind.. Ausserdem eignen, sicti diese Anordnungen
weniger gut zur Anwendung in integrierten Schaltungen. Integration von HochfrequenzscliaJLtungen
ist ja insbesondere dann attraktiv, wenn .dabei die elektrischen Verbindungen zwischen den SpMltungselementen
auf einfache Meise erhalten "werden können
und besonders kurz sind, so dass die mit diesen Verbindungen zusammenhängenden Streueffekte iiz erheblichem
Masse herabgesetzt werden. Mit den bekannten Diodenkombinationen kann dieser Vorteil nur in beschränktem
Masse erzielt werden.
Durch Anwendung der Erfindung können d.ie
obengenannten und andere Nachteile völlig oder teilweise beseitigt werden.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zagrande, eine
neue Kombination gegensinnig in Reihe geschalteter PIN-Dioden zu schaffen, die insbesondere für die Anwendung
in Hochfrequenztechniken geeignet ist und sich
weiter auf verhältnismässig einfache Weise herstellen lässt. Namentlich für Hochfrequenzzwecke ist es erforderlich,
dass u.a. die Reihenwidei-stände -und Selbstinduktionen sehr klein sind. Der Erfindung
liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass die elektrischen und. insbesondere auch die
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eigenschaft ten viel weniger· stark von dem den Dioden
gemeinsamen niederohmigen Gebiet und dessen Lage in
bezug auf die beiden Oberflächenzonen abhängig sind
als bisher angenommen wurde.
Nach der Erfindung ist eine Halbleiteranordnung der eingangs beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet,
dass das mit einem elektrischen Anschlusskontakt versehene niederohmige Gebiet an dieselbe Oberfläche
wie die beiden. Oberflächenzonen grenzt, wobei der AtBcülusakontakt eier
der beiden Oberfläcbsnzcnen einen Hochfrequenz signaleirgang und der An—
schlusskontakt der anderen' Oberflächenzone einen Hochfrequenzsignalausgang
bildet, und wobei sich zwischen diesem Signaleingang und diesem Signalausgang ein
Stromweg regelbarer Impedanz befindet, der sich praktisch völlig in dem Halbleiterkörper ausserhälb des
Anschlusskontaktes des niederohmigen Gebietes erstreckt.
Vorzugsweise erstreckt sich die hochohmige Oberflächenschicht von der Oberfläche, an die die
Oberflächenzonen grenzen, über die ganze Dicke des
Halbleiterkörpers bis zu einer zu der genannten Oberfläche praktisch parallelen gegenüberliegenden Oberfläche.
Diese Struktur weist den grossen Vorteil auf, dass bei der·Herstellung keine Dotierung an der gegenüberliegenden
Oberfläche angebracht zu werden braucht.
Ber spezifische Widerstand der höchohmigen
Schicht is't vorzugsweise grosser als 50 -ίλ ...cm und, was
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noch, günstiger ist, sogar grosser als Xl .cm.
Vorteilhaft befindet sich das mit einem Anschlusskontakt versehene niederohmige Gebiet, auf die
Oberfläche gesehen, ausserhalb des zwischen den beiden
Oberflächenzonen liegenden Teiles der hochohmigen Schicht, während ausserden. der Abstand zwischen dem
niederohmigen Gebiet und jeder der Oberflächenzonen grosser ist als der Abstand zwischen den einander zugekehrten
Rändern der beiden Oberflächenzonen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Diodenkombination nach "der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Oberflächenzonen vom ersten Leitfähigkeitstyp und das niederohmige Gebiet
vom zweiten Leitfähigleitstyp mit Hilfe von Anschlusskontakten
kontaktiert sind, die in Form τοπ seitlich praktisch parallel zu der Oberfläche aus dem Halbleiterkörper
hervorragenden Leitern (auch als "beam leads" bezeichnet) ausgebildet sind.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist noch der, dass die Diodenkombination in integrierten
Schaltungen verwendet werden kann. Eine weitere Ausführungsform
der Halbleiteranordnung nach der Erfindung
ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper
zu einer Gruppe von Halbleiterkörpern gehört, die je ein oder mehrere Schaltungselemente enthalten,
die aus derselben Halbleiterscheibe durch Ent-
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f erntmg des zwischen den Körpern vorhandenen überschüssigen
Halbleitermaterials hergestellt und durch eine Isolierschicht und/oder einen isolierenden Träger
und/oder durch Anschlusskontakte mechanisch und elektrisch
zu einer integrierten Schaltung zusammengebaut sind.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines Breibandschalter/ Abschwächergebildes mit PIN—Diodenkombinationen,
Fig, 2 schematisch eine Draufsicht auf eine
integrierte Schaltung, deren zugehöriges Schaltbild in Fig. 1 dargestellt ist,
Fig. 3 schematisch einen Querschnitt durch einen Teil dieser integrierten Schaltung längs der Linie
III-III der Fig. 2, und
Fig. h schematisch einen Querschnitt durch
eine zweite Ausführungsform einer PIN-Diodenkombination
nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines Dreiband— schalter/Abschwächergebildes. Dieser Schalter, der aus
drei regelbaren Abschwächern in "Tt -Anordnung zusammengesetzt
ist, enthält sieben Kombinationen von zwei gegensinnig in Reihe geschalteten PIN-Dioden. Die drei Eingänge
der drei in der Fernsehtechnik üblichen Bänder
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PHN6019 10. 10. 7'3
sind mit 1, 2 und 3 bezeichnet, während sich der Signalausgang bei k befindet. Die Mittelkontakte der Dioden
sind über Widerstände mit Anschlusspunkten 11, 12,
21, 22, 31, 32 und 4o verbunden, die z.B. ihrerseits
mit einem nicht dargestellten Regelkreis verbunden sein können, mit dessen Hilfe in Abhängigkeit von einem zugeführten
Regelsignal geregelt werden kann, welches der den Eingängen 1, 2 und 3 zugeführten Wechselstromsignale
an den Ausgang 4 weitergeleitet wird und in welchem Masse das weitergeleitete Signal abgeschwächt
wird. Die Anschlüsse 5» 6, 7 und 8 können mit einem
Punkt von Bezugspotential, z.B. mit Erde, verbunden werden.
Da die Wirkung der Abschwächerschaltung und
des Regelkreises für die vorliegende Erfindung nicht von wesentlicher Bedeutung ist, wird darauf nicht
näher eingegangen. Wohl ist es wichtig, dass diese und ähnliche Schaltungen durch Anwendung der Erfindung
integriert werden können, wobei die Herstellung verhältnismässig einfach ist und dennoch Schaltungen
mit sehr günstigen Hochfrequenzeigenschaften erhalton
werden können.
Fig. 2 zeigt z.B. schematisch den Layout oder
die Topologie eines integrierten Dreibandschalter/Abschwächergebildes nach dem Schaltbild der Fig. 1,
welche integrierte Schaltung sich in der Praxis als
4 09820/0759
■ - 9 -.
; ■ . PHN 6619
■ - 10.10.73
zur Anwendung in dem Frequenzbereich, zwischen 10 MHz und
etwa 10 G-Hz geeignet erwiesen hat, wobei die Abschwächung
von etwa 0,5 bis 60 dB und der Widerstand won/einigen
Ohms bis etwa 5 k£I geregelt werden kann.
In Fig* 2 sind entsprechende elektrische Anschlusskontakte
mit den. gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet.
Die integrierte Schaltung enthält einen Halbleiterkörper
50 mit einer Anzahl gegeneinander isolierter
Teilkörper oder Gebiete 51 - 58. Das Gebiet 51 umgibt
die Gebiete 52 - 58 und enthält die in Fig. 1 dargestellten
Widerstände in Form von sieben dotierten Halbleiterzonen 59 >
der-en Leitfähigkeitstyp dem des Gebietes
51 entgegengesetzt ist. Jedes der sieben Gebiete
52- - 58 enthält zwei gegensinnig in Reihe geschaltete
PIN-Dioden» wie deutlich aus"dem Querschnitt
nach Fig·. 3 durch, eine dieser Diodenkombinationen
ersichtlich ist. "
Diese PIN^Diodenkombination weist einen Halbleiterkörper
auf, der durch den Teilkörper oder das Gerbiet 52 gebildet wird, der oder"das in diesem Falle aus
hoehöhmigem ητ-leitendem Silicium besteht. Vorzugsweise
ist der spezifische Widerstand desselben grosser als
50 XL .cm oder, was noch, günstiger ist, grosser als
TOQ-Q .cm. Dieses hochohmige, wenigstens verhältnis—
massig praktisch eigenleitende Gebiet bildet eine den
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PHN 6619 10.10.73
beiden PINi-Dioden gemeinsame Zone. An einer praktisch,
ebenen Oberfläche 66 dieses Gebietes 52 befinden sich
zwei nebeneinander liegende Oberflächenzonen ÖO und 61 von einem ersten Leitfähigkeitstyp. In diesem Falle
handelt es sich um durch. Ionenimplantation oder Diffusion
erhaltene p-leitende Zonen mit einem Quadratswiderstand von etwa 10 Xl . Sie erstrecken sich bis zu einer
Tiefe von z.B. etwa 2 ,um unter der Halbleiteroberfläche, wobei die Dicke des hochohmigen Gebietes 52
viel grosser und z.B. etwa ^O /um ist.
Das hochohmige Gebiet 52 trennt die Oberflächenzonen
6o und 61 voneinander und von einem niederohmigen Gebiet 62 vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Das
niederohmige Gebiet 62 ist in diesem Falle ein n-dotiertes
Gebiet mit einem Quadratswiderstand von z.B. etwa 2 bis 3SX · Die Oberflächenzonen 6o und 61 und
das niederohmige Gebiet sind mit Hilfe von Anschlussleitern oder -kontakten 63» 6k und 65 kontaktiert, die
sich nach der Erfindung alle drei an der Oberfläche 66 des Gebietes 52 befinden.
Die Anschlussleiter 63, 6k und 65 sind Leiterbahnen, die sich auf einer auf der Halbleiteroberfläche
66 vorhandenen Isolierschicht 67 erstrecken und die durch Oeffnungen in dieser Schicht 67 mit den Oberflächenzonen
60 und 61 bzw. dem niederohmigen Gebiet in Kontakt sind.
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PHN ,6619 10.10.73
Die bisher an Hand der Fig. 3 beschriebene Diodenkorabination kann in einer Umhüllung oder in einer
Hybridschaltung montiert werden, wobei übliche Techniken angewendet werden können. Z.B. können durch Thermokompression
Drähte an den Bahnen 63, 64 und 65 befestigt
oder können die Bahnen 63, 64 und 65 örtlich verdickt
werden, um die Diodenkombination für direkte Befestigung auf einem mit Leiterbahnen versehenen Substrat geeignet
zu machen, wobei die örtlichen Verdickungen z.B. durch Löten mit den Leiterbahnen des Substrats verbunden werden. Auch können die leitenden Anschlüsse 63, 64 und 65
auf an sich übliche Weise in Form sogenannter "beamleads" ausgebildet sein.
Eine mögliche Ausführung eines "beam-lead"-Anschlusses,
d.h. ein Anschluss, der durch einen Leiter gebildet wird, der in seitlicher Richtung und etwa parallel
zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers, an die kontaktierte Halbleiterzonen grenzen, aus dem Halbleiterkörper
hervorragt, zeigt Fig. 3. als den Anschluss 7· Die kontaktierte Dxodenkombination ist mit einer zweiten
Isolierschicht 68 überzogen, auf der sich ein zweites Muster von Leiterbahnen 69 erstreckt. Teile dieses
zweiten Musters von Leiterbahnen sind über Oeffnungen in der Isolierschicht 68 mit auf der ersten Isolierschicht
68 Liegenden Leitern' 63 und 64 verbunden. Für aJ 1 ü oder einen Teil der Leiterbahnen 69 kaniy eine
409820/0759 _ .
PHN 6619 10.10.73
Dicke gewählt werden, die eine genügend grosse Festigkeit
der seitlieh hervorragenden Anschlüsse sicherstellt. Die in diesem Beispiel angewendete Aus führung· s —
form von "beam-leads" ist ausführlicher in der britischen
Patentschrift 1*290.19^ beschrieben. Diese Ausführungsform ist nicht nur wegen ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit,
sondern auch deshalb besonders geeignet -, weil eine zweite Schicht von Verbindungsleitern verfügbar ist,
so dass einfach sich kreuzende Verbindungen erhalten werden können. Weiter sind in der Schaltung nach Fig.
2 möglichst i-nsbesondere diejenigen leitenden Verbindungen, in denen der Reihenwiderstand und/oder die
Streukapazität in bezug auf den Halbleiterkörper störend sind, in der zweiten Schicht angebracht. Für die
Leiterbahnen in der zweiten Schicht kann ja leicht, z.B, durch Anwendung einer verhältnismässig grossen
Dicke, ein verhältnismässig grosser Querschnitt erhalten
werden, während sich ausserdem diese Schicht in grqsserer Entfernung von dem Halbleiterkörper als die
erste Schicht befindet. Der Deutlichkeit halber sind die Leiterbahnen der ersten Schicht und die der zx^oi —
ten Schicht in Fig. 2 in verschiedenen Richtungen schraffiert. Weiter versteht es sich, dass Reihenwiderstände
und Streukapazitäten namentlich in Hochfrequenzschaltungen
der obenbeschriebenen Art oft eiiio
wichtige Rolle spielen, wobei sie 1Z, . H . doll zu I Vi^ s i fyoii
409820/07 5 9
ΡΠΝ 6619 ■ ■..·■- 10.. 10.73
Frequenzbereich beschränken können. .
Die beschriebene integrierte,Schaltung enthält
eine Anzahl Teilkörper 51 - 58, die aus derselben
'Halbleiterscheibe hergestellt und durch Entfernung des
überschüssigen Halbleitermaterials gegeneinander isoliert
sind. Die Teilkörper sind mechanisch durch die Isolierschichten 67 und 68, die die zwischen den Teilkörpern
vorhandenen Nuten überbrücken', durch einen Teil der Leiterbahnen der ersten Schicht, wie z.B. die Leiterbahn
65, durch einen Teil der Leiterbahnen 6° in der zweiten Schicht und durch die teilweise aus dem Rand
70 hervorragenden Anschlussleiter mechanisch miteinander
verbunden. Naturgemäss bilden die genannten Leiterbahnen und Anschlussleiter zugleich die für die Schaltung
benötigten elektrischen Verbindungen.
Fig. k zeigt eine andere Ausführungsform der
Diodenkombination nach der Erfindung. An einer Oberfläche eines hochohmigen p-leitenden Halbleiterkörpers
81 befinden sich zwei kreisförmige η-leitende Oberflächenzonen
82 und 83mit einem Durchmesser von etwa
80 /um. Diese Oberflächenzonen sind an der genannten
Oberfläche auf Abstand von einem niederohmigen p-leitenden
Gebiet 8k umgeben. Das Gebiet 84 ist ein ununterbrochenes
Gebiet mit zwei kreisförmigen Oeffnungen
mit einem Durchmesser von etwa 240/um, in deren Mitten
die Oberflächenzonen 82 und 83 liegen. An der gegenüber-
A09820/0759 " V '
FFN 6619 10.10.73
liegenden Oberfläche des eine Dicke von etwa 50 /um aufweisenden
Halbleiterkörpers 81 ist eine niederohmige p-leitende Schicht 85 angebracht.
Der Halbleiterkörper 81 ist weiter mit einer Isolierschicht 86 mit Oeffnungen versehen, durch die
Leiterbahnen 87, 88 und 89 mit den Oberflächenzonen
82 und 83 bzw. dem niederohmigen Gebiet 84 verbunden sind. Der Halbleiterkörper ist mit seiner kontaktierten
Seite auf einem isolierenden Träger 90 befestigt,
auf dem erwünschtenfalls auch andere Halbleiterbauelemente
vorhanden sein können.
Bei der Herstellung der Diodenkombination nach Fig. 4 kann z.B. von einer p—leitenden Silicium—
scheibe mit einem spezifischen ¥iderstand von 200 bis 300 Si .cm und einer Dicke von z.B. etwa 200 /um ausgegangen
werden. Der mittlere Teil dieser Scheibe wird
auf eine Dicke von z.B. etwa 50 /um' abgeätzt, wobei
rings herum ein Rand mit der ursprünglichen Dicke im Zusammenhang mit der gewünschten Hantierbarkeit der
Scheibe bei den weiteren Behandlungen aufrechterhalten
wird. Dann kann auf einer oder auf beiden Seiten der Scheibe eine niederohmige z.B. mit Bor dotierte
p-leitende Schicht angebracht werden, wobei im letzteren Falle auf einer Seite des Körpers die erhaltene
Schicht z.B. durch Aetzen wieder entfernt wird. Der mittlere Teil der Scheibe besteht nun aus einer nie-
409820/07 5 9
" - PHN 6619-
10. TO.73
derohmigeh Schicht 85 und einer hoehohmigen Schicht 81*
Es sei bemerkt j dass für die meisten Anwehdüngen
eine hochohniige Schicht 81 mit sehr hohem spezifischem
Widerstand und einer langen Lebensdauer der Ladungsträger verlangt·- wird f wodurch diese Schicht 81 in
der Praxis schwer als epitaktische Schicht ausgebildet
werden kann. Niirt muss von einem hochohmigen Körper ausgegangen
werden und müssen^ nachdem die Halbleiterscheibe praktisch auf die gewünschte Dicke gebracht worden
ist, auf wei verschiedene Seiten dotierte Gebiete an-■
gebracht· werden.
Anschliessend werden auf übliche Weise in der hochohmigen Schicht 81 die öberflächengebiete 82, 83
und 84 angebracht, wobei gleichzeitig anderswo in der
Halbleiterscheibe Zonen anderer Schaltungselemente erhalten
werden können. Nachdem die Halbleiterscheibe auf übliche Weise mit Leiterbahnen 87, 88 und 89 zum
MitelnariderVerbindeh von Schältüngselementen und für
elektrischen Anschluss der Anordnung versehen ist, kann die Scheibe auf einem isolierenden Träger befestigt
werden. Dann kann der mittlere Teil der Scheibe durch
Aetzen von der Oberfläche der hiederohmigen Schicht 85
her in voneinander getrennte Teile unterteilt werden. Danach kann auch der isolierende Träger unterteilt
werden. Dabei können die erhaltenen Trägerteile einen oder aucll mehrere Halbleiterkörper besitzen« Im letz— ■
4 09 820/07B9 -
PHN 6619 10.10.73
teren Falle können integrierte Schaltungen erhalten
werden, die mechanisch im wesentlichen durch den isolierenden Träger zusammengehalten werden, wobei die
elektrischen Verbindungen durch Leiterbahnen, wie die Bahnen 87, 88 und 89, gebildet werden.
Die Diodenkombination kann also auf verhältnismässig
einfache ¥eise hergestellt werden, wobei die niederohmige Schicht 85 nicht kontaktiert zu werden
braucht, weil auf der gegenüberliegenden Seite ein Mittelkontakt für die Kombination angebracht ist.
Dabei wird die Tatsache benutzt, dass der Mittelkontakt nur für die Gleichstromeinstellung dient und das
Wechselstromsignal nicht durch diesen Anschluss fliesst,
Der Reihenwiderstand dieses Anschlusses übt daher praktisch keinen Einfluss auf die Hochfrequenzeigenschaften
der Diodenkombination aus.
Dagegen kann wohl die niederohmige Schicht
85 zur Herabsetzung des ReihenwiderStandes für den von
der Oberflächenzone 82 zu der Oberflächenzone 83 oder umgekehrt fliessenden Wechselstrom dienen. Versuche,
die zu der Erfindung geführt haben, haben jedoch ergeben, dass, wenn diese Oberflächenzonen in nicht zu
grosser Entfernung voneinander liegen, der Einfluss der niederohmigen Schicht 85 auf den Reihenwiderstand
verhältnismässig gering ist. Diese Tatsache kann dazu benutzt werden, die Herstellung noch erheblich zu ver-
409 820/07 59
PIIN 6619 10.10.73
einfachen. Durch das Weglassen der niederohmigen Schicht,
wie im Beispiel nach Fig. 3, können ja das Abätzen der
Halbleiterscheibe in einer frühzeitigen Stufe auf eine geringe Dick'e und das beidseitige Dotieren dieser Scheibe
unterlassen werden. Die hochohmige Halbleiterschicht
erstreckt sich also vorzugsweise von der Oberfläche,
an die die Oberflächehzonen grenzen, über die ganze Dicke des Halbleiterkörpers und bis zu einer zu der
genannten Oberfläche praktisch parallelen, gegenüberliegenden Oberfläche, wobei der unter den Oberflächenzonen
liegende Teil des Halbleiterkörpers bis zu der gegenüberliegenden Oberfläche völlig aus hochohmigem
Material besteht. Die Halbleiterscheibe wird nun erst, nachdem die gewünschte Dotierung und die Metallisierung
angebracht sind, auf geringe Dicke abgeätzt und meistens unterteilt. Das Abätzen kann in diesem FaJ-Ie mit
weniger grosser Genauigkeit erfolgen, weil die Dicke der Scheibe in geringerem Masse als im Beispiel nach
Fig. 4 die elektrischen Eigenschaften beeinflusst, in
welchem letzteren Beispiel der Abstand zwischen den Zonen 82 und 83 und dem niederohmigen.Gebiet 85 von
der Dicke und somit auch von dieser Aetzbehandlung abhängig ist.
Bekanntlich wird bei PIN-^Dioden beim Betrieb
in der Durchlassrichtung das ho.chohmige Gebiet mit in dieses Gebiet injizierten Ladungsträgern überschwemmt,
• 4 09820/07 59 ■ ■■ ■ ■
PIiN 6619 ίο.10.73
wobei diese im Verhältnis zu der GIeichgewichtskonzentration
in diesem Gebiet hohe Ladungsträgerkonzentration die Leitfähigkeit des hochohmigen Gebietes bestimmt
Diese Leitfähigkeit kann mit Hilfe des Gleichstroms eingestellt und/oder· mit Hilfe eines Wechselstroms nicht
zu hoher Frequenz geändert werden. Wird die Wechselstromfrequenz zu hoch, so kann die Konzentration injizierter
Ladungsträger sich nicht genügend schnell mehr an den augenblicklichen Strompegel anpassen und
bei genügend hoher Frequenz verhält sich das hochohmige Gebiet praktisch wie ein wechselstromunabhängiger
Widerstand. Bei der PIN-Diodenkombination nach Fig. muss wahrscheinlich angenommen werden, dass der zu jeder
der beiden Dioden gehörige, mit Ladungsträgern überschwimmte Teil der hochohmigen Schicht 52 derart
gross ist, dass tatsächlich ein unterbrochenes gemeinsames und an die beiden Oberflächenzonen 60 und 61
grenzendes Gebiet mit einer hohen Konzentration an injizierten Ladungsträgern gebildet wird. Der Wechselstrom
kann dann über dieses gemeinsame Gebiet, das einen regelbaren Widerstand bildet, unmittelbar von einer
Oberflächenzone 6θ zu der anderen Oberflächenzone
61 oder umgekehrt fHessen. Auf diese Weise Hesse
sich erklären, dass die Lage und der spezifische Widerstand des niederohmigen Gebietes 62 praktisch keinen
und wenigstens keinen entscheidenden Einfluss mehr auf
4098 20/0759
PHN 6619 ■ 10.10:73
den Hochfrequenzreilienwiderstand der Diodenkombination
ausüben. In diesem Zusammenhang spielt der Leitfähigkeitstyp
der hochohmigen Schicht keine wichtige Rolle. Diese Schicht kann sowohl eine η-leitende als auch eine
p-leitende Schicht sein. ·
Nun da der Wechselstrom unmittelbar von einer zu der anderen Oberflächenzone fHessen kann, sind
die Oberflächenzonen vorzugsweise mit einem praktisch geraden Teil ihrer Begrenzung einander zugekehrt. Die
Zonen 6o und 61 weisen an der Oberfläche praktisch die Form eines Halbkreises auf (siehe Bg. 2), wobei
sie mit dem geraden Teil eines Randes einander zugekehrt nebeneinander liegen. Der Radius des Kreises
ist z.B.. hO /um und der gerade Teil des Zonenrandes
ist z.B. 80yum. Der Abstand zwischen den beiden Ober-
- flächenzonen ist z. B". etwa 20 /um. Das niederohmige • Gebiet 62 befindet sich vorzugsweise ausserhalb des
zwischen den beiden Oberflächenzonen- liegenden Teiles der hochohmigen Schicht 52 und kann z.B. ringförmig,
wenigstens mit einer geschlossenen Geometrie, ausgeführt sein, (siehe die Figuren- 2 und 3) oder aus einem oder
mehreren, vorzugsweise zu dem von den Oberflächenzonen
eingenommenen Gebiet symmetrisch angeordneten Gebieten
bestehen. In dem Beispiel nach Fig. 3 beträgt dar Abstand
der inneren Begrenzung der Zone 62 von jeder der Oberflächenzonen 6o und 61 etwa 4o /um. Die aus sere Be-
409.820/0759
PHN 6619 ίο.10.73
grenzung der Zone 66 ist· z.B. rechteckig mit Abmessungen
von etwa 200 ,um x. 220 /um. Vorzugsweise ist der
Mindestabstand an der Oberfläche zwischen dem niederohmigen
Gebiet oder jedem der niederohmigen Gebiete und jeder der Oberflächenzonen grosser als der Abstand
zwischen den einander zugekehrten Randern der beiden Oberfläclienzonen.
Es leuchtet ein, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt,
sondern dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abwandlungen möglich sind. So
können z. B0 auch andere Halbleitermaterialien, wie
III V
Germanium und A B —Verbindungen, verwendet werden.
Germanium und A B —Verbindungen, verwendet werden.
Für eine Isolierschicht können ausser Siliciumoxyd z.B. Siliciumnitrid oder Aluminiumoxyd verwendet werden,
wobei auch zusammengesetzte, aus verschiedenen
Schichten aufgebaute Isolierschichten geeignet sind.
In den beschriebenen Beispielen können die Leitfähigkeitstypen der Oberflächenzonen und des niederohmigen
Gebietes durch die entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen
ersetzt werden. Vorzugsweise werden die Oberflächenzonen, namentlich bei PIN-sDioden, die in der
Durchlassrichtung betrieben werden, durch n-leitende Zonen gebildet»
U.a. wenn die Diodenkombinationen als veränderliche
Kapazität verwendet werden, ist der Leitfällig-
409820/0759
PIiN 6619 10.10.73
keitstyp der hochohmigen Schicht vorteilhaft gleich
dem des niederohmigen Gebietes und also dem der beiden
Oberflächenzonen entgegengesetzt. Weiter kann namentlieh
bei veränderlichen Kapazitäten die hochohmige Oberflächenschicht eine epitaktische Schicht mit einem an
diese Anwendung angepassten für veränderliche Kapazitäten aus der Fachliteratur an sich bekannten Dotierungsprofil
sein. Die epitaktische Schicht, die z^B.
eine Dicke von etwa 10 /um aufweisen kann, kann auf einem Substrat vom gleichen Leitfähigkeitstyp und mit einem
niedrigeren spezifischen Widerstand angebracht sein.
409 820/07 59
Claims (2)
- PHN 6619 10.10.73Patentansprüche:{1 · j Halbleiteranordnung mit zwei gegensinnig in Reihe geschalteten P, N , N- (Ν, P , P)-Dioden mit einem Halbleiterkörper, wobei an eine praktisch ebene Oberfläche dieses Körpers zwei Oberflächenzonen von einem ersten Leitfähigkeitstyp grenzen, die sich in einer den Dioden gemeinsamen hochohmigen Oberflächenschicht erstreckens dia sich von der Oberfläche 'her weiter als die Oberflächenzonen in dem Halbleiterkörper erstreckt und diese Oberflächenzonen von einem niederohmigen Gebiet vom zxfeiten Leitfähigkeitstyp trennt, wobei das niederohmige Gebiet und die beiden Oberflächenzonen mit einem elektrisch leitenden Anschlusskontakt versehen sind9 dadurch gekennzeichnet, dass das mit. einem elektrischen Anschlusskontakt versehene j, niederohniige Gebiet an dieselbe. Oberfläche wie die beiden Oberflächenzoaen grenst, wobei der 'Anschlusskontakt einer der beiden Oberflächenzoneneinen Hochfrequenzsignaleingang und der Anschlusskontakt der anderen Oberflächenzone einen Hochfrequenz— signalausgang bildet, und wobei sich zwischen diesem Signaleingang und diesem Signalausgang ein Stromweg regelbarer Impedanz befindet, der sich praktisch völlig in dem Halbleiterkörper ausserhalb des Anschlusskontakts des niederohmigen Gebietes erstreckt.
- 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch409820/07 5 9-■■■■" , PHN 661910.10.73gekennzeichnet, dass sich die hochohmige Halbleiterschic ht von der genannten Oberfläche über die ganze Dicke-des Halbleiterkörpers bis zu einer zu der genannten Oberfläche praktisch parallelen, gegenüberliegenden Oberfläche erstreckt.3· Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2» dadurch gekeimzeichnet, dass der spezifische Widerstand der hochohmigen Schicht grosser als 50 Λ„cm ist.. .".. ;■" · , ' "■4. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einem elektrisch leitenden Anschlusskontakt versehene niederohmige Gebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp sich, auf die Oberfläche gesehen, ausserhalb des zwischen der beiden Oberflächenzonen liegenden Teiles der hochohmigen Schicht befindete5. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Oberflächenzonen vom ersten Leitfähigkeitstyp und das niederohmige G-ebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit Hilfe von Anschlusskontakten kontaktiert sind, die in Form von seit-liehs praktisch parallel zu der Oberfläche aus dem'Halbleiterkörper hervorragenden Leitern sogenannten "beam leads" ausgebildet sind.6. Halbleiteranordnung nach einem, oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,409 820/07 5 9 '-Zk-PHN 6619 10.10.73dass der Halbleiterkörper zu einer Gruppe von Halbleiterkörpern gehört, die je ein oder mehrere Schaltungselemente enthalten, die aus derselben Halbleiterscheibe durch Entfernung des zwischen den Körpern vorhandenen überschüssigen Halbleitermaterials hergestellt und durch eine Isolierschicht und/oder einen isolieren— den Träger und/oder durch Anschlusskontakte mechanisch, und elektrisch zu einer integrierten Schaltung zusammengebaut sind.409820/0759tr .L e e F s e 11 e
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