(57)【要約】基板（１５２０）、少なくとも１つの活動層（１５６５）および表面層（１５１０）ならびに前記表面層（１５１０）上に形成された電気接点（１５１５）を有する半導体ウェハ（１５００）のウェハ寄生電流を制御する方法を開示する。電流の制御は、関連する層とともに電子デバイスを画定する電気接点の周りにトレンチ（１５２５）を形成することによって実現し得る。トレンチ（１５２５）中に絶縁注入物（１５３０）を入れ、かつ／または電子接点（１５１５）間に犠牲層（１５４０）を形成し得る。トレンチにより、活動（たとえば導電）領域（１５６０）内の電流の流れを促進し、非活動（たとえば非導電）領域（１５５０）を通る電流の流れを妨げることによって、電流が制御される。半導体デバイスのＷＬＢＩ（ウェハレベルバーンイン）用の方法およびシステムも開示する。ＷＬＢＩ用の方法およびシステムを用いるとき、ウェハレベルでの電流の制御は重要である。
2005500686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１４２０）と、少なくとも１つの活動コンポーネント層（１４６５）と、表面層（１４１０）を有する半導体ウェハ（１４００）に担持されたデバイスの寄生電流を制御する方法であって、
少なくとも１つのトレンチ（１４２５）を活動領域（１４６０）の周りに形成し境界を画定する工程を含み、前記少なくとも１つのトレンチ（１４２５）が、前記表面層（１４１０）から前記少なくとも１つの活動コンポーネント層（１４６５）を貫通して前記基板（１４２０）に向かって延び、前記少なくとも１つのトレンチが、電流の流れが妨げられる非活動領域（１４５０）をさらに画定する、方法。
【請求項２】
少なくとも１つのトレンチ（１４２５）を形成する前記工程が、前記表面（１４１０）および少なくとも１つの活動コンポーネント層（１４６５）中に前記少なくとも１つのトレンチ（１４２５）をエッチングする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つのトレンチ（１４２５）を形成する前記工程が、前記表面（１４１０）および少なくとも１つの活動コンポーネント層（１４６５）中に前記少なくとも１つのトレンチを機械加工する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのトレンチ（１４２５）を形成する前記工程が、前記表面（１４１０）および活動コンポーネント層（１４６５）中に前記少なくとも１つのトレンチ（１４２５）を彫り込む方法を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
活動領域（１４６０）の周りに形成された前記少なくとも１つのトレンチ（１４２５）中に絶縁材料（１５３０）を被着させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記絶縁材料（１５３０）が、窒化物、酸化物、ポリイミド、フォトレジストおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
基板（１５２０）と、少なくとも１つの活動コンポーネント層（１５６５）と、少なくとも１つの表面層（１５１０）と、前記表面層（１５１０）上に形成され、少なくとも１つの活動領域（１５６０）を画定する少なくとも１つの接点（１５１５）とを有する半導体ウェハ（１５００）に担持されたデバイスの寄生電流を制御する方法であって、
それぞれ１つの能動デバイスに関連する前記少なくとも１つの接点（１５１５）の周りに少なくとも１つのトレンチ（１５２５）を形成する工程であって、前記少なくとも１つのトレンチ（１５２５）が、前記少なくとも１つの表面層（１５１０）から前記少なくとも１つの活動層（１５６５）を貫通して前記基板（１５２０）近くまで延びる工程と、
前記少なくとも１つの接点（１５１５）の周りに形成された前記少なくとも１つのトレンチ（１５２５）中に絶縁材料（１５３０）を被着させる工程であって、前記少なくとも１つのトレンチ（１５２５）が、前記少なくとも１つの表面層（１５１０）から前記少なくとも１つの活動コンポーネント層（１５６５）を貫通して前記基板（１５２０）まで延びる工程と、からなる方法。
【請求項８】
前記絶縁材料（１５３０）が、窒化物、酸化物、ポリイミド、フォトレジストおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つのトレンチ（１５２５）を形成する前記工程が、前記表面および前記少なくとも１つの活動コンポーネント層中に前記少なくとも１つのトレンチ（１５２５）をエッチングする方法を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記絶縁材料（１５３０）が、窒化物、酸化物、ポリイミド、フォトレジストおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つのトレンチ（１５２５）を形成する前記工程が、前記少なくとも１つの表面層および少なくとも１つの活動コンポーネント層中に前記少なくとも１つのトレンチを機械加工する工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記絶縁材料（１５３０）が、窒化物、酸化物、ポリイミド、フォトレジストおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つのトレンチ（１５２５）を形成する前記工程が、前記少なくとも１つの表面層（１５１０）および少なくとも１つの活動コンポーネント層（１５６５）中に前記少なくとも１つのトレンチ（１５２５）を彫り込む工程を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記絶縁材料（１５３０）が、窒化物、酸化物、ポリイミド、フォトレジストおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのトレンチ（１５３５）を形成する前記工程が、前記少なくとも１つの表面層（１５１０）および前記少なくとも１つの活動コンポーネント層（１５６５）中に前記少なくとも１つのトレンチ（１５３５）をエッチングする工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つのトレンチ（１５２５）を形成する前記工程が、前記少なくとも１つの表面層（１５１０）および少なくとも１つの活動コンポーネント層（１５６５）中に前記少なくとも１つのトレンチ（１５２５）を機械加工する工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つのトレンチ（１５２５）を形成する前記工程が、前記少なくとも１つの表面層（１５１０）および少なくとも１つの活動コンポーネント層（１５６５）中に前記少なくとも１つのトレンチ（１５２５）を彫り込む工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
２つ以上の電子デバイスを担持し、寄生電流制御が最適化された半導体ウェハであって、
基板（１５２０）と、
前記基板（１５２０）の上に形成された少なくとも１つの活動層（１５６５）と、
前記少なくとも１つの活動層（１５６５）の上に形成された表面層（１５１０）と、
前記表面層（１５１０）上に形成され、１つの電子デバイスに関連する少なくとも１つの接点（１５１５）と、
それぞれ１つの電子デバイスに関連する前記少なくとも１つの接点（１５１５）の周りに形成された少なくとも１つのトレンチ（１５２５）とを備え、前記少なくとも１つのトレンチ（１５２５）が、前記表面層（１５１０）から前記少なくとも１つの活動層（１５６５）を貫通して前記基板（１５２０）まで延びる、半導体ウェハ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのトレンチ（１５２５）上に絶縁材料（１５３０）を被着させる工程をさらに含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記絶縁材料（１５３０）が、窒化物、酸化物、ポリイミド、フォトレジストおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハベースのデバイスに関する。本発明は、より詳細には、単一半導体ウェハ上に担持された半導体デバイスの電流の制御を提供することに関する。本発明は、電流制御設計を用いたＶＣＳＥＬ（垂直キャビティ表面発光レーザ）などの半導体のウェハレベルバーンインにも関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、２００１年８月１３日に出願した「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＷＡＦＥＲ  ＬＥＶＥＬ  ＢＵＲＮ−ＩＮ  ＯＦ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ」という名称の米国仮特許出願第６０／３１１，９１６号の優先権を主張するものである。
【０００３】
今日、ほとんどの電子コンポーネント中に固体半導体デバイスが用いられている。たとえば、半導体レーザは、光電子通信システムおよび高速印刷システムなどの応用例において重要なデバイスである。一般に、単一ウェハ上で６０，０００個以上の半導体レーザコンポーネントが製作される。
【０００４】
ＶＣＳＥＬ（垂直キャビティ表面発光レーザ）に対する関心がますます高まっている。一般に、ＶＣＳＥＬは、基板材料上に数層の反射性材料を成長させることによって作製する。ＶＣＳＥＬは、半導体製造技術によって基板上に形成した第１ミラースタックと、第１ミラースタック上面上に形成した活動領域と、活動領域上面上に形成した第２ミラースタックとを含む。第２ミラースタック上面上に第１接点、基板裏面上に第２接点を設けることによって活動領域を貫通して強制的に電流を流し、それによってＶＣＳＥＬを駆動する。ＶＣＳＥＬは、典型的なＧａＡｓ基板中またはその周りに導入したガリウム、ヒ素、窒素、アルミニウム、アンチモン、リンおよび／またはインジウムを組み合わせて成長させ製作することができる。
【０００５】
歴史的に、半導体の製造は、極めて複雑でコストのかかる多段階の工程を含むものであった。一般に、コンポーネントバーンインは、新たに製作した半導体コンポーネントの熱的かつ／または電気的な試験工程を指す。バーンインにより、ロットまたはバッチに混入する不良コンポーネントを個々に識別し得る。現在、コンポーネントは、「パッケージレベル」でバーンインを行う。すなわち、通常、ウェハから取り出した後、個々にパッケージしたデバイスを試験にかける。各コンポーネントは、パッケージユニットとしてバーンインを行うために、あるいは（パッケージする前に）ベアダイとして試験するためにソケットに置かれて試験される。ダイまたはパッケージレベルのバーンインはいずれも労働集約的なので、製造業者にとってコストが高くなり得る。一つ一つのコンポーネントを試験しなければならず、そのため人間が全体的に介在することが必要である。
【０００６】
現在、半導体業界では、ＷＬＢＩ（ウェハレベルバーンイン）方法およびシステムが模索されているが、提案されているシステムおよび方法では、一般に、複数の電気プローブにより、ウェハ上の複数の電気接点に接触を行う必要がある。このようなシステムは複雑であり、プローブと接点の位置合わせに関して特別な注意が必要となり得る。たとえば、Ｎａｋａｔａらに発行された「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｔｅｓｔｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ」という名称の米国特許第６，３３９，３２９号は、ＷＬＢＩに関してこの業界が取りつつある技術的な方向を象徴するものである。Ｎａｋａｔａらの特許は、ウェハ上の複数の半導体集積回路素子にそれぞれ関連する複数の試験電極に複数のプローブ端子を接触させ、複数の正の温度係数素子を介して共通の電圧供給ラインから各試験電極に電圧を印加することによる、複数の半導体集積回路素子の同時試験を教示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体製造業界では、現在デバイスのバーンインを行うのに必要なコストおよび関連する労力を低減する方法およびシステムが求められている。さらに、半導体業界では、ＶＣＳＥＬ、ダイオード、ＬＥＤその他の半導体デバイスなど、裏表に接点を有する半導体コンポーネントの製造および試験で使用し得るＷＬＢＩ方法およびシステムが求められている。
【０００８】
本発明者たちは、コンポーネントのＷＬＢＩを実現する方法およびシステムを検討することによって、現在のバーンイン手順を改善することが有益であると認識していた。一方、本発明者たちは、問題となり得るのは、ＷＬＢＩ工程中に単一ウェハに担持されるデバイス間の電流および／または光の制御が欠如していることであり、その結果、バーンインが不正確になり、かつ／またはデバイスが損傷を受けることを見いだした。そのため、本発明者たちは、ウェハレベルバーンイン工程中に、ウェハに担持された電子デバイス間で電流の流れを制御するシステムおよび方法を発明した。それにしたがって、現在のＷＬＢＩ工程に見られる欠点に対処する新規なシステムおよび方法として本発明を説明し提示する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下に示す本発明のまとめは、本発明に特有の革新的特徴の一部を理解しやすくするためのものであり、完全な説明を行うためのものではない。本発明の様々な態様の完全な理解は、明細書全体、特許請求の範囲、図面および要約を全体的に理解することによって得られる。本発明の追加の目的および利点は、本明細書を読んだ当業者には明らかであろう。
【００１０】
ＷＬＢＩ（ウェハレベルバーンイン）方法およびシステムにより、パッケージレベルバーンインの必要が少なくなり、全体的なコンポーネント生産コストを低減することができる。ここで説明するＷＬＢＩシステムは、ウェハに担持された複数の半導体デバイス用に裏表に電気接点を有するウェハの両面に電気的なバイアスを印加する２つの別個の電極を有する。また、冷却システムにより、バーンインにかけられているウェハに均一な温度を与えることができる。さらに、ウェハに担持されたデバイス全体にわたって、一般に電流および／または光の流れの制御が必要であり、それらは、通常、じかにコンポーネントレベルでしか実現できない。
【００１１】
ＷＬＢＩ用の接点により、電子デバイス用ウェハのデバイス接点および基板表面の全区域にバイアスが印加される。時折、ウェハ上の隣接するデバイス間で電流および／または光の漏れが生じることがある。本発明では、同じウェハ上に担持された電子デバイスが、各デバイスの適切な活動領域にバイアス電流が振り向けられるところで短絡することを回避し得る方法を説明する。いくつかの設計を実施することによって、意図した領域の外側を流れる寄生電流を制御することができる。
【００１２】
本発明の目的は、半導体ウェハ上に担持された半導体デバイス間のフォトンの流れを制御する手段を提供することである。半導体デバイスのＷＬＢＩを行う方法およびシステムを実施する際に、このような制御を行うと有用である。
【００１３】
従来技術の制限に対処することによれば、寄生電流制御手段を用いて電子コンポーネントのウェハレベルバーンインすなわちＷＬＢＩを行う方法およびシステムが提示される。
本発明の別の特徴は、半導体デバイスを含むウェハを製作し、それらをＷＬＢＩにかけ、ＷＬＢＩから個々のデバイスを取り出し、動作するデバイスを使用可能にする（たとえば、出荷するか、あるいは最終用途に供する）、半導体デバイスのＷＬＢＩを実現する方法を説明していることである。
【００１４】
本発明の別の特徴は、ＷＬＢＩ手順中に、ウェハに担持されたデバイスに電力および温度をむらなく与えることを含むＷＬＢＩ方法を説明していることである。
本発明の別の特徴は、ＷＬＢＩ手順中に、ウェハに担持されたデバイスに温度をむらなく与えることを含むＷＬＢＩ方法を説明していることである。
【００１５】
本発明の態様によれば、電子デバイス用ウェハ表面上の拡散パターンにより、正負の極性をもつ領域を生成することができる。
本発明の態様によれば、電子デバイス用ウェハ表面上のメタライゼーションパターンにより、電流の流れを方向づけることができる。
【００１６】
本発明の態様によれば、電子デバイス用ウェハ表面上の注入パターン（たとえば、犠牲層）により、非導電領域を生成することができる。
本発明の態様によれば、エッチング、機械加工その他の手段で、活動層で表すデバイス間のウェハ表面に彫り込まれたトレンチにより、光の流れを制御することができる。
【００１７】
本発明の態様によれば、注入物を充填したトレンチにより、前記デバイスに関連する活動領域外の電気的または光学的な流れを最小限に抑えることができる。
本発明の態様によれば、ウェハ上に垂直かつ／または水平に形成した酸化パターンにより、光の流れを制御することができる（これは、垂直トレンチから水平に酸化して形成することを含み得るが、それに限定されるものではない）。
【００１８】
本発明の態様によれば、電子デバイス用ウェハ表面に光学的な障壁をパターン形成して、意図する領域外の横方向領域において、フォトンの横方向の伝播および光学的に生成される電流の流れを妨げることができる。この光学的な障壁にはトレンチが含まれるが、それに限定されるものではない。
【００１９】
本発明の態様によれば、電子デバイス用ウェハ表面上に誘電体パターンを形成することができる。
本発明の態様によれば、誘電体材料は、窒化物、酸化物、ポリアミドおよびフォトレジストも含み得るが、これらに限定されるものではない。
【００２０】
本明細書に援用しかつ本明細書の一部を形成する添付の図に本発明をさらに示す。図では、別々の図を通じて同じ参照数字は、同じまたは機能的に類似した要素を指す。これらの図を本発明の詳細な説明と併せ読めば、本発明の原理を説明する助けとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の新規な特徴は、本発明の以下の詳細な説明を検討すれば当業者には明らかであり、また、本発明を実施することによって確認できよう。ただし、本発明の詳細な説明および提示した特定の例は、本発明のある実施形態を示しているが、単なる例として示すものであることを理解されたい。というのは、本発明の範囲内で様々な変更および改変が、本発明の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から当業者には明らかであるからである。
【００２２】
本明細書で説明するＷＬＢＩ（ウェハレベルバーンイン）システムでは、コンポーネントまたはデバイスレベルのバーンイン手順の代わりに、はるかに低いコストでバーンイン結果が得られる新しい方法およびシステムを用いる。本発明のこの開示では、一般に、一度に１つのダイ／コンポーネントを取り扱う必要がある当技術分野で周知の現行の工程を用いるのではなく、各コンポーネントがウェハの一部として一体になっているが、多数のウェハベースのコンポーネントのバーンインを同時に行う方法を教示する。一般に、従来の方法はより労働集約的である。さらに、ＷＬＢＩにより、ポストウェハバーンイン工程から生じるスクラップデバイスの数を大きく減らすことができる。
【００２３】
図１〜９に、ウェハレベルバーンインシステムを使用してＷＬＢＩを実施する方式を示す。残りの図１０〜１７に、ここで説明する本発明による新規なウェハレベルＷＬＢＩ方法およびシステムを用いながら行うウェハレベルでの電流制御を示す。
【００２４】
図１を参照すると、従来技術の半導体デバイスの例が、ウェハ１００上のデバイス位置からの拡大図として示されている。一般に、この拡大図に示すデバイスは、ＶＣＳＥＬやＬＥＤなどの能動デバイスを例として示している。ＶＣＳＥＬなどのデバイスの活動領域１２０で光が生成かつ増幅され、デバイス表面上の窓または開口を通って出射（１１５）する。一般にデバイスおよびウェハの底面上に位置し、通常デバイスにマイナスの電位を印加するのに用いる共通接点１０５のところでデバイスに電位が与えられる。一般に、共通接点１０５は、ウェハ１００の基板１０７に連結させることができる。一般にプラス（＋）の電位をデバイスに印加するのに用いる第２接点１１０は、通常デバイスの最上層１０９として配置される。拡大図に示すデバイスは、デバイス製造時にウェハ１００から切断される。本発明以前では、パッケージングの前後いずれかで個々のウェハのバーンインを行うのが標準の慣行であった。本発明によって、いまやすべてのデバイスをウェハ１００から分離せずに（熱的かつ電気的）バーンイン試験にかけることが可能である。
【００２５】
図２を参照すると、本発明の重要な実施形態で使用する主要コンポーネントが示されている。ＷＬＢＩ（ウェハレベルバーンイン）システム２００に、上部接点プレート２１０と下部接点プレート２１５の間にウェハ１００を配設するところを示す。このシステムでは、２枚の電気接点プレート、すなわち接点プレート２１０および２１５しか含む必要がないことを理解されたい。ただし、本発明によれば、他の電気接点も使用し得る。さらに、半導体ウェハを垂直に受けるようにシステムを考案し得るはずであることを理解されたい。この場合には、上部接点プレート２１０を第１接点プレート、下部接点プレート２１５を第２接点プレートと称し得る。ここでの説明を詳細に行うために、ＷＬＢＩシステムは重力を利用し、したがって、水平で動作すると仮定する。それにしたがって、次に、上部接点プレート２１０および下部接点プレート２１５を用いて、ウェハ１００に正負の電位を与える。前に図１に示したように、下部接点プレート２１５によって、（ウェハ基板であり得る）共通接点１０５により電気的な接触が行われる。上部接点プレート２１０により、ウェハ１００上に形成された各デバイスに対して、それぞれの表面接点１１０を介して直接電気的な接触を行うことができる。
【００２６】
ウェハの生成／処理中に、ウェハ１００の上面（またはデバイス面）上の凹凸が大きくなるか、あるいは、上部接点プレート２１０の表面上にも凹凸が形成され得ることを理解されたい。これらの凹凸により、電位がウェハ上のすべてのデバイスに印加されないことがある。すべてのデバイスに上部接点プレート２１０から電位が与えられるようにするために、任意選択で、共通接点１１０を介して上部接点プレート２１０とウェハ１００の間に導電性かつ可撓性の層２２０を挿入し得る。可撓性層２２０により、ウェハ１００のデバイス面上への機械的な圧力を小さくすることもできる。任意選択で、共通接点１０５を介して下部接点プレート２１５とウェハ１００の間にも可撓性層２２０を挿入して、ウェハ１００上への過剰な機械的圧力を防止し得る。制御器２３０によって上部接点プレート２１０を制御することができる。この制御器により、デバイス接点１１０の表面、あるいは可撓性導電材料２２０を使用するときにはその表面に対して、上部接点プレート２１０の表面を最適な向きにすることができる。この制御器により、上部接点プレート２１０のＸ−Ｙ−Ｚ方向制御を行うことができる。
【００２７】
バーンイン工程中、上部接点プレート２１０を通して、ウェハ１００の表面上に形成されたすべてのデバイス接点１１０に直接、熱エネルギー２４０を与えることができる。任意選択の可撓性層２２０を用いる場合には、熱エネルギーはそれをも通してウェハ１００に達するのに十分な大きさでなければならない。工程中、ウェハのところでバーンイン温度を一定に維持するために、熱交換器２２５を使用し得る。熱交換器２２５により、下部接点プレート２１５を介してウェハ１００に冷却作用を及ぼすことができる。熱交換器２２５は、ウェハ１００の温度を一定に調整するために、ヒートシンク材料、液体冷却、空冷または当技術分野で周知の他の熱伝達方法を含み得る。
【００２８】
図３を参照すると、図２で説明したシステムのコンポーネントの動作中に観察し得る配置が示されている。バーンイン試験中に、このシステムの上部接点部分３１０は、ウェハ１００の上面（たとえば、個々のデバイス接点１１０）または可撓性層２２０に接触するように置かれる。上部接点部分３１０がウェハ１００の表面に最適に配置されるように、可撓性層２２０によってそのような配置が容易であるときでも、上部調節機構３３０により、上部接点プレート２１０をウェハ表面に対して相対的に移動させる、あるいは「ならす」ことができる。可撓性層２２０は、ウェハ１００上のデバイス接点との電気的な接触を容易にするばかりでなく、上部接点部分３１０から、ウェハまたはウェハ上の個々のデバイスを損傷し得る機械的圧力が加えられないようにする助けにもなろう。可撓性層２２０の可撓的な性質により、ウェハまたはウェハ上の個々のデバイスの破損などの損傷を低減または防止し得る。上部接点部分３１０を通して熱エネルギー３４０を印加しながら、下部接点部分３２０によって温度調整３５０を実現し得る。
【００２９】
図４を参照すると、可撓性層２２０およびウェハ１００が示されている。バーンイン手順にかけるウェハ１００を、ウェハ表面４１０が図２の上部接点プレート２１０に向かって上向きになる状態で、図２に示した下部接点プレート２１５の上面上に載せる。次いで、ウェハ表面４１０の上面上に可撓性層２２０を載せる。好ましくは、可撓性層２２０がウェハ１００の外周よりもわずかに大きいほぼ「ディスク」形状になるように切断または形成する。図４に、可撓性層２２０とウェハ底面４２０を合わせたものを示す。図では、ウェハ１００の直径よりも可撓性層２２０の直径を大きく示す。
【００３０】
可撓性層２２０は、使用される際に、導電性、熱伝導性を有し、かつ機械的に圧縮可能である中間接点材料として動作すべきである。可撓性層２２０は、バーンイン回路に十分な電気抵抗を付加して、ウェハ１００全体にわたりダイごとの電流の変動を最小限に抑えるべきである。可撓性層２２０は、半導体ウェハに熱が出入りして移動するように熱伝導性も有するものでなければならない。可撓性層２２０は、不均一なウェハと電極表面全体が均一に接触し、かつ半導体ウェハ表面（上面および／または下面）への損傷を防止するために機械的に圧縮可能でなければならない。使用し得るいくつかの材料には、ｚ軸エラストマ、導電エラストマ、導電ゴム、金属フィルム、金属含浸ポリマーフィルム、グラファイトディスクおよび犠牲パターン化金属が含まれるが、これらに限定されるものではない。たとえば、米国オレゴン州Ｔｒｏｕｔｄａｌｅ所在のＴｏｙｏ  Ｔａｎｓｏ  ＵＳＡ（製造者兼販売業者）がＰＥＲＭＡ  ＦＯＩＬと称するグラファイト箔ディスクを、高純度のグラファイトシートから切断することができる。ＰＥＲＭＡ  ＦＯＩＬの特性を以下に示す。
【００３１】
温度範囲：−２００℃〜＋３，３００℃
圧縮率（表面に直交する方向）：４５％
熱伝導率（表面に平行な方向）：１２０Ｋｃａｌ／ｍ．Ｈｒ℃
熱伝導率（表面に直交する方向）：４Ｋｃａｌ／ｍ．Ｈｒ℃
固有電気抵抗（表面に平行な方向）：９００μΩ−ｃｍ
固有電気抵抗（表面に直交する方向）：２５０，０００μΩ−ｃｍ
熱膨張係数（表面に平行な方向）：５×１０-6／℃
熱膨張係数（表面に直交する方向）：２×１０-4／℃
図５を参照すると、本発明によるウェハレベルバーンインに有用なシステム５００が示されている。図には、ウェハ１００および任意選択の可撓性層２２０がバーンイン位置に示されている。図３に示した上部接点部分３１０の制御は、たとえば手動の制御器５１０によって実現し得る。たとえば、機械的な調節機構を時計回りまたは半時計回りに回転することによって、上部接点部分３１０をそれぞれ上または下に移動させることができる。システム５００の上部アセンブリ５４０および下部アセンブリ５５０における電位は、アセンブリ５４０と５５０の間に配置し得る電気絶縁体５３０によって得られる。もちろん、電気的な絶縁はシステム５００の他の位置でも実現し得ることが当業者には理解されよう。図５に示すように、下部アセンブリ５５０は熱交換器５２０を含み得る。
【００３２】
図６を参照すると、本発明によるＷＬＢＩシステム６００が、ウェハレベルバーンイン工程中に電力、熱出力、測定および制御機能を提供する協働コンポーネントとともに示されている。電力は、電力発電機６１０によって上部および下部接点アセンブリ６１５、６２０に供給し得る。熱出力は、図６に示すように、上部接点プレート６１５の真上に接触するように配置し得る熱カップリング６４０によって上部接点アセンブリに供給し得る。温度は、熱電対６５０によって監視し得る。熱電対６５０は、熱カップリング６４０および熱交換器６６０が協働することによって、熱出力発生器６３０および熱交換器６６０と協働してウェハ上の温度を一定に維持することができる。電力は、電力発電機６１０または当技術分野で周知の他の電気機器によって維持し得る。図６に示すように、熱交換器６６０により、液体、空気、ヒートシンク材料または温度制御手段およびその等価物の任意の組合せによって温度制御を行うことができる。
【００３３】
図７を参照すると、ＷＬＢＩシステム７００が上部接点プレート７０５を上下する機構７１０を含む本発明の別の実施形態が示されている。機構７１０は、液圧、エアシリンダ、空気圧その他の手段で制御し得る。図７には、発電機からの電気配線を固定し得る電気接点７２０および７３０も示す。電気絶縁体７４０の別の任意選択位置を、システム７００のベース７６０近くの熱交換器７５０の下に示す。
【００３４】
図８に、本発明によるＷＬＢＩシステム８００に役立つ機械コンポーネント８１０、電気コンポーネント８２０、制御コンポーネント８３０および測定コンポーネント８４０を示す。システム８００は、ＶＣＳＥＬウェハのバーンインで成功裏に試験が行われたものである。
【００３５】
次に、本発明によるＷＬＢＩを実施する方法を説明する。異なる半導体ウェハでは、工程、時間、電気量／熱量その他のパラメータは変動する可能性があることを理解されたい。以下の例でＶＣＳＥＬを用いることや、正確な方法、工程、時間および電気量／熱量は、本発明の方法およびシステムを限定するものと解釈すべきではない。
【００３６】
図９を参照すると、本発明による、あるロットのウェハを受け取ってウェハレベルバーンインにかける工程を示す流れ図が示されている。バーンインにかける前に、工程９０５で、ウェハ、グラファイトディスクおよび接点プレートを清浄化すべきである。工程９１０で、ＶＣＳＥＬウェハおよびグラファイトディスク（可撓性層２２０）を下部接点プレート上にロードする前に、一般にウェハの上面外側縁部上に刻印されているウェハ番号を確認し、それを記録すべきである。ウェハの底面が下部接点プレートに面しかつ接触するように下部接点プレート上に載せる。次いで、可撓性層２２０を用いる場合には、それをウェハ上面（デバイス側）上に載せる。その後、工程９１５で、（ウェハに損傷を与えないように）接触力を小さくして各接点プレートを注意深く閉じる。次いで、工程９２０で、接点プレートに電気的に接続される電源バイアス電流を選択したバーンイン設定に設定し、このバイアス電流を動作レベルまで増加させる。その後、工程９２５で、冷却ファンなどの熱交換器およびヒータなどの熱源をオンにして適切なバーンイン設定にする。
【００３７】
バーンイン工程が開始されると、工程９３０で、バーンインログ／書式にバーンイン開始情報および設定の記録を記録し得る。バーンイン工程中、各ウェハごとに、工程９３５でウェハバーンイン電流および温度を監視する。この工程は、デバイスや応用例に応じて数時間または数日かかることがある。
【００３８】
バーンイン工程期間が完了した後で、工程９４０で、ウェハに供給するバイアス電流を下げ、最終的にオフにする。工程９４０でヒータもオフにする。工程９４５で、情報ログにバーンイン停止時刻その他の観察情報の記録を記録し得る。通常、工程９５０で、ウェハを３０℃未満に冷却する。冷却期間後、工程９５５で熱交換器（電源から電力を供給されるファンを含み得る冷却機器）をオフにする（安全上ならびに静電放電の理由から、他の装置もオフにすべきである）。次いで、工程９６０で接点プレートを開く。その後、工程９６５でウェハおよび可撓性ディスク材料を取り外す。次いで、工程９７０でウェハを清浄化してグラファイト（その他の可撓性層２２０）の粒子を取り除き、工程９７５でウェハをその工程ロットに戻す。次いで、そのロットから別のＶＣＳＥＬウェハをシステム中にロードするか、あるいはそのロットが完了している場合には、そのロットを次の工程（たとえば、試験の検証やデバイスの組立て）に進めることができる。
【００３９】
次に、以下の説明では、ＶＣＳＥＬウェハバーンインの検討に的を絞るが、この原理は他の半導体ウェハにも適用することができる。一般に、ＶＣＳＥＬウェハ製品の例は、７．６ｃｍ（３インチ）径（そのうち７．４ｃｍ（２．９インチ）径が平らな部分）、通常は厚さ０．２０ｍｍ（０．００８インチ）〜０．３６ｍｍ（０．０１４インチ）の円形ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）半導体ウェハである。このウェハには、上面上にメタライゼーションパターンが加工され、底面上に全面メタライゼーションが施されている。ウェハレベルバーンイン工程は動力バーンインであり、直流２０ｍＡが標準だが、ある種の製品では直流５〜２０ｍＡが供給される電流制限型であり、ウェハ上の各デバイスには約２ボルトが供給され、１２５℃±５℃に制御されるのが標準だが、ある種の製品では８５〜１５０℃に設定され、標準では空気の周囲環境で２０時間行う。各ウェハは、（デバイスのタイプに応じて）２４，０００〜５８，０００個のデバイスを有し、総バーンイン電源電流要件は１２０〜１，２００アンペアであり、０〜５ボルトの範囲が可能な電源電圧が必要である。
【００４０】
典型的なＶＣＳＥＬウェハの電力消費量は、１枚のウェハ当たりのデバイス数および１つのデバイス当たりのバイアス電流に応じて、２００ワット〜２，０００ワットの範囲である。本発明のバーンインシステムには金属電極が設けられる。これらの電極は、制御された圧力で（０．７０ｋｇ／ｃｍ2（１０ｐｓｉ）〜７．０ｋｇ／ｃｍ2（１００ｐｓｉ）重の範囲で調整可能であり、±０．３５ｋｇ／ｃｍ2（５ｐｓｉ）に制御可能）ウェハの両面にクランプされ、ロード／アンロード時に開く。ＶＣＳＥＬウェハ表面の形状にほぼ一致し、一般に厚さ約０．３８ｍｍ（０．０１５インチ）であることがわかっているグラファイト箔（すなわち、可撓性層２２０）をＶＣＳＥＬウェハのパターン化した上面上に挿入して、電気的かつ熱的な伝導性をもつ緩衝層を提供する。バーンイン中、グラファイト箔およびウェハの組合せによってかなりの熱が生じることになり、バーンインシステムにより温度管理を行ってウェハ底面温度を目標値に維持しなければならない。この熱負荷に対処するには、空気および／または液体による冷却が有効である。
【００４１】
本発明者たちは、１，２００ワットまでウェハ温度を１２５℃に維持し、ウェハ温度１４０℃では１，４００ワットまで制御する空冷ウェハレベルバーンインシステムを開発した。最大電力消費での目標性能は、１，６００ワットの電力消費でウェハ温度を１２５℃に維持することである。このＷＬＢＩシステムは、エアシリンダによるクランプを利用して最大３１８ｋｇ（７００ポンド）の力をウェハ上に加える。ウェハ基板温度が熱電対から制御ボックスに送られ、それによって、冷却ファンのオン／オフが行われて下部接点プレートの中央で目標温度±５℃を維持する。下部銅プレート全体の温度プロフィールでは、縁部で中央の読取り値から約１０℃落ちる。熱の経路はほぼ下向きであり、下部銅接点プレートを通り、冷却フィンを備えた大型の銅製ヒートシンクに至り、冷却フィンを通して強制的に空気を通過させる。１７ｃｍ3／分（６００ｃｆｍ）の能力をもつプロペラ式ファンを使用する。補助ヒータを上部接点プレートに連結して、低電流ウェハ製品については熱を注入する。
【００４２】
ＶＣＳＥＬウェハバーンインを実現するのに用いるシステムは、７．６ｃｍ（３インチ）径ウェハに対して目標値０．７０ｋｇ／ｃｍ2（１０ｐｓｉ）〜７．０ｋｇ／ｃｍ2（１００ｐｓｉ）で調整可能なウェハ接触圧力を均一に印加すべきである。これは、７．６ｃｍ（３インチ）径ウェハに対して合計で３２ｋｇ（７０ポンド）〜３１８ｋｇ（７００ポンド）のクランプ力に相当する。この圧力は、±０．３５ｋｇ／ｃｍ2（５ｐｓｉ）に制御すべきである。２０時間のバーンイン中、１２０〜１，２００アンペアで調整可能な直流電流を０〜５ボルトの範囲でウェハおよびウェハ上に形成したデバイスに印加する。電圧の制御は±１％以内とすべきである。
【００４３】
２０時間のバーンイン中、たとえば７．６ｃｍ（３インチ）径ウェハに対して、最大２，０００ワットの熱を放散して、目標値８５〜１５０℃の範囲に±５℃の温度公差でウェハ温度を制御すべきである。接触圧力、バイアス電流／電圧およびウェハ温度の加熱／冷却は、バーンイン開始／完了時に、制御され調整可能な方式で増減すべきである。バーンイン中および立ち上げ／立ち下げ時のウェハ接点プレート全体にわたる接触圧力、バイアス電流、バイアス電圧およびウェハ（下部接点プレート）温度を監視し、データのログ記録を行うべきである。
【００４４】
ＷＬＢＩシステムの機械部品に選択する材料のタイプは、アルミニウムおよび銅であるが、他の材料のタイプも含み得る。支持用機械加工部品はアルミニウムが好ましく、すべての大電流経路用の材料は、金／ニッケルメッキ接点を備えた銅が好ましく、それによって、ガリウムヒ素ＶＣＳＥＬウェハ中への銅マイグレーションを遮断し、かつ銅の酸化および寄生抵抗／熱の生成を妨げる。
【００４５】
好ましくは、上部／下部接点プレート（２１０と２１５）は、約７６ミクロン（０．００３インチ）まで自己平坦化されるべきである。グラファイトディスク（可撓性層２２０）は約７６ミクロン（０．００３インチ）に圧縮することができ、それによって、いくらかのウェハ／プレート平行度の変動が補償される。このシステムは、ＶＣＳＥＬの２０時間バーンイン中、連続して動作し得るべきである。このシステムの想定し得る使用率は、４時間のロード／アンロード時間で１週６日間以上動作することである。
【００４６】
好ましくは、接触圧力、バイアス電流および温度を制御し、制御した時間にわたり、ウェハを破損することなく、ＶＣＳＥＬウェハのバーンインを行うべきである。立ち上げおよび立ち下げ工程は制御可能とすべきである。好ましくは、接点プレート区域は平坦、滑らか、かつ清浄にして、ウェハの破損が生じ得る不規則な表面をなくすべきである。センサ装置を備えたＰＣベースのログ記録システムを用いて、監視を自動化し、周期的に読取り値を提供することができる。ＰＣベースのシステムにより、接触圧力、バイアス電流、接点プレートバイアス電圧、下部接点プレート温度、上部接点プレート温度およびログデータを立ち上げおよび立ち下げ時には毎分監視し、次いで、２０時間のバーンイン期間中には５分おきに監視し得る。各システム／ウェハのバーンインロットごとのデータログを、ネットワークサーバのところまでアップロードし得るデータファイルに入力することができる。
【００４７】
監視については、電源を較正し、バイアス電流に関する信号を供給することができる。電圧計により、接点プレートバイアス電圧を測定し得る。熱電対を上部／下部接点プレート中に挿入して温度を測定し得る。
【００４８】
温度過昇警報によりバイアス電源を停止するトリガをかけ、それによって、熱発生源を取り除くべきである。システム用空気圧の低下が生じた場合、ウェハ接触力が失われるので、システム警報のトリガをかけるべきである。ＵＰＳ（無停電電源装置）を使用して補助の１１０ＶＡＣ制御電子回路をサポートし、それによって、１１０ＶＡＣ電力が低下した場合にシステムを保護すべきである。３相電力の低下が生じた場合、ウェハおよびシステムを救済するための対応措置をとり得るようにシステム警報のトリガをかけるべきである。
【００４９】
ＰＣによる制御／自動化データログ記録システムで使用するソフトウエアにより、いくつかのＷＬＢＩシステムを同時に制御し監視し得る。ネットワークサーバのところまでアップロードすることができ、マイクロソフト（登録商標）互換ソフトウエア（たとえば、エクセルなど）で閲覧できるデータログファイルが出力されると好ましい。イーサネットなどのネットワークインターフェースにより、必要なネットワーク接続および機器の遠隔制御を行うことができる。
【００５０】
好ましくは、各ＷＬＢＩシステムは、電源に３相２０８Ｖ交流２０Ａを使用すべきであり、制御ボックスの電子回路には単相１１０ＶＡＣ２０Ａを使用すべきである。
半導体ウェハは、ＥＳＤ（静電放電）を考慮に入れて取り扱わなければならないことは周知のことである。半導体ウェハおよびデバイスを取り扱う際には常に、適度に清浄で静電気のない機器、手順および材料を用いるべきである。このシステムは、ウェハ取扱い中の操作者に対して、ＥＳＤ（静電放電）用の保護接続部を提供すべきである。ウェハ接点プレートは電源端子に電気的に接続し、それによってＥＳＤを防止する。
【００５１】
このバーンイン工程では、ある決まった時間にわたり高温かつ直流電流下でウェハベースのデバイスを動作させることによって、ＶＣＳＥＬの性能が「安定化」することがすでに試験的に示されている。コンポーネントバーンインは、温度１２５℃、電流２０ｍＡ、継続時間２０時間で成功裏に試験が行われている。ウェハベースの試験用コンポーネントは、バーンインにかけたウェハから個々のコンポーネントを取り出して組み立てた後で「安定化」したことが確認され、各デバイスごとに、１４時間の「動作」バーンイン中に光出力の変化が追跡された。
【００５２】
試験中、１枚のウェハ当たり５０，０００個のダイを有する「ダイシュリンク」ウェハとともにこのＷＬＢＩシステムを動作させた。これにより、１つのダイ当たり２０ｍＡで１枚のウェハ当たり１，０００アンペアが引き出され、１．６Ｖの順電圧降下で合計１，６００ワットの電力が消費された。このウェハのＶＦ×ＩＦによる電力消費量が、ウェハを１２５℃までもっていく熱発生器となっていた。したがって、このシステムでは、１２５℃を維持するために制御された方式でこの熱を取り除かなければならなかった。本発明は、全容量１，０００アンペアで、最大２，１００ワットの放散能力で動作することが示された。デルタＰＯ（光出力）が適切に安定化することを確認するために全ウェハに対してＷＬＢＩ試験を行って、いくつかの興味深い効果が判明した。プロトン型ＶＣＳＥＬと酸化物型ＶＣＳＥＬでは挙動が異なり、それによって、電流がウェハ中を流れる方式の理解が増した。ＷＬＢＩは、コンポーネントバーンイン工程で得られた安定化にほぼ近いことが実証された。本発明の教示から、ＷＬＢＩは、８７０アンペアアレイのＶＣＳＥＬ製品に対して実現可能であり、ウェハの裏表その他の表面に電気接点を有する他の半導体製品（たとえば、ＬＥＤ）に用いるように適合させることができる。
【００５３】
いくつかの熱交換器設計を利用して、本発明によってバーンインを行うウェハの温度管理を実現することができる。次に、これらの様々な温度管理に関する任意選択肢を論じる。
【００５４】
本発明者たちは、たとえば図２で説明した２プレート手法で示すようにウェハの表面全体に接触を行うとき、ウェハレベルバーンインにおいて電流の流れを制御するには、ある種のデバイス設計上の考慮が必要であることを見いだした。このような考慮は、たとえばワイヤボンドされた上部接点を備えた個々のダイ用の従来型コンポーネントバーンインでは不必要なものである。
【００５５】
図３、５および６に示すように、本明細書で説明したＷＬＢＩ接触システムおよび方法では、電子デバイス用ウェハ１００の表面の全表面積、すなわち、裏面接点および表側のデバイス面接点／ウェハのデバイス面上に配置した接触面にバイアスを印加する。本発明の条件下で、ウェハレベルバーンイン中に、電子デバイス用ウェハ１００が、ウェハ１００上に配置されたそれぞれのデバイスの適切な活動領域１２０にバイアス電流を流す助けになり得れば有用であろう。
【００５６】
本発明では、以下のいずれかの方式またはそれらの変形あるいは組合せによって、意図した領域の外側を流れる寄生電流を制御し得る方式を説明する。
・電子デバイス用ウェハ表面上に形成され、正負の極性をもつ領域を生成する拡散パターン
・電子デバイス用ウェハ表面上に形成されたメタライゼーションパターン
・電子デバイス用ウェハ表面上に形成され、非導電領域を生成する注入パターン
・電子デバイス用ウェハ表面上に形成され、バーンイン工程の後で除去し得る、非導電領域を生成するフォトレジストなどの犠牲層
・電子デバイス用ウェハ表面上に形成された誘電体パターン。誘電体材料には、窒化物、酸化物、ポリイミドおよびフォトレジストが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００５７】
・エッチング、機械加工その他の手段で表面に彫り込まれた、電流の流れを制御するトレンチ
・活動領域外の電気的または光学的な流れを最小限に抑える注入物を充填したトレンチ
・垂直かつ／または水平に形成された、電流の流れを制御する酸化パターン。これには、たとえば、参照により本明細書に援用する「Ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｈａｎｇｅｄ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ」という名称の米国特許第５，９０３，５８８号に記載の、垂直トレンチから水平に酸化することが含まれるが、これに限定されるものではない。
【００５８】
・光学的な障壁。これには、意図した領域外の横方向領域においてフォトンの横方向の伝播および光学的に生成される電流を妨げるように電子デバイスのウェハ表面にパターン化したトレンチが含まれるが、これに限定されるものではない。
【００５９】
単一ウェハ上に担持された半導体デバイスの寄生電流制御の目的は、（一般に、１つのデバイス当たり５〜２０ｍＡの）バイアス電流を活動接合領域中に強制的に流し、それによって、コンポーネントバーンインの状況を再現することである。本明細書では、「寄生電流制御」という用語は、活動接合領域外で生じる電流の流れに対処することと解釈すべきである。本発明者たちは、垂直トレンチと表面誘電体パターンの組合せにより、光学的に生成される横方向の電流の流れが遮断されることを確認した。以下の説明では、集積回路、ＬＥＤ、ＶＣＳＥＬその他のデバイスを含めて、ウェハレベルバーンイン手順にかけられる様々な半導体デバイスにおいて寄生電流の流れを制御し得る方法および機器を説明する。
【００６０】
図１０を参照すると、電子デバイス用ウェハ１０００の上面１０１０上の拡散パターン１０４０を用いて、正負の極性をもつ領域を生成し得る。図１０に示すように、たとえば、半導体ウェハ１０００に担持されたＶＣＳＥＬデバイスは、基板１０２０、活動コンポーネント層１６６５および上部表面層１０１０を有する。所望の極性をもつ表面上に拡散パターン１０４０を生成することによって、接点１００５および１０１５を介して望まれない領域１０５０を貫通する電流を流すのに必要な電位を、所望の領域１０６０を貫通する電流を流すのに必要な電位よりも大きくすることができる。実際には、拡散パターン１０４０により、望まれない領域１０５０中に逆バイアスダイオードが追加され、それによって大きな電圧降下が加わる。電流は、（通常、このデバイスの活動層を含む）低電位の非拡散領域１０６０を通って流れ、より高電位の拡散区域１０５０（破線で活動領域１０６０から分離して示す、ウェハ１０００上の複数のデバイスを分離する区域）中では流れないことになる。
【００６１】
一般に、拡散パターンを生成するこの方法は半導体業界では周知のものであるが、本明細書で説明したように、ウェハレベルバーンインで電流の流れを制御するように適用するのはいままでにないものである。この拡散パターン１０４０は、ウェハ１０００の選択区域の上の層として恒久的に追加するか、あるいは浅い拡散層、たとえば、半導体分野で周知の方法によって後でエッチング除去し得る導電性がより低い（望まれない）領域１０５０として選択区域中のウェハ表面に追加し得る。
【００６２】
図１１を参照すると、メタライゼーションパターン１１４０も、電子デバイス用ウェハ表面１１１０上の選択区域（たとえば、望まれない、または非導電領域１１５０）に形成し得る。上記拡散層の場合と同様に、ウェハ上面１１１０上に、より導電性の低いメタライゼーションパターン１１４０を追加することによって、望まれない領域１１５０（たとえば、より導電性の低い区域）を通して電流を流すのに必要な電位を、所望の（たとえば、導電性の）領域１１６０に対するものよりも高く設定し得る。望まれない領域１１５０に関連する高抵抗の非オーム接点１１４０を配置することによってこれらの層に生じる絶縁効果とは異なり、所望の領域１１６０に極めて導電性の高い金属パターン（たとえば、接点１１１５）を追加して、主に、図１１の破線間に示す（たとえば、活動領域とも称し得る）所望の領域１１６０に関連する区域中に、上部層１１１０、活動層１０６５および基板１１２０を貫通するより低抵抗のオーム接点を作製し得るはずである。１つの可能な応用例は、ｎ型およびｐ型いずれの接点もウェハ１１００の上面上になければならないときであるが、バーンイン中は、すべての電流がｐ型接点を通って流れることが望まれる。ｐ型接点がオーム性であり、ｎ型接点がショットキーの場合、一般に、所望のところを電流が流れることになる。急速熱アニールまたはイオン注入などの後続の処理により、ｎ型接点をオーム性にし得るはずである。あるいは、望まれない領域１１５０中の上部層１１１０上に高抵抗非オーム性金属パターンを追加し、それによって、より低抵抗の非金属パターン領域として関連する導電領域１２６０中を、このような領域がバーンイン導体とともにより低い電位降下接点を形成する場合には、電流が流れ得るはずである。
【００６３】
図１２を参照すると、電子デバイス用ウェハ１２００の表面１２１０に注入パターン１２４０を追加して、非導電領域１２５０を生成することができる。注入層１２４０は、犠牲層と同様に機能する。前に説明した拡散層の場合と同様に、注入により、非導電領域１２５０に関連する上面１２１０の区域上に、半絶縁性パターンまたは分離材料を設けることができる。したがって、接点１２０５と１２１５の間で、上部層１２１０、活動層１２６５、基板１２２０の一部およびより導電性の高い非注入領域１２６０に関連する他の層を貫通して、垂直方向の電流を容易に流せる。注入物１２４０は、恒久的なものとすることもできるし、あるいは、浅くし、後で犠牲層として除去することもできる。注入物１２４０を最適化すると、光導電性が主要な機序として利用されるときでも使用し得るであろう。
【００６４】
図１３を参照すると、分離領域１３５０に関連する区域中の電子デバイス用ウェハ１３００の上面１３１０上に誘電体パターン１３４０を形成し得る。誘電体材料は、窒化物、酸化物、ポリイミドおよびフォトレジストを含み得るが、これらに限定されるものではない。酸化シリコンは、熱成長させフォトリソグラフィでパターン化する周知の半導体固有の酸化物表面誘電体である。フォトリソグラフィによるパターン化および選択的なエッチングまたは除去が可能な半導体業界で利用される被着誘電体の例には、（ＶＣＳＥＬ工程で頻繁に用いられる）窒化シリコン、（ＣＶＤによる成長で一般に利用される）酸化シリコン、ポリイミド（スピンコートによる被着）およびフォトレジスト（やはりスピンコートによる被着）が含まれる。
【００６５】
再度、図１３を参照すると、上部層１３１０上の層として恒久的に誘電体パターン１３４０を追加するか、あるいは、ウェハレベルバーンイン工程中に、電流が、分離領域１３５０を貫通してはほとんど流れず、活動領域１３６０を貫通して流れるように制御し、かつ／または方向づけるのに利用する犠牲層として使用し、次いで、ウェハレベルバーンインの寄生電流の流れ制御工程が完了した後でパターン１３４０を除去する（犠牲にする）ことができる。さらに、集積回路の場合には、被着誘電体とパターン化した金属の組合せにより、上記で説明した２プレート式ウェハレベルバーンイン方法（たとえば、ＷＬＢＩ）を構築し得る。この方法では、ＶCCバイアスを上部接点１３１５（たとえば、ウェハのパターン化した面）に印加し、接地バイアスをウェハの底部接点１３０５（たとえば、金属化した表面全体）側に印加する。したがって、垂直方向の電流は、接点１３０５と１３１５の間で、上部層１３１０、活動層１３６５、基板１３２０の一部および／またはより導電性の高い活動領域１３６０に関連する任意の他の層を貫通してより流れ易くなる。
【００６６】
図１４を参照すると、トレンチ１４２０をエッチング、機械加工その他の手段で、ウェハ１４００の上面１４１０から選択層１４２０および領域１４５０中に彫り込んで、ウェハ１４００に担持された活動層１４６５（たとえば、ＶＣＳＥＬの活動領域）で表す半導体デバイス間で電流の流れを制御し得る。図１４には１つのトレンチ１４２０しか示していないが、本発明では複数のトレンチが企図されていることを理解されたい。表面１４１０中に、かつ場合によっては表面１４１０の下にある他の層（たとえば、活動層１４６５）中にも垂直トレンチ１４２０を切断、機械加工、エッチングすることによって、接点１４１５と１４０５の間を流れる電流を、トレンチ１４２０全体にわたって水平に流れないように物理的に遮断し、かつ活動領域１４６０を貫通して正しく集中させることができ、それによって、上部層１４１０、活動層１４６５、基板１４２０の一部およびより導電性の高い活動領域１２６０に関連する他の層を貫通して電流が流れる。
【００６７】
図１５を参照すると、ウェハ１５００上で垂直（１５３０）かつ／または水平（１５４０）に形成された酸化パターンにより、接点１５１５と１５０５の間で電流の流れを制御し得る。このような酸化パターンには、ウェハ１５００の表面１５１０上に水平に形成した酸化パターン１５４０または垂直トレンチ１５２０中の垂直に形成したパターン１５３０が含まれるが、これらに限定されるものではない。半導体平坦化技術で一般に用いられる表面の非導電酸化パターンにより、接点１５０５と１５１５の間で、ウェハに担持された半導体デバイスを表す活動領域１５６０（たとえば、上部層１５１０、活動層１５６５、基板１５２０などの関連する部分）に垂直方向の電流を強制的に流すことができる。垂直トレンチ１５２０内に形成した酸化層１５３０によって強制的に、あるいは他の手段で方向づけて、活動領域１５６０中に垂直方向の電流を流すこともでき、それによって分離領域１５５０ではほぼ流れないことになる。これらの酸化物は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体では一般に酸化アルミニウムであり、シリコン半導体では一般にＳｉＯ2である。
【００６８】
上記のいくつかの方法を組み合わせることによって、寄生電流の流れを最小限に抑えることができる。たとえば、水平酸化パターンを備えた垂直トレンチにより、通常はトレンチ加工した区域１５５０内の電流を、その代わりに、上記で説明したように、強制的に非酸化区域の活動領域１５６５区域内に流す。表面誘電体層を用いて、表面が接触するのを妨げ、かつトレンチ加工していない活動領域１５６０外の領域に電流が流れ込むのを遮断し得る。
【００６９】
図１６を参照すると、ウェハ１６００内に形成したトレンチ１６２０に、注入物１６３０を充填して、ウェハに担持された半導体デバイスを表す活動領域１６６０（たとえば、上部層１５１０、活動層１５６５、基板１５２０などの関連する部分）の外側の接点１６１５と１６０５の間で電気的な流れを最小限に抑えることもできる。垂直トレンチ領域１６５０に非導電材料１６３０を充填することによって、トレンチ加工した層の周りで、図４に関して説明したグラファイトフェルトパッド（すなわち、可撓性層２２０）などの表面接点材料の電気的な接触をさらに最小限に抑えることができる。
【００７０】
図１７を参照すると、非活動または非導電領域１７５０を画定するトレンチ１７２０を使用して、たとえば（ＶＣＳＥＬなどの）光デバイスに関連する活動領域１７６０の外側の光の流れを最小限に抑えることができる。さらに、垂直トレンチ１７２０に光吸収性材料１７３０を充填することを、半導体ウェハ１７００上に光デバイスまたは光アレイを製作するのに使用すると、上部接点１７１５、表面層１７１０、活動層１７６５および活動領域１７６０内のウェハ１７００の基板層１７２０と共通接点１７０５の上に形成した任意の他の層で表す能動光デバイス間で、水平なフォトンの流れをさらに妨げ、最小限に抑え、また減少させることができる。デバイス表面１７１０からその中にパターン化した垂直トレンチ１７２０により、（スネルの屈折の法則による）高／低誘電率界面における内部反射によって横方向のフォトンの伝播を減らすことができる。この界面では、空気その他の適当な充填物材料１７３０を含む垂直トレンチ１７２０により、低誘電率（空気、ｎ＝１．０）／高誘電率半導体（ＧａＡｓ、ｎ＝３．６）界面が得られる。これにより、トレンチ１７２０によって分離され画定された活動コンポーネント層１７６５および関連の活動領域１７６０の外側、すなわち、分離または半絶縁材料中でさえ、吸収により光学的に生成されるキャリアおよび／または電流の流れが生じるところで、横方向のフォトンの流れが妨げられるか、あるいは大きく減少する。トレンチの下の非導電区域１７５０を通るフォトンの流れからは、活動デバイスに対して、あるいはそれらの間で無視し得る程度の影響しか生じないであろう。
【００７１】
本明細書に記載した実施形態および例は、本発明およびその実際上の応用例を一番よく説明し、それによって、当業者が本発明を実施し利用し得るように示したものである。ただし、上記説明および例は単なる例として示されていることが当業者には理解されよう。当業者には本発明の他の変形形態および改変形態は明らかであり、添付の特許請求の範囲は、このような変形形態および改変形態を包含することを意図している。上記の説明は、本発明の範囲を網羅または限定するためのものではない。添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、上記教示に照らして多くの改変および変形が可能である。本発明を用いる際には、異なる特性を有するコンポーネントを含み得ることが企図されている。本発明の範囲は、あらゆる点で均等物を完全に認識した上で、本明細書に添付の特許請求の範囲によって定義するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】底部層および上部層上に電気接点を有する従来技術の半導体デバイスを示す拡大図ならびにこの拡大図に示すデバイスを複数個含む従来技術のウェハを示す図である。
【図２】システムが、電気的かつ熱的な接触をウェハに与え、自己調節型の上部接点アセンブリによって物理的な圧力の印加を制御し、熱交換器によって温度を調整し得るウェハレベルバーンイン（ＷＬＢＩ）システムを示す図である。
【図３】上部および下部接点アセンブリがウェハの電気接点と接触しているところを示すＷＬＢＩシステムを示す図である。図では、アセンブリ全体を貫通して熱が流れるように示されており、この熱は熱交換器によって設定温度近くに調整される。
【図４】ウェハに類似した形状に形成してウェハ上の半導体に共通の電気接点を提供するように使用し得る導電性の可撓性ウェハ接触材料を示す図である。この材料はウェハ表面（デバイス面）も覆う。（図では、ウェハ底面を前にして示す。）
【図５】プラス（＋）電位とマイナス（−）電位のそれぞれのアセンブリの間に電気絶縁／障壁手段を設けるようにウェハ接触アセンブリを支持し、かつ、熱交換器と、熱的かつ電気的な試験（すなわちウェハレベルバーンイン）にかけられているウェハとを支持するフレーム構造を示すＷＬＢＩシステムを示す図である。
【図６】電力源、熱出力源および熱電対／温度測定機器が、システムの上部および下部アセンブリならびに熱交換器による温度制御を実現する任意選択手段に接続されるＷＬＢＩシステムを示す図である。
【図７】液圧、エアシリンダ、空気圧その他の手段で制御し得る上部接点プレート上下機構を示すＷＬＢＩシステムを示す図である。
【図８】本発明によるＷＬＢＩシステムに使用する機械、電気および測定コンポーネントを示す図である。
【図９】本発明によるＷＬＢＩを実現する方法の各工程を示す流れ図である。
【図１０】正負の極性をもつ領域を生成するのに使用し得る電子デバイス用ウェハ表面上に形成された拡散パターンを示す図である。
【図１１】やはり電子デバイス用ウェハ表面上の選択区域に形成し得るメタライゼーションパターンを示す図である。
【図１２】非導電領域を生成するように電子デバイス用ウェハ表面に追加し得る注入パターンを示す図である。
【図１３】電子デバイス用ウェハ表面上に形成し得る誘電体パターンを示す図である。
【図１４】ウェハに担持された半導体デバイス間で電流の流れを制御するために、エッチング、機械加工その他の手段でウェハ表面から選択層および領域中に彫り込むことができるトレンチを示す図である。
【図１５】ウェハ上で垂直かつ／または水平に形成され、接点間で電流の流れを制御し得る酸化パターンを示す図である。
【図１６】活動領域の外側に配置された接点間で電気的な流れを最小限に抑えるために、ウェハ内に形成し、かつ注入物も充填することができるトレンチを示す図である。
【図１７】ＶＣＳＥＬデバイスの活動領域外の光の流れを最小限に抑えるのにも使用し得るトレンチを示す図である。
【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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