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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolierung fehlerhafter Zellen eines elektronischen Bauelements und ein elektronisches Bauelement.
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Die Druckschrift
US 2002/0 142 494 A1 beschreibt ein Verfahren zur Isolierung fehlerhafter Zellen eines elektronischen Bauelements. Dabei umfasst das Verfahren das Erzeugen von Zellen auf einem Halbleitersubstrat, das Erzeugen von elektrischen Verbindungen zwischen den Zellen und mindestens zwei Anschlüssen, das Aufbringen einer Polymerschicht auf das elektronische Bauelement und das Anlegen einer Messspannung an die mindestens zwei Anschlüsse.
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Elektronische Bauelemente wie laterale Leistungsschalter oder GaN-Transistoren können kostengünstig auf Si-Substraten hergestellt werden. Die Substrate sind in der Realität nie fehlerfrei und in jedem Teilprozess können Fehler auftreten. Ein häufig auftretender Fehler bei elektronischen Bauelementen ist hierbei der Kurzschluss, bei dem die stromtragenden Anschlüsse chipseitig in den Zellen des elektronischen Bauelements durch einen Substrat- oder Prozessfehler elektrisch verbunden sind. Ein Bauelement mit solch einem Fehler kann in der Praxis nicht verwendet werden und muss aussortiert werden. Dazu werden die elektronischen Bauelemente vor der Vereinzelung oder nach der Verpackung geinkt.
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Nachteilig ist hierbei, dass das komplette elektronische Bauelement aussortiert werden muss, obwohl ein Kurzschluss meist nur lokal auf eine oder wenige Zellen beschränkt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Ausbeute an funktionsfähigen elektronischen Bauelementen zu erhöhen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Isolierung fehlerhafter Zellen eines elektronischen Bauelements umfasst das Erzeugen von Zellen auf einem Halbleitersubstrat. Das elektronische Bauelement umfasst dabei mehrere bis auf Fertigungstoleranzen gleiche Zellen. Die Zellen weisen mehrere gleichartige Einzelelemente auf, beispielsweise Leistungstransistoren oder Kondensatoren oder DRAMs. Gleichartig bedeutet in diesem Zusammenhang Einzelelemente gleichen Bautyps. Die Zellen werden mit mindestens zwei Anschlüssen bzw. Zuleitungen elektrisch verbunden. Auf das elektronische Bauelement wird eine Polymerschicht, insbesondere eine thermisch zersetzbare Polymerschicht, aufgebracht. Das Verfahren umfasst weiterhin das Anlegen einer Messspannung an die mindestens zwei Anschlüsse, sodass bei fehlerhafter Zelle eine der elektrischen Verbindungen durch Zersetzen der Polymerschicht im Bereich der fehlerhaften Zelle freigelegt wird. Die mindestens eine freigelegte elektrische Verbindung wird selektiv geätzt und anschließend die restliche Polymerschicht entfernt.
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Der Vorteil ist hierbei, dass fehlerhafte Zellen durch einen selbstorganisierten Prozess während der Herstellung auf einfache Weise auf dem elektronischen Bauelement isoliert werden, sodass das Bauelement nicht komplett aussortiert werden muss.
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In einer Weiterbildung werden mindestens zwei Kontaktflächen zum Anlegen der Messspannung erzeugt. Diese werden mittels Photolithographie und Ätzschritt erzeugt.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass die Kontaktierung der Anschlüsse komfortabel ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung werden die Zellen mittels einer Steuerspannung ausgeschaltet.
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Der Vorteil ist hierbei, dass die Zellen auch aktive Einzelelemente, d. h. selbstleitende Bauteile wie Leistungstransistoren, aufweisen können. Alternativ können auch selbstsperrende Bauteile verwendet werden.
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Das elektronische Bauelement weist mehrere Zellen auf, wobei jede Zelle jeweils eine elektronische Verbindung mit mindestens zwei Anschlüssen aufweist.
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Erfindungsgemäß ist im Fehlerfall der Zelle die elektrische Verbindung zu mindestens einem Anschluss unterbrochen.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass das elektronische Bauelement trotz fehlerhafter Zelle verwendet werden kann und nicht aussortiert werden muss.
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In einer Weiterbildung sind die Zellen des elektronischen Bauelements gleichartig.
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Der Vorteil ist hierbei, dass das elektronische Bauelement in Hochleistungsanwendungen verwendet werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Zellen Leistungstransistoren auf, insbesondere HEMTs.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass dadurch ein Leistungsschalter mit hoher Leistungsverträglichkeit entsteht.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfassen die Zellen Kondensatoren.
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Vorteilhaft ist hierbei, dass die Zellen auch passive Bauelemente aufweisen können.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfassen die Zellen DRAMs. Vorteilhaft ist hierbei, dass schadhafte Bereiche effektiv isoliert werden.
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In einer Weiterbildung weist die Unterbrechung der elektrischen Verbindung eine charakteristische Form auf.
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Der Vorteil ist hierbei, dass anhand des Kantenverlaufs der unterbrochenen elektrischen Verbindung auf die Art des Fehlers und die dabei herrschende Temperatur geschlossen werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das Halbleitersubstrat Galliumnitrid auf.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ein Verfahren zur Isolierung fehlerhafter Zellen eines elektronischen Bauelements,
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2 Draufsicht auf das elektronische Bauelement während der Herstellung und
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3 Draufsicht auf das elektronische Bauelement nach abgeschlossenem Herstellungsverfahren.
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1 zeigt ein Verfahren zur Isolierung fehlerhafter Zellen eines elektronischen Bauelements. Das Verfahren startet mit Schritt 100 indem Zellen auf einem Halbleitersubstrat erzeugt werden. Das elektronische Bauelement umfasst dabei mehrere, insbesondere parallelgeschaltete, Zellen. Die Zellen des elektronischen Bauelements sind dabei funktionsgleich, d. h. sie weisen gleiche Funktionen auf. Zur Erzeugung dieser Zellen werden Standardprozesse verwendet. In einem folgenden Schritt 110 werden die Zellen mit mindestens zwei Anschlüssen elektrisch verbunden. Bei den beiden Anschlüssen handelt es sich im Betrieb des elektronischen Bauelements um stromführende Anschlüsse. In einem folgenden Schritt 120 wird eine thermisch zersetzbare Polymerschicht, z. B. thermally dicomposable polymer TDP, auf das elektronische Bauelement aufgebracht. In einem folgenden Schritt 150 wird eine Messspannung an die mindestens zwei Anschlüsse angelegt, indem Kontaktiermittel, insbesondere Probernadeln, die Polymerschicht durchdringen bis ein elektrischer Kontakt mit den Anschlüssen hergestellt ist. Die Messspannung erzeugt dabei einen Stromfluss durch die Zelle. Ist die Zelle intakt, fließt ein vorbestimmter Leckstrom. Dieser vorbestimmte Leckstrom erzeugt eine geringe Wärmemenge. Im Fall des selbstleitenden Transistors muss dieser durch die Steuerspannung, die über einen dritten Kontakt eingebracht wird, ausgeschaltet werden. Ist die Zelle jedoch defekt, so fließt ein höherer Leckstrom, der fehlerabhängig eine hohe Wärmeenergie erzeugt. Häufig auftretende Fehler bei solchen Zellen sind Kurzschlüsse. Dabei ist die erzeugte Wärmeenergie im Fehlerfall um ein mehrfaches, insbesondere zehnfaches, größer als die erzeugte Wärmeenergie bei einer intakten Zelle. Diese erzeugte Wärmeenergie erhöht somit die Temperatur der Zelle und kann dadurch die Zelle beschädigen bzw. zerstören.
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Die Messspannung ist daher so gewählt, dass eine erzeugte Wärmemenge in kurzgeschlossenen Zellen ausreicht, um die Temperatur der Zellen so zu erhöhen, dass die Zersetzungstemperatur des Polymers erreicht bzw. überschritten wird. D. h. übersteigt die Temperatur der Zelle die Zersetzungstemperatur des Polymers, so wird mindestens eine elektrische Verbindung im Bereich der fehlerhaften Zelle freigelegt. Die Zersetzungstemperatur des Polymers sollte dabei unterhalb der Zersetzungstemperatur von Aluminium liegen, da die meisten elektrischen Verbindungen des elektronischen Bauelements Aluminium aufweisen. Daher wird ein Polymer verwendet dessen Zersetzungstemperatur unterhalb von 600°C liegt, insbesondere eine Zersetzungstemperatur im Temperaturbereich von 200°C–300°C. Alternativ können die Verbindungen des elektrischen Bauelements aus Kupfer bestehen, sodass die Zersetzungstemperatur des Polymers unterhalb von 1000°C liegt. In einem folgenden Schritt 160 werden die freigelegten elektrischen Verbindungen selektiv geätzt, beispielsweise mittels einer nasschemischen Al-Ätzlösung (ANPE) oder trockenchemisch mittels Plasmaverfahren. Dabei fungiert die Polymerschicht als Ätzmaske. Mit anderen Worten die elektrische Verbindung, auch Leistungsmetallisierung genannt, wird an den Stellen entfernt, die kein Polymer mehr aufweisen bzw. an den Stellen, die aufgrund des Fehlers einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzt waren. In einem folgenden Schritt 170 wird die restliche Polymerschicht beispielsweise mittels Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb des Zersetzungspunkts (ca. 200°C–300°C) entfernt. Somit sind fehlerhafte Zellen auf dem elektronischen Bauelement isoliert. Mit anderen Worten die fehlerhaften Zellen verbleiben isoliert auf dem Endprodukt bzw. Chip.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist vor allem für laterale Bauelemente der Leistungselektronik wie LDMOS auf Silizium und GaN-Leistungselektronik, aber auch zur Herstellung von Bauelementen wie Siliziumkondensatoren oder DRAMs geeignet.
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Das Verfahren kann auch bei vertikalen Transistoren auf Si-Substraten, wie Si-IGBTs, Si-Mosfets oder auf SiC-Substraten, wie SiC-Mosfets, SiC-JFets angewendet werden. Dabei muss aber das Verfahren auf der Wafervorderseite durchgeführt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel weisen die Zellen selbstsperrende Leistungstransistoren auf, d. h. die Leistungstransistoren sind normally-off. In diesem Fall repräsentieren die beiden Anschlüsse den Drainanschluss und den Sourceanschluss.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen die Zellen aktive Einzelelemente bzw. Bauteile auf, die im Normalbetrieb selbstleitend sind. Solche aktiven Bauteile sind z. B. selbstleitende Leistungstransistoren, d. h. die Leistungstransistoren sind normally-on. In diesem Fall wird nach dem Schritt 120 und vor Schritt 150, ein weiterer Schritt 140 durchgeführt, indem die Leistungstransistoren bzw. die Leistungstransistor Zellen mittels einer negativen Steuerspannung, im allgemeinen einer Gatespannung, ausgeschaltet werden.
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Somit ist es für die Durchführung des Verfahrens irrelevant, ob der verwendete Leistungstransistor im Ausgangszustand selbstleitend oder selbstsperrend ist. Es muss lediglich im Falle des selbstleitenden Leistungstransistors sichergestellt werden, dass eine Gatesteuerspannung beispielsweise mittels einer dritten Nadel angelegt werden kann, sodass der Leistungstransistor ausgeschaltet werden kann, bevor das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Das bedeutet die Steuerspannung wird so gewählt, dass das Bauteil abschaltet.
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Optional werden in einem Schritt 130, der nach Schritt 120 ausgeführt wird, mindestens zwei Kontaktflächen erzeugt, um den Kontakt der Kontaktiermittel zu den Anschlüssen, vorallem für die Drain- und Sourceanschlüsse, zu erleichtern bzw. zu verbessern. Dazu wird die Polymerschicht an zwei Stellen, die über den Anschlüssen angeordnet sind, entfernt.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfassen die Zellen Kondensatoren oder DRAMs.
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2 zeigt eine Draufsicht auf ein elektronisches Bauelement 200 während des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Abschluss des Schritts 150. Das elektronische Bauelement 200 weist beispielhaft drei Zellen 210 mit Leistungstansistoren auf. Die Zellen 210 sind dabei auf einem Halbleitersubstrat 280, beispielsweise GaN oder Si aufgebracht und in diesem Beispiel parallel miteinander elektrisch verbunden bzw. verschaltet. Jede Zelle 210 ist mit einem Sourceanschluss 220 und einem Drainanschluss 230 elektrisch verbunden. Das elektronische Bauelement 210 zeigt ebenfalls die optionale erste und zweite Kontaktfläche 250 und 260. In der unteren Zelle 210 ist beispielhaft ein Fehler 270 angedeutet, z. B. ein Kurzschluss.
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3 zeigt das elektronische Bauelement 300 nach Abschluss des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das elektronische Bauelement 300 weist beispielhaft drei Zellen mit parallelgeschalteten Leistungstransistoren auf, die auf einem Halbleitersubstrat 380 aufgebracht sind. Das elektronische Bauelement 300 weist dabei zwei intakte Zellen 310, sowie eine isolierte Zelle 320 mit Kurzschluss 330 auf, bei der die elektrischen Verbindungen zum Drainanschluss und zum Sourceanschluss unterbrochen sind.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfassen die Zellen Leistungstransistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit, z. B. HEMTs. Die Leistungstransistoren sind dabei innerhalb der Zelle parallel zueinander geschaltet. Dadurch können schnelle Leistungsschalter erzeugt werden.
