(57)【要約】  炭化ケイ素ウェハの少なくとも一部に同じタイプの複数の炭化ケイ素デバイスを所定のパターンで形成することによって炭化ケイ素デバイスが製造される。この炭化ケイ素デバイスは、炭化ケイ素ウェハの第１の面に対応する第１のコンタクトを有している。複数の炭化ケイ素デバイスに対して電気試験が実施され、その中から電気試験に合格したデバイスが識別される。次に、複数の炭化ケイ素デバイスのうち識別されたデバイスの第１のコンタクトが選択的に相互接続される。また、選択的に接続された複数の同じタイプの炭化ケイ素デバイスを有するデバイスが提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じタイプの複数の炭化ケイ素デバイスを所定のパターンで炭化ケイ素ウェハの少なくとも一部に形成するステップであって、該複数の炭化ケイ素デバイスが、対応する第１のコンタクトを前記炭化ケイ素ウェハの第１の面に有するものと、
前記複数の炭化ケイ素デバイスを電気試験して、前記複数の炭化ケイ素デバイスのうち電気試験に合格するデバイスを識別するステップと、
前記複数の炭化ケイ素デバイスのうちの前記識別されたデバイス間を相互接続するようにステッパマスクを選択的に適用することにより、前記複数の炭化ケイ素デバイスのうちの前記識別されたデバイスの前記第１のコンタクトを選択的に相互接続するステップと
を含むことを特徴とする炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項２】
前記第１のコンタクトを選択的に相互接続するステップは、
前記炭化ケイ素デバイス上に前記第１のコンタクトを覆う保護層を形成するステップと、
前記複数の炭化ケイ素デバイスのうちの前記識別されたデバイスの第１のコンタクトに対応して開口を前記保護層に選択的に形成するように、前記複数の炭化ケイ素デバイスのうちの前記識別されたデバイスの前記第１のコンタクトに対応する前記保護層領域にステッパマスクを選択的に適用するステップと、
前記選択的に形成された開口を介して前記第１のコンタクトを電気接続するステップ
を含むことを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項３】
炭化ケイ素に期待のデバイス歩留りを提供するためにデバイスサイズを選択するステップであって、その結果、複数の炭化ケイ素デバイスを含む前記炭化ケイ素ウェハの領域における十分な数のデバイスが、選択された動作能力を有する炭化ケイ素デバイスを備えるように電気試験に合格することになるものをさらに含み、
前記形成するステップは、前記選択されたデバイスサイズの同じタイプの複数の炭化ケイ素デバイスを形成することを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項４】
前記複数の炭化ケイ素デバイスは垂直炭化ケイ素ダイオードを備え、前記識別された炭化ケイ素デバイスは識別された炭化ケイ素ダイオードであり、
さらに、前記炭化ケイ素ダイオードの第２のコンタクトを共通接続するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項５】
前記電気試験するステップは、前記複数の炭化ケイ素ダイオードのうちの１つの炭化ケイ素ダイオードの逆バイアス阻止電圧を電気試験して、前記炭化ケイ素ダイオードの前記逆バイアス阻止電圧が所定の電圧値を超えているかどうか判定するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項６】
前記選択的に適用するステップは、
前記複数の炭化ケイ素ダイオードのうちの１つに対応するステッパマスクを、前記複数の炭化ケイ素ダイオードのうちの識別された１つに適用するステップと、
該適用するステップを、前記識別された炭化ケイ素ダイオードの各々に繰り返すステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項７】
前記複数の炭化ケイ素デバイスは前記炭化ケイ素ウェハ上の複数のダイに設けられ、
さらに、前記炭化ケイ素ウェハをダイシングして、前記複数のダイに対応する、選択的に相互接続された複数の炭化ケイ素デバイスを個々に有する複数のチップを配設することを含むことを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項８】
前記複数の炭化ケイ素デバイスは前記炭化ケイ素ウェハ全体に分配され、
前記第１のコンタクトを選択的に相互接続するステップは、所望の動作特性と、該所望の動作特性を有する炭化ケイ素デバイスを生成するために必要な前記炭化ケイ素デバイスの数とに基づいて選択されるサイズのオーバレイパッドを利用して、十分な数の前記炭化ケイ素デバイスを選択的に相互接続して所望の動作特性を提供することを含むことを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項９】
複数のオーバレイパッドをウェハに形成するステップをさらに含み、前記オーバレイパッドは、前記所望の動作特性を有する複数の炭化ケイ素デバイスを提供するように、前記オーバレイパッドに対応する前記ウェハの領域の、前記電気試験に合格した炭化ケイ素デバイスの数に基づく異なるサイズを有することを特徴とする請求項８に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項１０】
前記炭化ケイ素デバイスは第２のコンタクトを前記炭化ケイ素ウェハの前記第１の面に有する炭化ケイ素デバイスを含み、
さらに、前記ステッパマスクを利用して、前記複数の炭化ケイ素デバイスのうちの前記識別されたデバイスの第２のコンタクトを選択的に相互接続するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項１１】
前記炭化ケイ素デバイスは第３のコンタクトを前記炭化ケイ素ウェハの前記第１の面とは反対側の第２の面に有する垂直炭化ケイ素デバイスであり、
さらに、前記炭化ケイ素デバイスの前記第３のコンタクトを並列に接続することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項１２】
前記第１のコンタクトを選択的に相互接続するステップおよび前記複数の炭化ケイ素デバイスのうちの前記識別されたデバイスの第２のコンタクトを選択的に相互接続するステップは、
前記炭化ケイ素デバイス上に前記第１のコンタクトを覆う保護層を形成するステップと、
第１のステッパマスクを利用して、前記複数の炭化ケイ素デバイスのうちの前記識別されたデバイスの第１のコンタクトに対応する前記保護層に開口を選択的に形成するステップと、
前記ステッパマスクを利用して、前記複数の炭化ケイ素デバイスのうちの前記識別されたデバイスの第２のコンタクトに対応する前記保護層に開口を選択的に形成するステップと、
前記選択的に形成された開口を介して前記第１のコンタクトを電気接続するステップと、
前記選択的に形成された開口を介して前記第２のコンタクトを電気接続するステップ
を含むことを特徴とする請求項１０に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項１３】
前記複数の炭化ケイ素デバイスのうちの前記識別されたデバイスの第１のコンタクトに対応する前記保護層に開口を選択的に形成するステップ、および前記複数の炭化ケイ素デバイスのうちの前記識別されたデバイスの第２のコンタクトに対応する前記保護層に開口を選択的に形成するステップは、
前記複数の炭化ケイ素ダイオードのうちの１つに対応する前記ステッパマスクを前記複数の炭化ケイ素ダイオードのうちの識別された１つに適用することと、
該ステッパマスクを適用することを前記識別された炭化ケイ素ダイオードの各々に繰り返すこと
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項１４】
前記第１のコンタクトを電気接続するステップおよび前記第２のコンタクトを電気接続するステップは、第１の相互接続電極配線を使用して前記第１のコンタクトを電気接続することと、第２の相互接続電極配線を使用して前記第２のコンタクトを電気接続することを含み、さらに、
前記第１の相互接続電極配線および前記第２の相互接続電極配線に絶縁層を形成することと、
前記ステッパマスクを利用して、前記第１の相互接続電極配線に対応する前記絶縁層に少なくとも１つの開口を形成することと、
前記第１の相互接続電極配線に対応する前記絶縁層の前記少なくとも１つの開口を介して前記第１の相互接続電極配線と接触する第１のコンタクトパッドを前記絶縁層に形成することと、
前記ステッパマスクを利用して、前記第２の相互接続電極配線に対応する前記絶縁層に少なくとも１つの開口を形成することと、
前記第２の相互接続電極配線に対応する前記絶縁層の前記少なくとも１つの開口を介して前記第２の相互接続電極配線と接触する第２のコンタクトパッドを前記絶縁層に形成すること
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【請求項１５】
前記炭化ケイ素デバイスは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、金属半導体接合電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）およびバイポーラ接合型トランジスタ（ＢＪＴ）のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１０に記載の炭化ケイ素デバイスを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超小型電子デバイスおよびその製造方法に関し、より詳細には炭化ケイ素デバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の少なくとも一部は、海軍調査事務所／ＤＡＲＰＡ契約第Ｎ０００１４−９９−Ｃ−０３７７号および米国空軍（ＡＦＲＬ）契約第Ｆ３３６１５−００−２−２００４号の下に開発されたものである。米国政府は、本発明のある種の権利を所有することができる。
【０００３】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、ケイ素（Ｓｉ）またはＧａＡｓを使用して製造されたデバイスより高い温度、出力および周波数で動作する電子デバイスの製造を理論的に可能にする優れた物理特性および電子特性を有していることが予てより知られている。約４×１０6Ｖ／ｃｍに及ぶ高破壊電界、約２．０×１０7ｃｍ／秒に及ぶ高飽和電子ドリフト速度、また、約４．９Ｗ／ｃｍ−°Ｋに及ぶ高熱伝導率は、ＳｉＣが高周波高電力応用例に適していることを示しているが、残念なことには、製造上の難点により、高電力高周波応用例におけるＳｉＣの有用性が制限されている。
【０００４】
様々な高電力応用例に適した、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ等を始めとする多くの様々なタイプの炭化ケイ素デバイスが述べられている。例えば、参照によりその開示のすべてを本明細書に示したものとして本明細書に組み込まれている特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０および特許文献１１を参照されたい。これらのデバイスには、高電力処理能力を提供するために炭化ケイ素の特性が利用されている。このような炭化ケイ素デバイスは、匹敵するサイズのケイ素デバイスに勝る改良型電力処理能力を備えているが、炭化ケイ素中に大規模デバイスを生成することは困難である。例えばケイ素の場合、単一デバイスが、デバイスのサイズとウェハのサイズが実質的に同じサイズになるようにウェハに構築されるが、欠陥の無い炭化ケイ素ウェハを製造することは、不可能ではないにしても困難である。したがって、ウェハ全体を占有しているデバイス中には、デバイス性能を制限する欠陥が組み込まれている。
【０００５】
例えば、多くの電動機駆動応用例においては、典型的な定格が６００Ｖ、５０〜１００Ａの大型ＳｉＣ電力スイッチおよび／またはダイオードが望ましいが、上述したように、必要な定格を有するＳｉＣスイッチおよび／またはダイオードを単一ダイ中に構築することは実際的ではなく、例えば５０Ａデバイスの場合、１００Ａ／ｃｍ2に対して７ｍｍ×７ｍｍの活性領域が必要である。デバイスの歩留りは、通常、マイクロパイプ密度および転位、キャロット欠陥、ケイ素異物およびプロセス欠陥などの他の欠陥によって制限されている。図１に示すように、すべての欠陥を含んだ一切の欠陥密度を２０ｃｍ-2と仮定すると、２ｍｍ×２ｍｍ（４Ａ）ダイの計画歩留りは最大５０％である。図１にさらに示すように、同じ総合欠陥密度を仮定した場合、３．３ｍｍ×３．３ｍｍ（１０Ａ）ダイの歩留りは２０％未満に低下している。５０Ａダイの歩留りは、最大１％程度になるものと思われる。
【０００６】
より高い歩留りの大型デバイスを得るための従来技法の１つは、デバイスを欠陥の無い部位、すなわちマイクロパイプフリーエリア（ＭＦＡ）に選択的に配置することである。図２は、識別されたこのような部位を示したものである。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，０６１，９７２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２６４，７１３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２７０，５５４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，５０６，４２１号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５３９，２７１号明細書
【特許文献６】米国特許第５，６８６，７３７号明細書
【特許文献７】米国特許第５，７１９，４０９号明細書
【特許文献８】米国特許第５，８３１，２８８号明細書
【特許文献９】米国特許第５，９６９，３７８号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，０１１，２７９号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，１２１，６３３号明細書
【特許文献１２】米国特許出願第０９／７２３，７１０号
【特許文献１３】米国特許出願第０９／８７８，４４２号
【特許文献１４】米国特許出願第０９／９１１，９９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通常、ＭＦＡ手法には個々のウェハのための個別マスクセットが必要であり、また、個々のウェハのための特注マップを必要とする点で極端に冗長的である。また、ＭＦＡ手法はマイクロパイプのみを回避すべき欠陥と見なしているが、デバイスの不良は他の欠陥によってももたらされており、したがってＭＦＡ手法を使用しても、高い歩留りは保証されない。
【０００９】
材料技術は急速に発展しても、上述の技法を使用して単一ダイ中に費用効果の高い５０Ａから１００Ａのデバイスを製造するには、まだかなりの時間を要すると予測される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態により、所定のパターンで製造された炭化ケイ素ウェハの上の少なくとも一部に同じタイプの複数の炭化ケイ素デバイスが結合され、かつ、これらのデバイスのうちの電気試験に合格したデバイスがステッパマスクを使用して選択的に相互接続された炭化ケイ素デバイスおよび炭化ケイ素デバイスの製造方法が提供される。同じステッパマスクを、電気試験に合格した複数の炭化ケイ素デバイスの各々に対して利用することができる。したがって、本発明による特定の実施形態では、複数の炭化ケイ素デバイスのうちの１つに対応するステッパマスクが、複数の炭化ケイ素ダイオードのうちの電気試験に合格したデバイスとして識別されたダイオードに選択的に適用される。このステッパマスクは、識別された炭化ケイ素デバイスの各々に適用される。
【００１１】
本発明による他の実施形態では、炭化ケイ素デバイスは、炭化ケイ素ウェハの第１の面に第１のコンタクトを有している。この第１のコンタクトは、炭化ケイ素デバイス上に第１のコンタクトを覆う保護層を形成し、複数の炭化ケイ素デバイスのうちの識別されたデバイスの第１のコンタクトに対応する保護層に開口を選択的に形成し、かつ、保護層を介してビアを開けるために、ステッパマスクを利用して選択的に形成された開口を介して第１のコンタクトを電気接続することによって選択的に相互接続されている。
【００１２】
本発明による他の実施形態では、複数の炭化ケイ素デバイスを含む炭化ケイ素ウェハの領域における十分な数のデバイスが、選択された動作能力を有する炭化ケイ素デバイスを備えるように電気試験に合格するよう、炭化ケイ素に期待デバイス歩留りを提供するためのデバイスサイズが選択されている。このような実施形態では、選択されたデバイスサイズの炭化ケイ素デバイスを提供するために、同じタイプの複数の炭化ケイ素デバイスが形成される。
【００１３】
本発明によるさらに他の実施形態では、炭化ケイ素デバイスは垂直炭化ケイ素ダイオードである。このような場合、炭化ケイ素ダイオードは、共通接続された第２のコンタクトを有している。また、炭化ケイ素ダイオードの逆方向バイアス阻止電圧を電気試験することにより炭化ケイ素デバイスを電気試験して、炭化ケイ素ダイオードの逆方向バイアス阻止電圧が所定の電圧値を超えているかどうか判定することができる。
【００１４】
本発明による特定の実施形態では、炭化ケイ素ウェハの上の複数のダイ中に複数の炭化ケイ素デバイスが提供される。このような実施形態では、複数のチップを提供するために、炭化ケイ素ウェハをダイシングすることができる。この場合、チップは、選択的に相互接続された複数の炭化ケイ素デバイスを有することになる。
【００１５】
本発明による他の実施形態では、炭化ケイ素ウェハ全体に複数の炭化ケイ素デバイスが分配されている。このような実施形態では、十分な数の炭化ケイ素デバイスを選択的に相互接続することによってデバイスを選択的に相互接続することができ、それによりオーバレイパッドを利用して所望の動作特性を提供することができる。オーバレイパッドのサイズは、所望の動作特性および所望の動作特性を有する炭化ケイ素デバイスの生成に必要な炭化ケイ素デバイスの数に基づいて選択することができる。
【００１６】
本発明によるさらに他の実施形態では、炭化ケイ素デバイスは、炭化ケイ素ウェハの第１の面に第２のコンタクトを有している。このような場合、同様に、炭化ケイ素デバイスのうちの識別されたデバイスの第２のコンタクトを相互接続することができる。また、炭化ケイ素デバイスが、炭化ケイ素ウェハの第１の面とは反対側の第２の面に第３のコンタクトを有する垂直炭化ケイ素デバイスである場合、炭化ケイ素デバイスのこの第３のコンタクトは、並列に接続することもできる。第３のコンタクトの並列接続は、個々の炭化ケイ素デバイスの第３のコンタクトを共通接続することによって提供される。
【００１７】
本発明による他の実施形態では、炭化ケイ素デバイス上に第１のコンタクトを覆う保護層を形成し、複数の炭化ケイ素デバイスのうちの識別されたデバイスの第１のコンタクトに対応する保護層に選択的に開口を形成し、複数の炭化ケイ素デバイスのうちの識別されたデバイスの第２のコンタクトに対応する保護層に選択的に開口を形成し、選択的に形成された開口を介して第１のコンタクトを電気接続し、かつ、選択的に形成された開口を介して第２のコンタクトを電気接続することにより、第１のコンタクトが選択的に相互接続され、かつ、第２のコンタクトが選択的に相互接続される。このような実施形態では、複数の炭化ケイ素デバイスのうちの識別されたデバイスの第１のコンタクトに対応する保護層への選択的な開口の形成、および複数の炭化ケイ素デバイスのうちの識別されたデバイスの第２のコンタクトに対応する保護層への選択的な開口の形成は、複数の炭化ケイ素デバイスのうちの識別されたデバイスに、複数の炭化ケイ素デバイスのうちの１つに対応するステッパマスクを適用することによって提供される。このステッパマスクは、識別された炭化ケイ素デバイスの各々に適用される。
【００１８】
また、第１のコンタクトの電気接続および第２のコンタクトの電気接続は、第１のコンタクトを第１の相互接続電極配線に電気接続し、かつ、第２のコンタクトを第２の相互接続電極配線に電気接続することによって提供される。このような実施形態では、第１の相互接続電極配線および第２の相互接続電極配線に絶縁層を形成することもできる。ステッパマスクを利用して、第１の相互接続電極配線に対応する絶縁体中に少なくとも１つの開口が形成され、絶縁層に形成される第１のコンタクトパッドと第１の相互接続電極配線が、第１の相互接続電極配線に対応する絶縁体中の上記少なくとも１つの開口を介して接触する。また、第２の相互接続電極配線に対応する絶縁体中に少なくとも１つの開口が形成され、絶縁層に形成される第２のコンタクトパッドと第２の相互接続電極配線が、第２の相互接続電極配線に対応する絶縁体中の上記少なくとも１つの開口を介して接触する。
【００１９】
本発明による特定の実施形態では、炭化ケイ素デバイスは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、金属半導体接合電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）および／またはバイポーラ接合型トランジスタ（ＢＪＴ）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明について、本発明による好ましい実施形態を示した添付の図面を参照してより詳細に説明するが、本発明は、多くの様々な形態で具体化することが可能であり、本発明を本明細書において説明する実施形態に限定するものとして捕えてはならない。そうではなく、以下で説明する実施形態は、本明細書における開示を完全に理解し、かつ、本発明の範囲を当業者に余すところなく伝えるためのものである。添付の図面においては、層および領域の厚さは、分かりやすくするために誇張されている。また、同一番号は、すべての図面を通して同じ要素を示している。層、領域あるいは基板などの要素が、他の要素の「上に（to）」存在しているものとして示され、あるいは他の要素の「上へ（onto）」拡張しているものとして示されている場合、それは、他の要素の上に（onto）直接存在し、あるいは他の要素の上へ直接拡張していることを表しており、もしくは他の要素との間に別の介在要素が存在していることを表していることは理解されよう。それに対して、他の要素の「直ぐ上に（directly onto）」存在し、あるいは他の要素へ「直接」拡張しているものとして要素が示されている場合は、介在する要素は存在していない。また、本明細書において実例を挙げて説明する実施形態の各々には、その実施形態の導電型と相補をなす導電型の実施形態が含まれている。
【００２１】
図面を参照すると、本発明による炭化ケイ素デバイスの様々な実施形態の略部分平面図および略部分横断面図が、図３、図４および図６〜図１０に示されている。本発明の実施形態による炭化ケイ素デバイスは、３Ｃ、２Ｈ、４Ｈ、６Ｈおよび１５Ｒのポリタイプ（polytype）を有する炭化ケイ素で形成されている。例示的な実施形態では、ｎ+、ｎ-領域およびｐ+、ｐ-領域は、同じ材料に対するそれぞれ異なるドーピングレベルを当業者に良く理解される方法で記号化するために「＋」および「−」が指定されている。ｐ型炭化ケイ素には、アルミニウムまたはホウ素がドープされていることが好ましく、また、ｎ型炭化ケイ素には、窒素またはリンがドープされていることが好ましい。
【００２２】
本発明による実施形態により、極めて多数のより小型の炭化ケイ素デバイスを並列に接続することができる炭化ケイ素デバイスが提供される。複数の炭化ケイ素デバイスを提供し、かつ、電気試験することができるため、「良好」なセルを電気試験に合格したセル、例えば規定の順方向（アノードからカソード方向）電圧を阻止するセルとして定義することができる。不良セルは、材料中に存在する欠陥、プロセスの問題および／または他の欠陥のために電気試験に合格することができず、例えば規定の電圧を阻止することができない。当業者に知られている１つまたは複数の電気試験によって良好なセルを選択することができる。
【００２３】
この良好なセルは、絶縁層を貫通した、良好なセルの１つまたは複数のコンタクトへの接続を可能にするビアを選択的に開け、かつ、不良セルの絶縁層を所定位置に残すことによって選択的に接続することができる。詳細には、良好なセルのコンタクト領域を覆うマスクが除去され、かつ、不良セルのコンタクト領域を覆うマスクが維持されるよう、ステッパマスクを使用したフォトリソグラフィを利用して良好なセルのみを露光することにより、良好なセルのみを接続することができる。別法としては、ステッパマスクを適用する前に個々のセルを接続し、ステッパマスクを使用して不良セルを切断することができる。したがって、本明細書において使用されている「選択的に接続」という用語は、元々切断されていたデバイスを後で接続したデバイスについて、および元々接続されていたデバイスを後で切断したデバイスについて言及するために使用される。
【００２４】
図３および図４は、複数のダイオードのうちの選択されたセルに対するこのような相互接続を示したものである。図３は、本発明の実施形態による、選択的に相互接続された、例えばダイオードなどの複数の炭化ケイ素デバイスを有する２端子炭化ケイ素デバイスの製造に適した複数のダイ１２を有するウェハ１０の平面図を示したものである。図４は、図３の線４−４’に沿って取ったダイ１２の横断面図を示したものである。図３および４は、本発明による実施形態を示したもので、１枚のウェハ、あるいは１枚または複数のウェハの一部に、複数の炭化ケイ素ダイオードが設けられている。図３に示すように、ウェハ１０は、それぞれ複数の炭化ケイ素ダイオード１４および１６を備えたダイ１２を複数有することができる。炭化ケイ素ダイオード１４および１６の各々は、例えばメサエッジ終端、接合終端拡張部等によってエッジ終端することができる。例えば、本発明の譲受人に譲渡された、参照によりそのすべてを本明細書に示したものとしてその開示が本明細書に組み込まれている、２０００年１１月２８日出願の「EPITAXIAL EDGE TERMINATION FOR SILICON CARBIDE SCHOTTKY DEVICES AND METHODS OF FABRICATING SILICON CARBIDE DEVICES INCORPORATING SAME」という名称の特許文献１２に記載されているエッジ終端を、炭化ケイ素ダイオード１４および１６に持たせることができる。ダイオード１４および１６のエッジ終端によってダイ１２中のダイオードが互いに分離されることにより、電気特性に悪影響を及ぼす恐れのある欠陥が組み込まれている可能性のあるダイオードと、このような欠陥が組み込まれていないダイオードが分離される。
【００２５】
炭化ケイ素ダイオード１４および１６に対する電気試験が実施され、ダイオードが阻止電圧試験などの１つまたは複数の電気試験に、あるいはダイオードの電気特性を評価する他のこのような電気試験に合格するかどうか判定される。同様に、１つまたは複数の電気試験には、「バーンイン」、あるいは他のこのような信頼性試験を含めることができる。図３では、電気試験に合格したダイオード１４は斜線で示され、電気試験に不合格のダイオード１６には斜線が施されていない。この電気試験に合格したダイオード１４が次に並列に相互接続され、一方、電気試験に不合格のダイオード１６は相互接続されない。
【００２６】
好ましくは、ダイ１２に複数のダイオード１４および１６が配列され、かつ、ウェハ１０に所定のパターンでダイ１２が配列される。このパターンには、炭化ケイ素ウェハ１０中の欠陥を考慮する必要はなく、すべてのウェハに対して同じパターンにすることができるが、この所定のパターンは、１つまたは複数の電気試験に合格したダイオードを選択的に相互接続するための相互接続構造の形成に先立って、ダイ中のダイオードの例えばプロービングあるいは当業者に知られている他のこのような in situ 電気試験手順を介した電気試験を可能にするパターンであることが好ましい。
【００２７】
図４は、図３の線４−４’に沿ったダイ１２の横断面図を示したもので、炭化ケイ素ダイオードはショットキーダイオードである。図４に示すダイオードは、ショットキーダイオードとして示されているが、当業者には理解されるように、「ｐｎ」接合ダイオード、接合障壁ショットキー（ＪＢＳ）ダイオードなどの他のタイプのダイオードを本発明による実施形態に利用することも可能である。したがって図４に示すダイオードの構造は、単に説明を目的としたものに過ぎず、本発明をこのような構造に限定するものとして解釈してはならない。例えば特許文献１２に記載されているダイオードを利用しても、依然として本発明の教示による利益を享受することができる。
【００２８】
図４に示すように、複数の炭化ケイ素ダイオードには、ｎ+炭化ケイ素基板３０、基板３０の上のｎ+エピタキシャル炭化ケイ素層３２、およびｎ+エピタキシャル炭化ケイ素層３２の上のｎ-エピタキシャル炭化ケイ素層３４が含まれている。ｎ-エピタキシャル炭化ケイ素層３４の上にはショットキーコンタクト３６が設けられている。第２のオーミックコンタクト４０は、炭化ケイ素基板３０の炭化ケイ素層３２とは反対側に設けられている。図４にさらに示すように、ダイオードには、メサの側壁４２が実質的に基板３０へ拡張するように、あるいは実質的に基板３０中へ拡張するようにメサエッジ終端されている。別法として、あるいはメサエッジ終端以外の追加として、ガードリングまたは他のタイプのエッジ終端を利用することも可能である。
【００２９】
ダイオードの上に（on）絶縁層１８が設けられ、その絶縁層１８を貫通して、電気試験に合格したダイオードのコンタクト３６へ、ビア４４が選択的に設けられている。ビア４４は、選択的にエッチングを施すことによって、あるいは選択的に成長させることによって形成することができる。例えば、ビア４４はダイオード１４のコンタクト３６に提供されているが、ダイオード１６のコンタクト３６にはビアは提供されていない。ビア４４には、チタン、白金、金、アルミニウム、銅、銀またはそれらの組合せなどの相互接続金属２０が配設され、複数のダイオードのうちの選択されたダイオードのみを電気接続している。絶縁層には、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、酸化物−窒化物−酸化物、オキシナイトライド（Oxynitride）等を使用することができる。例えば、本発明の譲受人に譲渡された、参照によりそのすべてを本明細書に示したものとしてその開示が本明細書に組み込まれている、２００１年６月１１日出願の「HIGH VOLTAGE, HIGH TEMPERATURE CAPACITOR STRUCTURES AND METHODS OF FABRICATING SAME」という名称の特許文献１３に適切な絶縁層が記載されている。
【００３０】
次に、本発明の実施形態について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施形態による工程をフローチャートで示したものである。図５に示すように、例えば所望する電流処理能力などの所望デバイス特性を提供するために、ウェハの少なくとも一部に十分な炭化ケイ素デバイスを提供するデバイスサイズが選択される（ブロック５０）。このようなデバイスサイズは、例えば、個々に分離された所与のサイズのデバイスを炭化ケイ素ウェハの上記部分に何個配設することができるか、また、何パーセントの歩留りをこのようなデバイスに持たせることができるかを判定することによって決定できる。選択されたデバイスサイズは、次に、炭化ケイ素ウェハの上記部分の十分な数のデバイスに、所望の動作特性（例えば電流処理能力）を備えるために並列に相互接続できる所望の数のデバイスを提供するように十分な品質を期待することができるかどうか判定される。
【００３１】
選択されたサイズのデバイスが、炭化ケイ素ウェハ上のデバイスの試験を可能にするため設けられるコンタクトと共に製造される（ブロック５２）。露出したコンタクトを利用してデバイスが試験され（ブロック５４）、電気試験に合格したデバイスが相互接続用として選択される（ブロック５６）。炭化ケイ素ウェハの上記部分のすべてのデバイスの露出したコンタクトの上に（on）絶縁層が形成される（ブロック５８）。次に、選択されたデバイスに対応する絶縁層を貫通するビアが開けられ（ブロック６０）、ビア中および絶縁層の上に（on）相互接続金属が形成され、そしてパターニングされて、選択されたデバイスに接続する（ブロック６２）。別法としては、絶縁層を選択的に成長させることによって非選択デバイスを分離することもできる。ダイオードには、デバイスの一方の面に共通のコンタクトを持たせ、かつ、デバイスのもう一方の面に個々のデバイスに対する個別コンタクトを持たせることができる。
【００３２】
上述した工程の一実施例として、１つまたは複数のダイのデバイスを提供するために、上述したデバイスを所定のパターンで炭化ケイ素ウェハに配置することができる。所定のパターンを利用することにより、自動電気試験装置を利用してデバイスを試験することができる。良好なセルのマップを電気的にステッパに伝送することができる。電気試験が終了すると、ＳｉＯ2およびＳｉ3Ｎ4などの厚い保護層でウェハが被覆される。この保護層は、良好なセルの破壊電圧を阻止するだけの十分な厚さでなければならない。次に、単一セルのための「ビア層」マスクを含んだステッパマスクを使用して、電気試験によって既に識別済みの良好なセルの上に（on）ビアが開けられる。良好なデバイスのマップを利用して逐次ビアを開けることにより、同じビア層マスクを使用して良好なすべてのデバイスのビアを開けることができる。次に、オーバレイ金属を蒸着させることによって良好なデバイスが接続される。このオーバレイ金属によって良好なセルが並列に接続され、一方では、分厚い保護層によって不良セルが分離される。本発明による手法は高度に拡張可能であることに留意されたい。例えば、ウェハ全体を単一部品として使用することができ、あるいはサイズが異なるウェハ部分をダイとして使用し、相互接続された複数のデバイスを対応するチップに設けるためにダイシングしてもよい。複合デバイスの電流定格は、通常、ダイシングされるチップのサイズによって決定される。
【００３３】
別法としては、炭化ケイ素ウェハ上のダイにデバイスを設ける代わりに、ウェハ全体あるいはウェハの一部にデバイスを分配し、ダイオード間のスペースあるいは未使用ダイオードを介したソーイング（sawing）によってチップを分割することもできる。図６は、このような「一面のダイオード（sea of diodes）」を示したものである。図６に示すように、炭化ケイ素ウェハ全体に複数のダイオード７０が分配されている。斜線が施されたダイオードは良好なダイオードであり、斜線が施されていないダイオードは不良ダイオードである。サイズが異なるオーバレイパッドを使用して良好なダイオードを相互接続することができる。したがって、例えば特定の電流能力を有するデバイスが望ましい場合、線７２で示す輪郭のオーバレイパッドを利用することができる。もっと大きい電流能力が望ましい場合、線７４で示す輪郭のオーバレイパッドを利用することができる。また、さらに大きい電流能力が望ましい場合、線７６で示す輪郭のオーバレイパッドを利用することができる。オーバレイパッドのサイズは、電気試験によって得られる良好なダイオードのマップに基づいて決定することができる。また、複数のダイオードを単一ウェハから提供するために、該単一ウェハに複数のオーバレイパッドを設けることも可能である。したがって、例えば１００Ａのダイオードが望ましい場合、サイズが異なる複数のオーバレイパッドを単一ウェハ中に使用し、すべての最終デバイスが相俟って１００Ａの基準を満足するよう、それらの個々のオーバレイパッドによって接続された十分な数の良好なダイオードを設けることができる。
【００３４】
図７〜図１１は、本発明による、複数の炭化ケイ素スイッチがそれらの個々の電気特性に基づいて選択的に並列接続された実施形態を示したものである。図７に示すように、炭化ケイ素ウェハ上のダイ５００は、複数の炭化ケイ素スイッチ５２０を有している。この炭化ケイ素スイッチ５２０は、ドレインコンタクトとして共通「裏面（back side）」コンタクトを有し、かつ、ソースコンタクト５４０およびゲートコンタクト５６０の２つの「上面（top side）」コンタクトを有する垂直デバイスとして示されている。炭化ケイ素スイッチ５２０は、炭化ケイ素ダイオードを参照して上述したように、所定の電気特性を備えたデバイスを識別するために電気試験される。上述したダイオードの場合と同様、炭化ケイ素スイッチ５２０は、デバイスを互いに分離するように、それぞれエッジ終端されていることが好ましい。適切なエッジ終端技法については、炭化ケイ素ダイオードを参照して上述した通りであり、また、上で引用した、参照によりそのすべてを本明細書に示したものとしてその開示が本明細書に組み込まれている炭化ケイ素デバイスの特許文献１２の中に引用されている。
【００３５】
電気試験に合格したデバイスが識別され、そして、このような良好なデバイスの「マップ」が生成されて良好なデバイスの選択的相互接続が可能になる。図８は、電気試験に合格した、「良」のラベルが振られたデバイス６００、および電気試験に不合格の、「不良」のラベルが振られたデバイス６２０を示したものである。良好なデバイス６００および不良デバイス６２０を識別するための電気試験が終了すると、すべてのデバイス上に（on）、上述したような分厚い絶縁層が形成される。図９は、良好なデバイス６００の選択的相互接続を示したものである。ソースコンタクト５４０のための第１のビア７４０およびゲートコンタクト５６０のための第２のビア７６０が、絶縁層を貫通して選択的に形成されている。このようなビア７４０および７６０は、良好なデバイス６００のダイ５００の領域に反復して適用される、単一デバイスのためのビアマスクを備えたステッパマスクによって選択的に形成することができる。下側のデバイスコンタクトに接触させるための金属層が絶縁層の上およびビア中に形成され、ゲート相互接続層７２０およびソース相互接続層７００を設けるためにパターニングされる。図９に示すインターディジット式構造を利用して、良好なデバイスのゲートコンタクトおよび良好なデバイスのソースコンタクトを選択的に相互接続し、かつ、不良デバイスの分離を維持してもよい。
【００３６】
図１０は、ゲート相互接続層７００およびソース相互接続層７２０のためのゲートパッドおよびソースパッドの形成を示したものである。相互接続層７００および７２０の上に（on）別の絶縁層が設けられ、相互接続層７００および７２０に対応する絶縁層中にビア８４０および８６０が開けられている。下側のゲート相互接続層７２０およびソース相互接続層７００に接触させるための金属層が絶縁層の上およびビア中に形成され、そして、パターニングされてソースパッド８００およびゲートパッド８２０が配設される。
【００３７】
図１１は、本発明の実施形態による例示的デバイスの断面を示したものである。図１１に示すように、複数の炭化ケイ素デバイス９０、９２および９４が選択的に並列接続されている。炭化ケイ素デバイス９０、９２および９４は、ｐ型領域１００を備えた炭化ケイ素基板１０２を含んでいる。ｐ型領域１００にはｎ+領域９８が設けられ、ｎ+領域９８にｐ+領域９６が設けられている。領域９６、９８および１００の各々は炭化ケイ素であり、従来の炭化ケイ素製造技法を利用して形成することができる。ｐ+領域９６およびｎ+領域９８の上にソースコンタクト１０６が設けられている。ｐ型領域１００およびｎ+領域９８の上にゲート酸化膜１０８が設けられ、ゲート酸化膜１０８の上にゲートコンタクト１１０が設けられている。基板１０２には、共通ドレインコンタクト１０４が設けられている。図１１にさらに示すように、デバイス９０、９２および９４は、デバイスを互いに分離するようにメサエッジ終端されている。上述したようなデバイスの製造については、参照によりそのすべてを本明細書に示したものとしてその開示が本明細書に組み込まれている、２００１年７月２１日出願の「SILICON CARBIDE METAL-OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTORS HAVING A SHORTING CHANNEL AND METHODS OF FABRICATING SILICON CARBIDE METAL-OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTORS HAVING A SHORTING CHANNEL」という名称の特許文献１４に記載されている。
【００３８】
図１１にさらに示すように、デバイス上に（on）第１の絶縁層１１２が設けられ、また、デバイス９０、９２および９４のゲートコンタクト１１０を露出させるために、第１の絶縁層１１２にビア１１６が開けられている。第１の絶縁層１１２は、図１１ではダッシュ線で示されている。また、ビアが開けられてデバイス９０、９２および９４のソースコンタクト１０６が露出され、そして、ソースコンタクト１１８が設けられる。デバイス９０、９２および９４の電気試験後、第１の絶縁層およびソースコンタクト１１８の上に（on）第２の絶縁層１２０が形成される。第２の絶縁層１２０を貫通するビア１２４が設けられて１つまたは複数の電気試験に合格したデバイス９０および９４のソースコンタクト１１８の少なくとも一部を露出させ、かつ、第２の絶縁層１２０および第１の絶縁層１１２を貫通するビア１２２が設けられてデバイス９０および９４のゲートコンタクト１１０の少なくとも一部を露出させる。ビア１２２および１２４は、上述したように、ステッパマスクまたは他のこのようなフォトリソグラフィ技法を利用して設けることができる。電極配線がビア１２２および１２４に充填され、そして、パターニングされてゲート相互接続層１２６およびソース相互接続層１２８が配設される。したがって、１つまたは複数の電気試験に合格したデバイス９０および９４が選択的に相互接続され、１つまたは複数の電気試験に不合格のデバイス９２は、他のデバイスから分離されている。
【００３９】
本発明による図１１に示す実施形態では、ソースコンタクトおよびゲートコンタクトには同じくコンタクトパッドが設けられている。図１１にはこのようなコンタクトパッドが１つしか示されていないが、図に示す平面内および平面外に展開した第３の次元に第２のコンタクトパッドを設けることができる。したがって、図１１に示すように、ゲート相互接続層１２６、ソース相互接続層１２８および第２の絶縁層１２０の上に第３の絶縁層１３６が設けられる。第３の絶縁層１３６にビア１３０が開けられて、ゲート相互接続層１２６の少なくとも一部を露出させ、かつ、第３の絶縁層１３６にビア１３２が開けられて、ソース相互接続層１２８の少なくとも一部を露出させる。電極配線はビア１３０およびビア１３２を介して設けられ、共通に接続されたデバイス９０および９４にそれぞれゲートコンタクトパッド１３４およびソースコンタクトパッド（図示せず）を提供している。
【００４０】
本発明による実施形態の一例として、セルサイズが２ｍｍ×２ｍｍの場合、図１によれば、２０ｃｍ-2の総合欠陥密度に対する歩留りは最大５０％である。１００Ａ／ｃｍ2における個々のセルの定格は、６００〜２０００Ｖ、４Ａである。隣接するセル間の間隙を０．４ｍｍと仮定すると、有効面積が８０％の５０ｍｍウェハに約３２４個のセルを設けることができる。１６個のセルからなるチップの各々に設けることができる良好なセルは約８個である。したがって個々のチップに期待することができる能力は、６００〜２０００Ｖ、３２Ａである。このようなチップを単一ウェハから得ることが期待できる数は２０個である。逆に、能力が６００〜２０００Ｖ、３２Ａの対応する単一デバイスを製造する場合、その歩留りは最大２．５％であり、ウェハ当たりのデバイスは約１個である。
【００４１】
以上、本発明について、図３〜図１１に示す特定の構造を参照して説明したが、当業者には本開示に照らして理解されるように、本発明の教示からなおかつ利益を受けつつ、様々な改変をこのような構造に加えることができる。例えば、デバイスの一方の面に複数の端子が設けられる横方向（lateral）デバイスを提供することができる。同様に、本明細書において説明したデバイス以外に、上で参照した特許文献に記載されているデバイスと同じデバイスあるいは他のこのような炭化ケイ素デバイスなどのデバイスを提供することも可能である。したがって、本発明は、上述した特定の構造あるいはデバイスに何ら限定されることはない。
【００４２】
また、本発明について、ステッパマスクフォトリソグラフィプロセスを使用して説明したが、当業者には本開示に照らして理解されるように、他のフォトリソグラフィ技法あるいはパターニング技法を利用して、電気試験に合格したデバイスのみを選択的に相互接続することも可能である。例えば、リフトオフ技法あるいは他のこのような技法を利用して、１つまたは複数の電気試験に合格したデバイスに対してのみビアを設けることが可能である。
【００４３】
図面および明細書には、本発明による好ましい典型的な実施形態が開示されており、また、特定の用語が使用されているが、それらは単に説明の意味合いで包括的に使用されたものに過ぎず、特許請求の範囲の各請求項に示されている本発明の範囲を制限することを目的としたものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】炭化ケイ素デバイスの歩留りを示すグラフ示す図である。
【図２】デバイスを炭化ケイ素ウェハの縮小欠陥領域に置くために利用される欠陥マップを示す図である。
【図３】本発明の実施形態による炭化ケイ素ダイオードの平面図である。
【図４】図３の４−４’線に沿った、本発明の実施形態による例示的炭化ケイ素ダイオードの横断面図である。
【図５】本発明の実施形態による工程を示すフローチャートである。
【図６】本発明の代替実施形態による炭化ケイ素ダイオードの平面図である。
【図７】本発明の実施形態による炭化ケイ素デバイスの試験に適した複数の炭化ケイ素デバイスを有する炭化ケイ素ダイの平面図である。
【図８】複数の炭化ケイ素デバイスのうちの電気試験に合格したデバイスを示す、本発明の実施形態による炭化ケイ素ダイの平面図である。
【図９】電気試験に合格した炭化ケイ素デバイスの選択的相互接続を示す、本発明の実施形態による炭化ケイ素ダイの平面図である。
【図１０】本発明の実施形態による複数の炭化ケイ素デバイスが選択的に相互接続された炭化ケイ素デバイスの平面図である。
【図１１】本発明の実施形態による炭化ケイ素デバイスの横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2005509290.tif 000014
2005509290.tif 000015
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