Método de fabricación de un dispositivo de carburo de silicio,

que comprende:

- formar una pluralidad de un mismo tipo de dispositivos de carburo de silicio sobre al menos una parte de una oblea de carburo de silicio con un diseño predefinido, teniendo los dispositivos de carburo de silicio contactos primeros correspondientes sobre una primera cara de la oblea de carburo de silicio,

- probar eléctricamente la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio para identificar aquellos de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio que pasan una prueba eléctrica; e

- interconectar selectivamente el primer contacto de los identificados de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio, aplicando selectivamente un fotorrepetidor de modo que se proporcione interconexión entre los identificados de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio.

Dispositivos de carburo de silicio de gran superficie y métodos de fabricación para los mismos.

Declaración de interés para el estado

La presente invención se desarrolló, al menos en parte, bajo el contrato con la Oficina de Investigación Naval/DARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de la Defensa) número N00014-99-C-0377 y el contrato con las Fuerzas Aéreas de los EE.UU. (AFRL) número F33615-00-2-2004. El Estado puede tener ciertos derechos en esta invención.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a dispositivos microelectrónicos y a métodos de fabricación para los mismos, y más particularmente, a dispositivos de carburo de silicio y a métodos de fabricación para los mismos.

Antecedentes de la invención

Se conoce desde hace muchos años que el carburo de silicio (SiC) tiene excelentes propiedades físicas y electrónicas que deberían permitir, en teoría, la producción de dispositivos electrónicos que puedan funcionar a temperaturas superiores, potencia superior y frecuencia superior que los dispositivos producidos a partir de silicio (Si) o GaAs. El alto campo de ruptura dieléctrica de aproximadamente 4 x 10⁶ V/cm, la alta velocidad saturada de desplazamiento de los electrones de aproximadamente 2,0 x 10⁷ cm/seg y la alta conductividad térmica de aproximadamente 4,9 W/cm-ºK indican que el SiC sería adecuado para aplicaciones de alta frecuencia, alta potencia. Desafortunadamente, la dificultad para su fabricación ha limitado la utilidad del SiC para aplicaciones de alta potencia y alta frecuencia.

Se han descrito muchos tipos diferentes de dispositivos de carburo de silicio que pueden ser adecuados para diferentes aplicaciones de alta potencia, incluyendo diodos, MOSFET, MESFET, JFET y similares. Véanse por ejemplo las patentes de los EE.UU. números 5.061.972, 5.264.713, 5.270.554, 5.506.421, 5.539.217, 5.686.737, 5.719.409, 5.831.288, 5.969.378, 6.011.279 y 6.121.633. Estos dispositivos pueden aprovecharse de las características del carburo de silicio para proporcionar altas capacidades de manejo de potencia. Aunque tales dispositivos de carburo de silicio pueden proporcionar capacidades de manejo de potencia mejoradas sobre dispositivos de silicio de tamaño comparable, puede ser difícil producir dispositivos de carburo de silicio a gran escala. Por ejemplo, puede realizarse un dispositivo individual de silicio sobre una oblea de tal manera que el dispositivo sea sustancialmente del mismo tamaño que la oblea. Sin embargo, fabricar obleas de carburo de silicio sin defectos puede ser difícil, si no imposible. Por tanto, un dispositivo que consume una oblea completa puede tener defectos incorporados en el dispositivo, que pueden limitar su rendimiento.

Por ejemplo, se desean interruptores de alimentación y/o diodos de SiC de gran superficie con un régimen nominal típico de 600 V, 50 - 100 A en muchas aplicaciones de accionamiento por motor eléctrico. Sin embargo, tal como se describió anteriormente, puede no ser práctico fabricar interruptores y/o diodos de SiC del régimen nominal requerido en una única pastilla. Por ejemplo, a 100 A/cm², puede necesitarse un área activa de 7 mm x 7 mm para un dispositivo de 50 A. El rendimiento del dispositivo está limitado normalmente por la densidad de microtubos (micropipes) así como otros defectos tales como dislocaciones, defectos tipo carrot (ranuras en forma de zanahoria), inclusiones de silicio y defectos de procesamiento, etc. Tal como se ilustra en la figura 1, suponiendo una densidad de defectos todos incluidos de 20 cm^-2, el rendimiento proyectado para una pastilla de 2 mm x 2 mm (4 A) es de ∼ 50%. Tal como se ilustra adicionalmente en la figura 1, el rendimiento disminuye hasta menos del 20% para una pastilla de 3,3 mm x 3,3 mm (10 A) con la misma densidad de defectos global. La pastilla de 50 A tendrá un rendimiento de ∼ 1%.

Una técnica convencional para obtener mayores rendimientos de dispositivos de gran superficie es situar selectivamente los dispositivos en sitios libres de defectos o zonas libres de microtubos (MFA, Micropipe Free Areas). Tales sitios identificados se ilustran en la figura 2. El enfoque de MFA normalmente requiere un conjunto de máscara separado para cada oblea y puede ser extremadamente tedioso en cuanto a que requiere mapas a la medida para cada oblea. Además, el enfoque de MFA considera los microtubos como el único defecto que ha a evitarse; sin embargo, el fallo de un dispositivo también puede deberse a otros defectos. En consecuencia, el uso del enfoque de MFA puede no garantizar un rendimiento alto.

Incluso con los rápidos avances en la tecnología de materiales, se prevé que todavía llevará un tiempo significativamente largo conseguir una fabricación rentable de dispositivos de 50 a 100 A en una única pastilla, utilizando las técnicas descritas anteriormente.

Sumario de la invención

Las realizaciones de la presente invención proporcionan dispositivos de carburo de silicio y métodos de fabricación de dispositivos de carburo de silicio combinando una pluralidad de un mismo tipo de dispositivos de carburo de silicio sobre al menos una parte de una oblea de carburo de silicio, que se fabrican con un diseño predefinido y utilizando un fotorrepetidor para interconectar selectivamente aquellos dispositivos que pasan una prueba eléctrica. El mismo fotorrepetidor puede utilizarse para cada uno de la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio como tales dispositivos. Por tanto, en realizaciones particulares de la presente invención se aplica selectivamente un fotorrepetidor correspondiente a uno de la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio, a aquellos de la pluralidad de diodos de carburo de silicio que se identifican como que han pasado una prueba eléctrica. El fotorrepetidor se aplica para cada uno de los dispositivos de carburo de silicio identificados.

En otras realizaciones de la presente invención, los dispositivos de carburo de silicio tienen contactos primeros sobre una primera cara de una oblea de carburo de silicio. Los contactos primeros están interconectados selectivamente formando una capa de pasivación sobre los dispositivos de carburo de silicio que cubre los contactos primeros, formándose selectivamente orificios en la capa de pasivación correspondientes a los contactos primeros para los identificados de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio y conectando los contactos primeros a través de los orificios formados selectivamente utilizando el fotorrepetidor, para abrir vías a través de la capa de pasivación.

En otras realizaciones de la presente invención, se selecciona un tamaño de dispositivo para proporcionar un rendimiento esperado de los dispositivos de carburo de silicio, de tal manera que pasará la prueba eléctrica un número suficiente de dispositivos en una región de la oblea de carburo de silicio que contiene una pluralidad de dispositivos de carburo de silicio, de modo que se proporcione un dispositivo de carburo de silicio que tiene una capacidad operativa seleccionada. En tales realizaciones, se forma la pluralidad del mismo tipo de dispositivos de carburo de silicio para proporcionar dispositivos de carburo de silicio del tamaño de dispositivo seleccionado.

En aún más realizaciones de la presente invención, los dispositivos de carburo de silicio son diodos de carburo de silicio verticales. En tal caso, los diodos de carburo de silicio tienen un segundo contacto conectado de manera común. Además, probando eléctricamente los dispositivos de carburo de silicio puede proporcionarse, mediante las pruebas eléctricas, la tensión de bloqueo de la polarización inversa de los diodos de carburo de silicio para determinar si la tensión de bloqueo de la polarización inversa de un diodo de carburo de silicio supera un valor de tensión predeterminado.

En realizaciones particulares de la presente invención, se proporciona la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio en una pluralidad de pastillas sobre la oblea de carburo de silicio. En tales realizaciones, la oblea de carburo de silicio puede cortarse en dados para proporcionar una pluralidad de chips. Los chips deberían tener entonces una pluralidad de dispositivos de carburo de silicio interconectados selectivamente.

En otras realizaciones de la presente invención, la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio se distribuye a lo largo de la oblea de carburo de silicio. En tales realizaciones,...

1. Método de fabricación de un dispositivo de carburo de silicio, que comprende:

formar una pluralidad de un mismo tipo de dispositivos de carburo de silicio sobre al menos una parte de una oblea de carburo de silicio con un diseño predefinido, teniendo los dispositivos de carburo de silicio contactos primeros correspondientes sobre una primera cara de la oblea de carburo de silicio,

probar eléctricamente la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio para identificar aquellos de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio que pasan una prueba eléctrica; e

interconectar selectivamente el primer contacto de los identificados de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio, aplicando selectivamente un fotorrepetidor de modo que se proporcione interconexión entre los identificados de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio.

2. Método según la reivindicación 1, en el que interconectar selectivamente el primer contacto comprende:

formar una capa de pasivación sobre los dispositivos de carburo de silicio que cubra los contactos primeros;

aplicar selectivamente un fotorrepetidor a las regiones de la capa de pasivación correspondientes a los contactos primeros para los identificados de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio, de modo que se formen selectivamente orificios en la capa de pasivación correspondientes a los contactos primeros para los identificados de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio; y

conectar eléctricamente los contactos primeros a través de los orificios formados selectivamente.

3. Método según la reivindicación 1, que comprende además la etapa de seleccionar un tamaño de dispositivo para proporcionar un rendimiento esperado de los dispositivos de carburo de silicio, de tal manera que pasarán la prueba eléctrica un número suficiente de dispositivos en una región de la oblea de carburo de silicio que contiene una pluralidad de dispositivos de carburo de silicio, de modo que se proporcione un dispositivo de carburo de silicio que tiene una capacidad operativa seleccionada; y

en el que la etapa de formar una pluralidad de un mismo tipo de dispositivos de carburo de silicio comprende formar una pluralidad de un mismo tipo de dispositivos de carburo de silicio del tamaño de dispositivo seleccionado.

4. Método según la reivindicación 2, en el que los dispositivos de carburo de silicio comprenden diodos de carburo de silicio verticales y los dispositivos de carburo de silicio identificados son diodos de carburo de silicio identificados, comprendiendo además el método la etapa de conectar de manera común segundos contactos de los diodos de carburo de silicio.

5. Método según la reivindicación 4, en el que la etapa de probar eléctricamente comprende la etapa de probar eléctricamente una tensión de bloqueo de la polarización inversa de un diodo de carburo de silicio de la pluralidad de diodos de carburo de silicio, para determinar si la tensión de bloqueo de la polarización inversa del diodo de carburo de silicio supera un valor de tensión predefinido.

6. Método según la reivindicación 5, en el que la etapa de aplicar selectivamente un fotorrepetidor comprende las etapas de:

aplicar un fotorrepetidor correspondiente a uno de la pluralidad de diodos de carburo de silicio a uno identificado de entre la pluralidad de diodos de carburo de silicio; y

repetir la etapa de aplicar el fotorrepetidor para cada uno de los diodos de carburo de silicio identificados.

7. Método según la reivindicación 1, en el que se proporciona la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio en una pluralidad de pastillas sobre la oblea de carburo de silicio, comprendiendo además el método cortar en dados la oblea de carburo de silicio para proporcionar una pluralidad de chips correspondientes a la pluralidad de pastillas, teniendo de la pluralidad de chips una pluralidad de dispositivos de carburo de silicio interconectados selectivamente.

8. Método según la reivindicación 1, en el que se distribuye la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio a lo largo de la oblea de carburo de silicio y en el que la etapa de interconectar selectivamente comprende interconectar selectivamente un número suficiente de los dispositivos de carburo de silicio para proporcionar una característica operativa deseada utilizando una zona terminal superpuesta, cuyo tamaño se selecciona basándose en la característica operativa deseada y el número de dispositivos de carburo de silicio requeridos para producir un dispositivo de carburo de silicio que tiene la característica operativa deseada.

9. Método según la reivindicación 8, que comprende además la etapa de formar una pluralidad de zonas terminales superpuestas sobre una oblea, teniendo las zonas terminales superpuestas diferentes tamaños basándose en el número de dispositivos de carburo de silicio en un área de la oblea correspondiente a las zonas terminales superpuestas que pasan las pruebas eléctricas, de modo que se proporciona una pluralidad de dispositivos de carburo de silicio que tienen la característica operativa deseada.

10. Método según la reivindicación 1, en el que los dispositivos de carburo de silicio comprenden dispositivos de carburo de silicio que tienen un segundo contacto sobre la primera cara de la oblea de carburo de silicio, comprendiendo además el método la etapa de interconectar selectivamente los contactos segundos de aquellos identificados de entre los dispositivos de carburo de silicio, utilizando el fotorrepetidor.

11. Método según la reivindicación 10, en el que los dispositivos de carburo de silicio son dispositivos de carburo de silicio verticales que tienen un tercer contacto sobre una segunda cara de la oblea de carburo de silicio opuesta a la primera cara, comprendiendo además el método conectar en paralelo los contactos terceros de los dispositivos de carburo de silicio.

12. Método según la reivindicación 10, en el que las etapas de interconectar selectivamente el primer contacto e interconectar selectivamente los contactos segundos de los identificados de entre los dispositivos de carburo de silicio comprenden:

formar una capa de pasivación sobre los dispositivos de carburo de silicio que cubra los contactos primeros;

formar selectivamente orificios en la capa de pasivación correspondientes a los contactos primeros para los identificados de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio, utilizando el primer fotorrepetidor;

formar selectivamente orificios en la capa de pasivación correspondientes a los contactos segundos para los identificados de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio, utilizando el fotorrepetidor;

conectar eléctricamente los contactos primeros a través de los orificios selectivamente formados; y

conectar eléctricamente los contactos segundos a través de los orificios selectivamente formados.

13. Método según la reivindicación 12, en el que las etapas de formar selectivamente orificios en la capa de pasivación correspondientes a los contactos primeros para los identificados de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio y formar selectivamente orificios en la capa de pasivación correspondientes a los contactos segundos para los identificados de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio comprenden las etapas de:

aplicar el fotorrepetidor correspondiente a uno de la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio a uno identificado de entre la pluralidad de dispositivos de carburo de silicio; y

repetir la etapa de aplicar el fotorrepetidor para cada uno de los dispositivos de carburo de silicio identificados.

14. Método según la reivindicación 12, en el que las etapas de conectar eléctricamente los contactos primeros y conectar eléctricamente los contactos segundos comprenden conectar eléctricamente los contactos primeros con una primera metalización de interconexión y conectar eléctricamente los contactos segundos con una segunda metalización de interconexión, comprendiendo además el método las etapas de:

formar una capa aislante sobre la primera metalización de interconexión y la segunda metalización de interconexión.

formar al menos un orificio en el material aislante correspondiente a la primera metalización de interconexión utilizando el fotorrepetidor;

formar una primera zona terminal de contacto sobre la capa aislante que hace contacto con la primera metalización de interconexión, a través del al menos un orificio en el material aislante correspondiente a la primera metalización de interconexión;

formar al menos un orificio en el material aislante correspondiente a la segunda metalización de interconexión utilizando el fotorrepetidor; y

formar una segunda zona terminal de contacto sobre la capa aislante que hace contacto con la segunda metalización de interconexión, a través del al menos un orificio en el material aislante correspondiente a la segunda metalización de interconexión.

15. Método según la reivindicación 10, en el que los dispositivos de carburo de silicio comprenden al menos un transistor de efecto de campo de metal-óxido semiconductor (MOSFET), un transistor de efecto de campo de metal-semiconductor (MESFET), un transistor de efecto de campo de unión (JFET), un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) y un transistor bipolar de unión (BJT).