專利名稱：大面積碳化硅器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子器件及其制造方法，更具體的，涉及碳化硅器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
在許多年前就已經(jīng)知道碳化硅(SiC)具有在理論上允許制造相對(duì)于由硅(Si)或GaAs制成的器件可以在更高溫度、更高功率和更高頻率下工作的電子器件的出色的物理和電子特性。大約4×106V/cm的高擊穿電場(chǎng)、大約2.0×107cm/sec的高飽和電子漂移速度和大約4.9W/cm-°K的高熱傳導(dǎo)率表示SiC適合用于高頻率、高功率應(yīng)用。不幸的是，制造中的難點(diǎn)限制SiC在高頻率和高功率應(yīng)用中的使用。
已經(jīng)介紹了適用于不同高功率應(yīng)用的許多不同類型的碳化硅器件，包括二極管、MOSFET、MESFET、JFET等。參見(jiàn)例如美國(guó)專利No.5,061,972、5,264,713、5,270,554、5,506,421、5,539,271、5,686,737、5,719,409、5,831,288、5,969,378、6,011,279和6,121,633，其公開(kāi)作為參考引入，就好像在這里進(jìn)行了全面的說(shuō)明。這些器件利用碳化硅的特性來(lái)提供高功率處理能力。雖然這種碳化硅器件相對(duì)于尺寸可比的硅器件可以提供提高的功率處理能力，但是難以用碳化硅產(chǎn)生大規(guī)模器件。例如，在硅中可以在晶片上制成單個(gè)器件，從而器件與晶片的尺寸基本相同。但是，制造無(wú)缺陷的碳化硅晶片如果不是不可能的，也是很困難的。因此，消耗整個(gè)晶片的器件會(huì)在器件中引入限制其性能的缺陷。
例如，在許多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中需要典型的額定參數(shù)為600V、50-100A的大面積SiC功率開(kāi)關(guān)和/或二極管。但是，如上所述，在單個(gè)管芯中制成所要求額定參數(shù)的SiC開(kāi)關(guān)和/或二極管是不實(shí)際的。例如，在100A/cm2下，對(duì)于50A的器件需要7mm×7mm的有源區(qū)。器件的產(chǎn)量通常受微管(micropipe)的密度以及其它缺陷，例如，位錯(cuò)(dislocation)、屑(carrot)、硅夾雜物以及處理缺陷等，的限制。如

圖1所示，假設(shè)所有包含在內(nèi)的缺陷密度為20cm-2，2mm×2mm(4A)管芯的計(jì)劃產(chǎn)量為～50％。如圖1進(jìn)一步所示，對(duì)于具有相同整體缺陷密度的3.3mm×3.3mm(10A)管芯，產(chǎn)量下降到小于20％。50A管芯的產(chǎn)量為～1％。
獲得高產(chǎn)量大面積器件的一種常規(guī)技術(shù)是選擇性的在無(wú)缺陷的位置或無(wú)微管區(qū)(MFA)放置器件。在圖2中示出了這種識(shí)別出的位置。MFA方法一般需要為每個(gè)晶片設(shè)置單獨(dú)的掩模，并且在要求為每個(gè)晶片定制位置圖的方面來(lái)說(shuō)是極其單調(diào)乏味的。此外，MFA方法僅考慮把微管作為要避免的缺陷，但是，其它缺陷也可能引起器件失效。因此，使用MFA方法不能保證高產(chǎn)量。
即使隨著材料技術(shù)的飛速進(jìn)步，預(yù)計(jì)使用上述技術(shù)在單個(gè)管芯中實(shí)現(xiàn)50到100A器件的低成本地制造仍然要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
發(fā)明概述本發(fā)明的實(shí)施例提供碳化硅器件以及通過(guò)至少在以預(yù)定圖形制造的碳化硅晶片的一部分上組合多個(gè)相同類型的碳化硅器件并利用步進(jìn)器掩模(stepper mask)選擇性的互連通過(guò)電測(cè)試的那些器件制造碳化硅器件的方法。同一個(gè)步進(jìn)器掩?？捎糜谠摱鄠€(gè)碳化硅器件中的每一個(gè)。因此，在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于該多個(gè)碳化硅器件中的一個(gè)的步進(jìn)器掩模被選擇性地加到多個(gè)碳化硅二極管中識(shí)別為通過(guò)電測(cè)試的二極管上。對(duì)每個(gè)識(shí)別出的碳化硅器件施加步進(jìn)器掩模。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，碳化硅器件在碳化硅晶片的第一表面上具有第一接觸。通過(guò)在碳化硅器件上形成鈍化層覆蓋第一接觸，在鈍化層中對(duì)應(yīng)于多個(gè)碳化硅器件中被識(shí)別出的器件的第一接觸形成開(kāi)口，并且通過(guò)利用步進(jìn)器掩模打出穿過(guò)鈍化層的過(guò)孔選擇性形成的開(kāi)口電連接第一接觸，來(lái)選擇性的互連第一接觸。
在本發(fā)明另外的實(shí)施例中，選擇器件尺寸，以在碳化硅中提供預(yù)計(jì)的器件產(chǎn)量，以便在含有多個(gè)碳化硅器件的碳化硅晶片的區(qū)域中有足夠數(shù)量的器件通過(guò)電測(cè)試，從而提供具有選擇的工作容量的碳化硅器件。在該實(shí)施例中，形成多個(gè)同樣類型的碳化硅器件，以提供選擇的器件尺寸的碳化硅器件。
在本發(fā)明的又一些實(shí)施例中，碳化硅器件是垂直碳化硅二極管。在這種情況下，碳化硅二極管具有共同連接的第二接觸。此外，通過(guò)電測(cè)試碳化硅二極管的反偏阻擋電壓來(lái)確定碳化硅二極管的反偏阻擋電壓是否超過(guò)預(yù)定電壓值，來(lái)電測(cè)試碳化硅器件。
在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，在碳化硅晶片上的多個(gè)管芯中提供多個(gè)碳化硅器件。在這些實(shí)施例中，碳化硅晶片被切割以提供多個(gè)芯片。則芯片將具有多個(gè)選擇性互連的碳化硅器件。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，多個(gè)碳化硅器件分布在碳化硅晶片上。在該實(shí)施例中，利用重疊的焊盤，通過(guò)選擇性的互連足夠數(shù)量的碳化硅器件提供選擇性互連的器件，從而提供所需要的工作特性。根據(jù)所需要的工作特性以及產(chǎn)生具有所需工作特性的碳化硅器件需要的碳化硅器件的數(shù)量選擇重疊焊盤的尺寸。
在本發(fā)明的再一些實(shí)施例中，碳化硅器件在碳化硅晶片的第一表面上具有第二接觸。在這種情況下，也可以選擇性地互連識(shí)別出的碳化硅器件中的第二接觸。此外，在碳化硅器件為在碳化硅晶片的與第一表面相對(duì)的第二表面上具有第三接觸的垂直碳化硅器件的情況下，碳化硅器件的第三接觸也可以并聯(lián)連接?？梢酝ㄟ^(guò)共同連接每個(gè)碳化硅器件的第三接觸來(lái)提供第三接觸的這種互連。
在本發(fā)明另外的實(shí)施例中，通過(guò)在碳化硅器件上形成鈍化層覆蓋第一接觸，在鈍化層中對(duì)應(yīng)于多個(gè)碳化硅器件中被識(shí)別出的器件的第一接觸形成開(kāi)口，在鈍化層中對(duì)應(yīng)于多個(gè)碳化硅器件中被識(shí)別出的器件的第二接觸形成開(kāi)口，通過(guò)選擇性形成的開(kāi)口電連接第一接觸，并且通過(guò)選擇性形成的開(kāi)口電連接第二接觸，來(lái)提供時(shí)第一接觸的選擇互連和對(duì)第二接觸的選擇互連。在這種實(shí)施例中，通過(guò)將對(duì)應(yīng)于多個(gè)碳化硅器件中的一個(gè)的步進(jìn)器掩模施加到多個(gè)碳化硅器件中被識(shí)別出的器件，在鈍化層中對(duì)應(yīng)于多個(gè)碳化硅器件中被識(shí)別出的器件的第一接觸形成開(kāi)口并在鈍化層中對(duì)應(yīng)于多個(gè)碳化硅器件中被識(shí)別出的器件的第二接觸形成開(kāi)口。為每個(gè)識(shí)別出的碳化硅器件應(yīng)用步進(jìn)器掩模。
此外，通過(guò)用第一互連金屬化電連接第一接觸并用第二互連金屬化電連接第二接觸提供電連接第一接觸和電連接第二接觸。在該實(shí)施例中，在第一互連金屬化和第二互連金屬化上也可以形成絕緣層。利用步進(jìn)器掩模在對(duì)應(yīng)于第一互連金屬化的絕緣體中形成至少一個(gè)開(kāi)口，并且在絕緣層上形成第一接觸焊盤，其通過(guò)在對(duì)應(yīng)于第一互連金屬化的絕緣層中的該至少一個(gè)開(kāi)口接觸第一互連金屬化。在對(duì)應(yīng)于第二互連金屬化的絕緣體中形成至少一個(gè)開(kāi)口，并且在絕緣層上形成的第二接觸焊盤，其通過(guò)在對(duì)應(yīng)于第二互連金屬化的絕緣體中的該至少一個(gè)開(kāi)口接觸第二互連金屬化。
在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，碳化硅器件為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MESFET)、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和/或雙極結(jié)晶體管(BJT)。
附圖簡(jiǎn)介圖1是碳化硅器件的產(chǎn)量曲線；圖2是用于在碳化硅晶片的減少缺陷的區(qū)域中定位器件的缺陷圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳化硅二極管的頂視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性碳化硅二極管沿圖3的4-4’線的剖面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的操作的流程圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的碳化硅二極管的頂視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有多個(gè)適于測(cè)試碳化硅器件的多個(gè)碳化硅器件的碳化硅管芯的頂視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳化硅管芯的頂視圖，表示已經(jīng)通過(guò)電測(cè)試的多個(gè)碳化硅器件；圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳化硅管芯的頂視圖，說(shuō)明已經(jīng)通過(guò)電測(cè)試的碳化硅器件的選擇互連；圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有多個(gè)選擇互連的碳化硅器件的碳化硅器件的頂視圖；以及圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳化硅器件的剖面圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)介紹下文中參考附圖更全面地介紹本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以采用多種不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)理解為由這里所述的實(shí)施例來(lái)限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了徹底、完全、充分地向本領(lǐng)域的技術(shù)人員傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了表示清楚，夸大了層和區(qū)的厚度。相同的數(shù)字表示相同的元件。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)說(shuō)一個(gè)元件，例如，層、區(qū)或襯底，在或延伸在另一個(gè)元件“上”時(shí)，它可以直接或間接在或延伸在另一個(gè)元件上，或者兩者之間還存在插入元件。相反，當(dāng)說(shuō)一個(gè)元件“直接”在或延伸在另一個(gè)元件“上”時(shí)，則兩者之間沒(méi)有插入元件。此外，在這里介紹和示出的每個(gè)實(shí)施例還包括其互補(bǔ)導(dǎo)電類型的實(shí)施例。
現(xiàn)在參考附圖，圖3、4和6到10是根據(jù)本發(fā)明的碳化硅器件的各種實(shí)施例的局部頂視圖和剖面圖。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳化硅器件可以由具有3C、2H、4H、6H和15R的多型的碳化硅形成。在所示的實(shí)施例中，n+和n-區(qū)以及p+和p-區(qū)用“+”和“-”以本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易理解的方式分別表示同一種材料的不同摻雜濃度。P型碳化硅最好用鋁或硼摻雜，n型碳化硅最好用氮或磷摻雜。
本發(fā)明的實(shí)施例提供大量較小的碳化硅器件并聯(lián)連接的碳化硅器件?？梢蕴峁┎㈦姕y(cè)試多個(gè)碳化硅器件，從而“好的”單元可以定義為通過(guò)電測(cè)試的單元，例如，在正向(陽(yáng)極到陰極)阻擋(block)特定電壓。壞的單元不能通過(guò)電測(cè)試，例如，由于在材料中的缺陷、工藝問(wèn)題和/或其它缺陷引起的沒(méi)有阻擋特定電壓。好的單元可以通過(guò)本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的電測(cè)試的手段來(lái)選擇。
好的單元可以通過(guò)穿過(guò)絕緣層的選擇性的開(kāi)口過(guò)孔而選擇性地連接，以允許到好的單元的接觸的連接，同時(shí)保留在壞的單元處的絕緣層。具體地，使用步進(jìn)器掩模的光刻工藝可以用來(lái)通過(guò)只暴露好的單元，從而去掉好的單元的接觸區(qū)上的掩模，并且在壞的單元的接觸區(qū)上仍然覆蓋掩模，而只連接好的單元?；蛘呙總€(gè)單元可以在步進(jìn)器掩模應(yīng)用之前連接，并且通過(guò)使用步進(jìn)器掩模斷開(kāi)壞的單元。因此，這里所用的術(shù)語(yǔ)“選擇性地連接”是指最初斷開(kāi)隨后連接的器件以及最初連接隨后斷開(kāi)的器件。
在圖3和4中示出了多個(gè)二極管的選中單元的這種互連。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有多個(gè)適于制造具有多個(gè)選擇性互連的碳化硅器件例如二極管的兩端碳化硅器件的管芯12的晶片10的頂視圖。圖4是沿圖3中的4-4’線的管芯12的剖面圖。圖3和4示出了在晶片、晶片的一部分或者多個(gè)晶片上提供多個(gè)碳化硅二極管的本發(fā)明的實(shí)施例。如圖3所示，晶片10具有多個(gè)管芯12，每個(gè)管芯12包括多個(gè)碳化硅二極管14和16。每個(gè)碳化硅二極管14和16可以通過(guò)，例如，臺(tái)面邊緣端接、結(jié)型端接擴(kuò)展等邊緣端接。例如，碳化硅二極管14和16具有如在2000年11月28日申請(qǐng)的標(biāo)題為“EPITAXIAL EDGETERMINATION FOR SILICON CARBIDE SCHOTTKY DEVICES AND METHODSOF FABRICATING SILICON CARBIDE DEVICES INCORPORATING SAME”的共同受讓的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/723,710中所介紹的，其公開(kāi)在這里作為參考引入，就好像在這里進(jìn)行了全面的闡述。二極管14和16的邊緣端接可以在管芯12中的二極管之間提供隔離，從而使具有對(duì)其電特性有不利影響的缺陷的二極管與沒(méi)有這種缺陷的二極管隔離。
電測(cè)試碳化硅二極管14和16，以確定二極管是否通過(guò)，例如阻擋電壓測(cè)試或者評(píng)估二極管的電特性的其它電測(cè)試等測(cè)試。同樣，電測(cè)試也可以包括“老化(burn in)”或其它可靠性測(cè)試。在圖3中，通過(guò)電測(cè)試的二極管14用陰影表示，沒(méi)有通過(guò)測(cè)試的二極管16沒(méi)有陰影。然后，通過(guò)電測(cè)試的二極管14并聯(lián)互連，而沒(méi)有通過(guò)電測(cè)試的二極管16不被互連。
最好，多個(gè)二極管14和16排列在管芯12上，并且管芯12以預(yù)定的圖形排列在晶片10上。該圖形不需要考慮在碳化硅晶片10中的缺陷，并且從晶片到晶片可以采用相同的圖形。但是，該預(yù)定的圖形最好允許在形成互連結(jié)構(gòu)之前通過(guò)探針或者本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它在原位的電測(cè)試過(guò)程電測(cè)試在管芯中的二極管，選擇性互連通過(guò)電測(cè)試的二極管。
圖4是沿圖3中的4-4’線的管芯12的剖面圖，碳化硅二極管為肖特基二極管。雖然在圖4中所示的二極管為肖特基二極管，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的實(shí)施例中也可以利用其它類型的二極管，例如“pn”結(jié)二極管、結(jié)型勢(shì)壘肖特基(JBS)二極管等。因此，提供在圖4中所示的二極管的結(jié)構(gòu)只是為了說(shuō)明的目的，并且本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)僅限于這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成。例如，也可以采用上面提到的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/723,710的二極管，同時(shí)仍能夠從本發(fā)明的示教中得到好處。
如圖4所示，多個(gè)碳化硅二極管包括n+碳化硅襯底30、在襯底30上的碳化硅的n+外延層32以及在n+外延層32上的碳化硅的n-外延層34。在n-外延層34上提供肖特基接觸36。在與碳化硅層32相對(duì)的碳化硅襯底30上提供第二歐姆接觸40。如圖4所示，二極管是臺(tái)面邊緣端接的，從而臺(tái)面的側(cè)壁42基本擴(kuò)展到或進(jìn)入襯底30中?；蛘?，除了臺(tái)面邊緣端接以外，也可以采用護(hù)圈或其它類型的邊緣端接。
在二極管上提供絕緣層18，并且選擇性地提供穿過(guò)絕緣層18到通過(guò)電測(cè)試的二極管的接觸36的過(guò)孔44。通過(guò)選擇性蝕刻或選擇性地生長(zhǎng)提供過(guò)孔44。例如，為二極管14的接觸36提供過(guò)孔44，但不為二極管16的接觸36提供過(guò)孔。在過(guò)孔44中提供互連金屬20，例如，鈦、鉑、金、鋁、銅、銀或其組合，從而僅對(duì)選中的二極管進(jìn)行電連接。絕緣層可以為SiO2、Si3N4、氧化物-氮化物-氧化物、氮氧化物等。例如，在2001年6月11日申請(qǐng)的標(biāo)題為“HIGH VOLTAGE，HIGHTEMPERATURE CAPACITOR STRUCTURES AND METHODS OF FABRICATINGSAME”的共同受讓的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/878,442中公開(kāi)了合適的絕緣層，其公開(kāi)在這里作為參考引入，就好像在這里進(jìn)行了全面的闡述。
現(xiàn)在參考圖5介紹本發(fā)明的實(shí)施例，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的操作的流程圖。如圖5所示，選擇在晶片的至少一部分上提供足夠的碳化硅器件的器件尺寸，以提供所需的器件特性，例如，所需的電流處理能力(塊50)。例如，通過(guò)確定在碳化硅晶片的該部分上可以提供多少給定尺寸的彼此隔離的器件以及與這種器件相關(guān)的百分比產(chǎn)量的大小來(lái)確定該器件尺寸。然后確定在碳化硅晶片的該部分上是否有足夠數(shù)量的器件預(yù)計(jì)會(huì)有滿足要求的質(zhì)量，從而提供所需數(shù)量的并聯(lián)互連的器件，以提供所需的操作特性(例如，電流處理能力)。
用提供的接觸制造選定尺寸的器件，從而允許測(cè)試在晶片上的器件(塊52)。利用暴露出來(lái)的接觸測(cè)試器件(塊54)，并且選擇通過(guò)電測(cè)試的器件進(jìn)行互連(塊56)。在晶片的該部分上所有器件的暴露出來(lái)的接觸上形成絕緣層(塊58)。然后穿過(guò)對(duì)應(yīng)于選中的器件的絕緣層形成過(guò)孔(塊60)，并在過(guò)孔中以及絕緣層上形成互連金屬，然后構(gòu)圖以連接選中的器件(塊62)。或者，提供選擇性生長(zhǎng)的絕緣層，以隔離非選中的器件。二極管在器件的一側(cè)具有公共接觸，在器件的另一側(cè)具有用于每個(gè)器件的分離的接觸。
作為上述操作的例子，上述器件可以以預(yù)定的圖形放在碳化硅晶片上，以提供器件的一個(gè)或多個(gè)管芯。通過(guò)利用預(yù)定圖形，可以利用自動(dòng)電測(cè)試設(shè)備測(cè)試器件。好的單元的映像可以電傳送到步進(jìn)器。然后用厚的鈍化層，例如，SiO2和Si3N4，涂覆晶片。該鈍化層應(yīng)當(dāng)足夠厚，以阻擋好的單元的擊穿電壓。接著，使用含有用于單個(gè)單元的“過(guò)孔層”掩模的步進(jìn)器掩模在通過(guò)電測(cè)試識(shí)別的好的單元上形成過(guò)孔。相同的過(guò)孔層掩?？梢酝ㄟ^(guò)利用好的器件的映像依次形成過(guò)孔，用來(lái)為所有好的器件形成過(guò)孔。然后，通過(guò)淀積重疊金屬連接好的器件。該重疊金屬并聯(lián)連接好的單元，同時(shí)通過(guò)厚鈍化層隔離壞的單元。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的方法可大程度地按比例縮放。例如，整個(gè)晶片可用作單個(gè)部件，或者晶片的不同尺寸的部分可以用作管芯，該管芯可被切割以提供具有多個(gè)互連器件的相應(yīng)芯片。復(fù)合器件的額定電流通常由切割的芯片的尺寸確定。
或者，除了在碳化硅晶片上的管芯上提供器件以外，器件可以分布在晶片上或者晶片的一部分上，以及通過(guò)二極管之間的間隔或者通過(guò)未使用的二極管的切割分離的芯片上。在圖6中示出了這種“二極管海(sea of diodes)”。如圖6所示，多個(gè)二極管70分布在碳化硅晶片上。好的二極管用陰影表示，壞的二極管沒(méi)有用陰影表示?？梢允褂貌煌叽绲闹丿B焊盤互連好的二極管。因此，例如，如果需要特定電流容量的器件，可以采用由線72表示的重疊焊盤。如果需要更高的電流承受能力，可以采用由線74表示的重疊焊盤。最后，如果需要再高的電流承受能力，可以來(lái)用由線76表示的重疊焊盤。重疊焊盤的尺寸可以根據(jù)電測(cè)試得到的好的二極管的示意圖確定。此外，在單個(gè)晶片上可以提供多個(gè)重疊焊盤，從而由該晶片可以提供多個(gè)二極管。因此，例如，如果需要100A的二極管，在單個(gè)晶片中可以使用不同尺寸的多個(gè)重疊焊盤，以提供由每個(gè)重疊焊盤連接的足夠數(shù)量的好的二極管，從而所有的最終器件滿足100A的標(biāo)準(zhǔn)。
圖7到11示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中根據(jù)多個(gè)碳化硅開(kāi)關(guān)中各個(gè)開(kāi)關(guān)的電特性選擇性地并聯(lián)多個(gè)碳化硅開(kāi)關(guān)。如圖7所示，在碳化硅晶片上的管芯500具有多個(gè)碳化硅開(kāi)關(guān)520。以具有作為漏極接觸的公共“背側(cè)”接觸和兩個(gè)“頂側(cè)”接觸，源極接觸540和柵極接觸560的垂直器件示出了碳化硅開(kāi)關(guān)520。參考碳化硅二極管，如上所述測(cè)試碳化硅開(kāi)關(guān)520，以識(shí)別具有預(yù)定電特性的器件。如在二極管的上述介紹中所述，最好碳化硅開(kāi)關(guān)520分別是邊緣端接的，以使器件彼此隔離。上面結(jié)合碳化硅二極管已經(jīng)介紹了合適的邊緣端接技術(shù)，并且在上面所述的碳化硅器件的美國(guó)專利中進(jìn)行了介紹，其公開(kāi)作為參考引入，就好像在這里進(jìn)行了全面的說(shuō)明。
識(shí)別通過(guò)電測(cè)試的器件，并且產(chǎn)生這些好的器件的“映像”，以允許選擇性地互連好的器件。圖8示出了標(biāo)記為“好”的通過(guò)電測(cè)試的器件600和標(biāo)記為“壞”的未通過(guò)電測(cè)試的器件620。在識(shí)別好器件600和壞器件620的電測(cè)試之后，在所有器件上形成如上所述厚絕緣層。圖9示出了好器件600的選擇性的互連。穿過(guò)絕緣層選擇性地形成源極接觸540的第一過(guò)孔740和柵極接觸560的第二過(guò)孔760。通過(guò)步進(jìn)器掩模選擇性地形成這種過(guò)孔740和760，該步進(jìn)器掩模包括反復(fù)加到好的器件600的管芯500的區(qū)域的用于單個(gè)器件的過(guò)孔掩模。在絕緣層上和過(guò)孔中形成金屬層，以接觸在下面的器件接觸，并且構(gòu)圖金屬層，從而提供柵極互連層720和源極互連層700。可以利用圖9中示出的交叉指狀結(jié)構(gòu)以選擇性地互連好器件的柵極接觸和好器件的源極接觸，同時(shí)保持與壞器件的隔離。
圖10示出了用于柵極和源極互連層700和720的柵極和源極焊盤的形成。在互連層700和720上提供另一個(gè)絕緣層并對(duì)應(yīng)于互連層700和720在該絕緣層中開(kāi)口過(guò)孔840和860。在絕緣層上以及過(guò)孔中形成金屬層，以接觸在下面的柵極互連層720和源極互連層700，并且構(gòu)圖金屬層，以提供源極焊盤800和柵極焊盤820。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性器件的剖面圖。如圖11所示，選擇性地并聯(lián)連接多個(gè)碳化硅器件90、92和94。碳化硅器件90、92和94包括其中具有p型區(qū)100的碳化硅襯底102。以p型區(qū)100提供n+區(qū)98，在n+區(qū)98中提供p+區(qū)96。每個(gè)區(qū)96、98和100為碳化硅，并且可利用常規(guī)碳化硅制造技術(shù)提供。在p+區(qū)96和n+區(qū)98上提供源極接觸106。在p型區(qū)100和n+區(qū)98上提供柵極氧化物108，并且在柵極氧化物108上提供柵極接觸110。在襯底102上提供公共漏極接觸104。如圖11所示，器件90、92和94為臺(tái)面邊緣端接，以使器件彼此隔離。在2001年7月21日申請(qǐng)的標(biāo)題為“SILICON CARBIDEMETAL-OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTORS HAVING ASHORTING CHANNEL AND METHODS OF FABRICATING SILICON CARBIDEMETAL-OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTORS HAVING ASHORTING CHANNEL”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/911,995中介紹了例如上述的器件制造，其公開(kāi)作為參考引入，就好像在這里進(jìn)行了全面的說(shuō)明。
如圖11所示，在器件上提供第一絕緣層112，并且在第一絕緣層112中形成過(guò)孔116，以暴露出器件90、92和94的柵極接觸110。由圖11中的虛線示出第一絕緣層112。還形成過(guò)孔以暴露出器件90、92和94的源極接觸106，并且提供源極接觸118。在電測(cè)試器件90、92和94之后，在第一絕緣層和源極接觸118上形成第二絕緣層120。穿過(guò)第二絕緣層120提供過(guò)孔124，以暴露出通過(guò)電測(cè)試的器件90和94的源極接觸118的至少一部分，穿過(guò)第二絕緣層120和第一絕緣層112提供過(guò)孔122，以暴露出器件90和94的柵極接觸110的至少一部分?？梢匀缟纤隼貌竭M(jìn)器掩模或其它這種光刻技術(shù)提供過(guò)孔122和124。用金屬化填充過(guò)孔122和124，并且構(gòu)圖金屬化以提供柵極互連層126和源極互連層128。由此，選擇性地互連通過(guò)電測(cè)試的器件90和94，并且將沒(méi)有通過(guò)電測(cè)試的器件92與其它器件隔離。
在圖11所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，還為源極和漏極接觸提供接觸焊盤。雖然在圖11中僅示出了這種接觸焊盤中的一個(gè)，但是在沿入出所示平面的方向延伸的圖的第三維中可以提供第二接觸焊盤。因此，如圖11所示，在柵極互連層126、源極互連層128和第二絕緣層120上提供第三絕緣層136。在第三絕緣層136中形成過(guò)孔130，以暴露出柵極互連層126的至少一部分，在第三絕緣層136中形成過(guò)孔132，以暴露出源極互連層128的至少一部分。提供穿過(guò)過(guò)孔130和132的金屬化，為公共連接的器件90和94分別提供柵極接觸焊盤134和源極接觸焊盤(未示出)。
作為本發(fā)明的實(shí)施例的例子，根據(jù)圖1，對(duì)于整體缺陷密度為20cm-2的2mm×2mm的單元尺寸將具有～50％的產(chǎn)量。每個(gè)單元具有600-2000V、在100A/cm2為4A的額定值。假設(shè)相鄰單元之間的間隔為0.4mm，在80％可用面積的50mm晶片上可以提供大約324個(gè)單元。在每16個(gè)單元的芯片中能夠提供大約8個(gè)好的單元。因此，每個(gè)芯片的預(yù)計(jì)容量為600-2000V、32A。預(yù)計(jì)由單個(gè)晶片上可以得到20個(gè)這樣的芯片。相反，如果制造具有600-2000V、32A容量的相應(yīng)的單個(gè)器件，則每個(gè)晶片的產(chǎn)量大約為～2.5％-約一個(gè)器件。
雖然參考在圖3到11中所示的特定結(jié)構(gòu)介紹了本發(fā)明，但是，正如根據(jù)本公開(kāi)的啟示本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，對(duì)于該結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行各種修改同時(shí)由本發(fā)明的示教所得到的好處。例如，可以提供橫向器件，在器件的一側(cè)提供兩個(gè)、三個(gè)或者更多個(gè)端子。同樣，除了這里所介紹的器件，還可以提供例如在上面的參考專利中所介紹的器件或者其它碳化硅器件。因此，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)被解釋為限于上述特定結(jié)構(gòu)或器件。
此外，雖然用步進(jìn)器掩模光刻工藝介紹了本發(fā)明，但是，正如根據(jù)本公開(kāi)的啟示本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，也可以采用其它光刻或構(gòu)圖技術(shù)僅選擇性地互連通過(guò)電測(cè)試的器件。例如，可以采用剝離或其它技術(shù)僅為通過(guò)電測(cè)試的器件提供過(guò)孔。
在附圖和說(shuō)明書(shū)中，公開(kāi)了本發(fā)明的典型的優(yōu)選實(shí)施例，并且雖然采用了特定術(shù)語(yǔ)，但是它們僅僅是概括性的和描述性的，而不是為了限制，在隨后的權(quán)利要求書(shū)中闡述本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅器件的制造方法，包括以預(yù)定圖形在碳化硅晶片的至少一部分上形成多個(gè)相同類型的碳化硅器件，該碳化硅器件在碳化硅晶片的第一表面上具有相應(yīng)的第一接觸；電測(cè)試該多個(gè)碳化硅器件，以識(shí)別該多個(gè)碳化硅器件中通過(guò)電測(cè)試的碳化硅器件；以及通過(guò)選擇性地施加步進(jìn)器掩模從而在該多個(gè)碳化硅器件中識(shí)別出的碳化硅器件之間提供互連，來(lái)選擇性地互連多個(gè)碳化硅器件中識(shí)別出的碳化硅器件的第一接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中選擇性地互連第一接觸包括在碳化硅器件上形成鈍化層，覆蓋第一接觸；對(duì)對(duì)應(yīng)于該多個(gè)碳化硅器件中識(shí)別出的碳化硅器件的第一接觸的鈍化層的區(qū)域選擇性地施加步進(jìn)器掩模，從而在對(duì)應(yīng)于多個(gè)碳化硅器件中識(shí)別出的碳化硅器件的第一接觸的鈍化層中選擇性地形成開(kāi)口；以及通過(guò)選擇性形成的開(kāi)口電連接第一接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括選擇器件尺寸的步驟，以提供碳化硅器件的預(yù)計(jì)產(chǎn)量，從而在含有多個(gè)碳化硅器件的碳化硅晶片的區(qū)域中有足夠數(shù)量的器件通過(guò)電測(cè)試，以提供具有選定的工作容量的碳化硅器件；以及其中形成多個(gè)相同類型的碳化硅器件的步驟包括形成選定器件尺寸的多個(gè)相同類型的碳化硅器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中碳化硅器件包括垂直碳化硅二極管，識(shí)別出的碳化硅器件為識(shí)別出的碳化硅二極管，該方法還包括共同連接碳化硅二極管的第二接觸的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中電測(cè)試步驟包括電測(cè)試該多個(gè)碳化硅二極管的碳化硅二極管的反偏阻擋電壓的步驟，以確定碳化硅二極管的反偏阻擋電壓是否超過(guò)預(yù)定電壓值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中選擇性地施加步進(jìn)器掩模的步驟包括以下步驟將對(duì)應(yīng)于該多個(gè)碳化硅二極管中的一個(gè)的步進(jìn)器掩模施加到該多個(gè)碳化硅二極管中識(shí)別出的碳化硅二極管；以及對(duì)每個(gè)識(shí)別出的碳化硅二極管重復(fù)施加步進(jìn)器掩模的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在碳化硅晶片上的多個(gè)管芯中提供該多個(gè)碳化硅器件，該方法還包括將碳化硅晶片切割，以提供對(duì)應(yīng)于該多個(gè)管芯的多個(gè)芯片，該多個(gè)芯片中的芯片具有多個(gè)選擇性互連的碳化硅器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在碳化硅晶片上分布多個(gè)碳化硅器件，并且其中選擇性互連的步驟包括利用重疊焊盤選擇性互連足夠數(shù)量的碳化硅器件，以提供所需的工作特性，根據(jù)所需的工作特性和產(chǎn)生具有所希望工作特性的碳化硅器件所需的碳化硅器件的數(shù)量選擇重疊焊盤的尺寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，還包括在晶片上形成多個(gè)重疊焊盤的步驟，根據(jù)在對(duì)應(yīng)于通過(guò)電測(cè)試的重疊焊盤的晶片的區(qū)域中碳化硅器件的數(shù)量，重疊焊盤具有不同的尺寸，從而提供具有所需工作特性的多個(gè)碳化硅器件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中碳化硅器件包括在碳化硅晶片的第一表面上具有第二接觸的碳化硅器件，該方法還包括利用步進(jìn)器掩模選擇性地互連碳化硅器件中識(shí)別的碳化硅器件的第二接觸的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中碳化硅器件是在碳化硅晶片的與第一表面相對(duì)的第二表面上具有第三接觸的垂直碳化硅器件，該方法還包括并聯(lián)連接碳化硅器件的第三接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中選擇性地互連第一接觸和選擇性地互連碳化硅器件中識(shí)別出的碳化硅器件的第二接觸的步驟包括在碳化硅器件上形成鈍化層，覆蓋第一接觸；利用第一步進(jìn)器掩模在對(duì)應(yīng)于該多個(gè)碳化硅器件中識(shí)別出的碳化硅器件的第一接觸的鈍化層中選擇性地形成開(kāi)口；利用該步進(jìn)器掩模在對(duì)應(yīng)于該多個(gè)碳化硅器件中識(shí)別出的碳化硅器件的第二接觸的鈍化層中選擇性地形成開(kāi)口；通過(guò)選擇性形成的開(kāi)口電連接第一接觸；以及通過(guò)選擇性形成的開(kāi)口電連接第二接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中在對(duì)應(yīng)于該多個(gè)碳化硅器件中識(shí)別出的碳化硅器件的第一接觸的鈍化層中選擇性地形成開(kāi)口以及在對(duì)應(yīng)于該多個(gè)碳化硅器件中識(shí)別出的碳化硅器件的第二接觸的鈍化層中選擇性地形成開(kāi)口包括以下步驟將對(duì)應(yīng)于該多個(gè)碳化硅器件中的一個(gè)的步進(jìn)器掩模施加到該多個(gè)碳化硅器件中識(shí)別出的碳化硅器件上；以及對(duì)每個(gè)識(shí)別出的碳化硅器件重復(fù)施加步進(jìn)器掩模的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中電連接第一接觸和電連接第二接觸的步驟包括用第一互連金屬化電連接第一接觸和用第二互連金屬化電連接第二接觸，該方法還包括以下步驟在第一互連金屬化和第二互連金屬化上形成絕緣層；利用步進(jìn)器掩模在對(duì)應(yīng)于第一互連金屬化的絕緣體中形成至少一個(gè)開(kāi)口；在絕緣層上形成第一接觸焊盤，其通過(guò)在對(duì)應(yīng)于第一互連金屬化的絕緣體中的至少一個(gè)開(kāi)口接觸第一互連金屬化；利用步進(jìn)器掩模在對(duì)應(yīng)于第二互連金屬化的絕緣體中形成至少一個(gè)開(kāi)口；以及在絕緣層上形成第二接觸焊盤，其通過(guò)在對(duì)應(yīng)于第二互連金屬化的絕緣體中的至少一個(gè)開(kāi)口接觸第二互連金屬化。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中碳化硅器件包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MESFET)、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)和雙極結(jié)型晶體管(BJT)中的至少一種。
全文摘要
通過(guò)在碳化硅晶片的至少一部分上以預(yù)定的圖形形成多個(gè)相同類型的碳化硅器件制造碳化硅器件。在碳化硅晶片的第一表面上碳化硅器件具有相應(yīng)的第一接觸。電測(cè)試多個(gè)碳化硅器件，以識(shí)別多個(gè)碳化硅器件中通過(guò)電測(cè)試的碳化硅器件。然后選擇性的互連碳化硅器件中識(shí)別出的碳化硅器件的第一接觸。還提供具有多個(gè)選擇性連接的相同類型的碳化硅器件的器件。
文檔編號(hào)H01L27/04GK1605124SQ02825276
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2002年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月17日
發(fā)明者柳世衡, A·阿加瓦爾, C·卡佩爾, J·W·帕爾穆?tīng)?申請(qǐng)人:克里公司