DE112014001553B4

DE112014001553B4 - Verfahren zum Herstellen von Siliciumcarbidhalbleiterbauteilen, und Bestromungstestvorrichtungen

Info

Publication number: DE112014001553B4
Application number: DE112014001553.9T
Authority: DE
Inventors: Shoyu Watanabe; Akihiro Koyama; Shigehisa Yamamoto; Yukiyasu Nakao; Kazuya KONISHI
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: US20160003889A1; US9874596B2; WO2014148294A1; JPWO2014148294A1; JP6104363B2; DE112014001553T5

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst:einen Einstellschritt des Einstellens einer Temperatur eines aus Siliciumcarbid bestehenden bipolaren Halbleiterelements auf 150°C oder höher und 230°C oder niedriger;einen Bestromungsschritt des Bewirkens, dass ein Durchlassstrom mit einer Stromdichte von 120 [A/cm2] oder mehr und 400 [A/cm2] oder weniger kontinuierlich durch das bipolare Halbleiterelement fließt;einen Berechnungsschritt des Berechnens, in einem Fall, in dem ein Durchlasswiderstand des bipolaren Halbleiterelements, durch welches der Durchlassstrom fließt, einen Sättigungszustand erreicht, eines Änderungsgrads beim Durchlasswiderstand; undeinen Bestimmungsschritt des Bestimmens, ob der berechnete Änderungsgrad geringer ist als ein Schwellenwert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung, das einen Schritt des Prüfens von Halbleitern umfasst, und auf eine Bestromungstestvorrichtung.
Stand der Technik
In einer Halbleitervorrichtung, die einen beispielsweise aus Siliciumcarbid bestehenden Halbleiter enthält, veranlasst ein Durchlassstrom, der dazu gebracht wird, durch eine PN-Diode zu fließen, eine Nukleation, die mit einer Rekombination von Elektronen und Defektelektronen verbunden ist, was zum Wachstum von Stapelfehlern führt, die sich ausgehend von Basisflächenversetzungen in einem Halbleitersubstrat ausbreiten. Unglücklicherweise bewirkt dies, dass die einschlägige Zone hochohmig wird.
Als ein Verfahren zum Prüfen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von wie vorstehend beschrieben entstandenen Stapelfehlern wird das Auftreten einer Durchlassspannungsverschlechterung (Spannungserhöhung) nach einstündiger Bestromung mit einer Stromdichte von 100 [A/cm²] in einer Durchlassrichtung der PN-Diode erfasst (siehe Patentschrift 1).
Es wurde nachgewiesen, dass die Durchlassspannungsverschlechterung auftreten würde, wenn ein Produkt, das mit Maßnahmen gegen eine Durchlassspannungsverschlechterung versehen ist, mit einer Stromdichte von 200 [A/cm²] oder darüber bestromt wird, oder wenn das Produkt mit einer Stromdichte von 100 [A/cm²] bei einer hohen Temperatur über 200°C bestromt wird (siehe Patentschrift 2).
Als anderes Beispiel wurde berichtet, dass die Durchlassspannungsverschlechterung aufgrund einer 4,5-stündigen Bestromung mit einer Stromdichte von 600 [A/cm²] auftrat und somit keine mit Elektrolumineszenz (EL) verbundene Lichtemission an einigen Stellen aufgrund von Defekten beobachtet wurde (siehe Nichtpatentschrift 1).
In der JP 2012 - 28 565 A wird ein Verfahren zur Herstellung eines bipolaren Halbleiterbauteils beschrieben. Durch einen Substratentfernungsschritt mittels chemischmechanischem Polieren kann erreicht werden, dass Stapelfehler ausgehend von Basisflächenversetzungen verhindert werden.
Aus der US 2009 / 0 273 390 A1 ist ein Verfahren bekannt, das die Ausbreitung von Shockley-Stapelfehlern in einem Siliciumcarbidbauteil umkehren kann. Das Verfahren sieht ein Erhitzen auf eine Temperatur höher als 150° C sowie eine Bestromung in Durchlassrichtung vor.
Dokumente aus dem Stand der Technik
Patentschriften

Patentschrift 1: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2005-167035
Patentschrift 2: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2011-109018

Nichtpatentschrift: „Impact of SiC crystal defects on the degradation phenomenon of pn diodes“, The Proceedings of the 11^th Meeting on SiC and Related Widegap Semiconductors, 20. - 22. November 2002, S. 13.
Zusammenfassung der Erfindung
Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
Ein Einkristall aus vierschichtigem hexagonalem Siliciumcarbid (4H-SiC) ist weithin als eines der Halbleitermaterialien bekannt. Was die Leitfähigkeit des n-Typs anbelangt, sind die Minoritätsträger positive Defektelektronen.
Es ist bekannt, dass Stapelfehler in der Driftschicht durch die Energie entstehen, die mit der Rekombination von positiven Defektelektronen, bei denen es sich um die Minoritätsträger handelt, mit Elektronen in Basisflächenversetzungen in Kristallen verbunden ist, wenn der bipolare Betrieb durch die Verwendung von 4H-SiC einen Strom in der Durchlassrichtung einer PN-Diode (einschließlich der Körperdiode für einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET)) fließen lässt.
Die in der Driftschicht gebildeten Stapelfehler werden zu den hochohmigen Zonen, welche die Durchlassspannung erhöhen. Somit wurde die Zuverlässigkeit von Halbleitervorrichtungen aufgrund der Bildung von Stapelfehlern herabgesetzt, was zu erhöhtem Leistungsverlust führte.
Der Wachstumsgrad von Stapelfehlern, die sich ausgehend von Basisflächenversetzungen ausbreiten, wird dadurch beeinflusst, wie die Energie während der Rekombination der vorstehend erwähnten positiven Defektelektronen, bei denen es sich um die Minoritätsträger handelt, mit Elektronen entsteht. Wenn sich bei Nichtvorhandensein von Basisflächenversetzungen keine positiven Defektelektronen mit Elektronen rekombinierten, würde an erster Stelle keine mit der Rekombination verbundene Energie entstehen und also keine Stapelfehler wachsen.
Angesichts solcher Umstände ist es notwendig, den Schritt des Prüfens auf ein Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Stapelfehlern vorzusehen, die sich auf die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung auswirken.
Ein anderes Verfahren, das im Test auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Stapelfehlern eingesetzt wird, lässt einen Strom (mit einer Stromdichte von 600 [A/cm²] etwa vier bis fünf Stunden lang) in der Durchlassrichtung der PN-Diode (einschließlich der Körperdiode für den MOSFET) fließen und führt dann den Test auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Stapelfehlern mit Photolumineszenz (PL) durch (siehe Nichtpatentschrift 1). Gemäß diesem Verfahren entspricht der Licht emittierende Teil dem Teil, in dem Stapelfehler entstanden sind. Somit kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Lichtemission als ein Test für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Stapelfehlern verwendet werden.
Nach der herkömmlichen technischen Vorgehensweise wurde die Stromdichte des Durchlassstroms innerhalb des Stromeinstellbereichs angesetzt, der als 100 [A/cm²] bei Raumtemperatur bekannt war. Diese technische Vorgehensweise machte die Bestromungszeit von einer Stunde oder mehr erforderlich, um die Verschlechterung (eine Erhöhung) einer Durchlassspannung zu bestimmen (siehe Patentschrift 1).
Es wurde nachgewiesen, dass die Durchlassspannungsverschlechterung aufgrund einer Bestromung mit einer Stromdichte von 200 [A/cm²] oder darüber oder einer Bestromung mit einer Stromdichte von 100 [A/cm²] bei einer hohen Temperatur über 200°C auftreten würde (siehe Patentschrift 2).
Um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Stapelfehlern zu bestimmen, ist es notwendig, einen Strom mit einer Stromdichte von 100 [A/cm²] oder darüber fließen zu lassen, was es schwierig macht, die Chip-Zustandsauswertungen mit der herkömmlichen technischen Vorgehensweise bereitzustellen. Also war eine Modularisierung notwendig, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Stapelfehlern zu bestimmen.
Um jeden Chip auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Stapelfehlern zu prüfen, war es somit notwendig, einen Durchlassstrom über einen langen Zeitraum (zum Beispiel eine Stunde oder länger) durch den Chip fließen zu lassen, was zu langen Stunden des Testens führte. Dies hat einen Anstieg bei den Herstellungskosten verursacht.
Die vorliegende Erfindung wurde deshalb gemacht, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, und ihre Aufgaben bestehen darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung bereitzustellen, das einen Testschritt umfasst, eine PN-Diode für einen Halbleiterchip in einer relativ kurzen Zeit auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Stapelfehlern hin zu prüfen, und eine Bestromungstestvorrichtung bereitzustellen.
Mittel zum Lösen der Probleme
Die Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 9.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Einstellschritt des Einstellens einer Temperatur eines aus Siliciumcarbid bestehenden bipolaren Halbleiterelements auf 150°C oder höher und 230°C oder niedriger, einen Bestromungsschritt des Bewirkens, dass ein Durchlassstrom mit einer Stromdichte von 120 [A/cm²] oder mehr und 400 [A/cm²] oder weniger kontinuierlich durch das bipolare Halbleiterelement fließt, einen Berechnungsschritt des Berechnens, in einem Fall, in dem ein Durchlasswiderstand des bipolaren Halbleiterelements, durch welches der Durchlassstrom fließt, einen Sättigungszustand erreicht, eines Änderungsgrads beim Durchlasswiderstand, und einen Bestimmungsschritt des Bestimmens, ob der berechnete Änderungsgrad geringer ist als ein Schwellenwert.
Eine Bestromungstestvorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Bestromungstestvorrichtung, die bewirkt, dass in dem oben erwähnten Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung der Durchlassstrom zwischen der Vorderseitenelektrode und der Rückseitenelektrode fließt, die sich auf der Vorderseite und der Rückseite des bipolaren Halbleiterelements befinden. Die Bestromungstestvorrichtung enthält eine Kühlplatte, die so angeordnet ist, dass sie mit der Rückseitenelektrode des bipolaren Halbleiterelements in Kontakt kommt und das bipolare Halbleiterelement kühlt, und eine Andruckplatte, die so angeordnet ist, dass sie mit der Vorderseitenelektrode des bipolaren Halbleiterelements in Kontakt kommt und einen Druck an das bipolare Halbleiterelement anlegt.
Wirkungen der Erfindung
Nach dem vorstehend erwähnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das bipolare Halbleiterelement in einer kurzen Zeit auf Grundlage des Änderungsgrads beim Durchlasswiderstand, der den Sättigungszustand aufgrund des kontinuierlichen Flusses des Durchlassstroms mit einer Stromdichte von 120 [A/cm²] oder mehr und 400 [A/cm²] oder weniger erreicht hat, auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Stapelfehlern geprüft werden.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher.
Figurenliste

1 ist ein Ablaufschema, das den Überblick über ein Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform darstellt.
2 stellt die prozentuale Änderung der Durchlassspannung bei einer Stromdichte von 300 [A/cm²] dar.
3 stellt die prozentuale Änderung der Durchlassspannung bei einer Stromdichte von 400 [A/cm²] dar.
4 stellt die prozentuale Änderung der Durchlassspannung bei einer Stromdichte von 500 [A/cm²] dar.
5 stellt die prozentuale Änderung der Durchlassspannung bei einer Stromdichte von 600 [A/cm²] dar.
6 stellt die prozentuale Änderung der Durchlassspannung bei einer Stromdichte von 1000 [A/cm²] dar.
7 stellt das Verhältnis zwischen der Stromdichte von Durchlassstrom und dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Sättigungszustands dar.
8 stellt die Temperaturabhängigkeit der Wachstumsrate von Stapeldefekten dar.
9 stellt das mit Temperaturveränderungen verbundene Ni/Au-Verhältnis dar.
10 stellt Temperaturen und einen Strombereich dar, um eine Prüfzeit von 10 Minuten oder weniger zu erreichen, wobei die Prüfzeit aus der Wachstumsrate von Stapelfehlern berechnet ist.
11 stellt die prozentuale Änderung der Durchlassspannung bei einer Stromdichte von 200 [A/cm²] dar.
12 stellt die prozentuale Änderung der Durchlassspannung bei einer Stromdichte von 250 [A/cm²] dar.
13 stellt die prozentuale Änderung der Durchlassspannung bei einer Stromdichte von 300 [A/cm²] dar.
14 stellt das Verhältnis zwischen dem Ertragsprozentanteil ausgewerteter Chips und dem Effizienzprozentanteil nach einem Bestromungstest dar.
15 ist eine Querschnittsansicht einer Bestromungstestvorrichtung nach der Ausführungsform.
16 ist eine Querschnittsansicht der Bestromungstestvorrichtung nach der Ausführungsform.
17 ist eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauteil.
18 ist eine Querschnittsansicht der Bestromungstestvorrichtung nach der Ausführungsform.
19 ist eine Ansicht einer Rückseitenelektrode des Halbleiterbauteils.
20 stellt Ergebnisse von Vergleichen der Ni-Spitzenstärke dar, die durch Auger-Spektroskopie erlangt wurden.
21 ist eine Ansicht einer Vorderseitenelektrode des Halbleiterbauteils.
22 ist eine Ansicht der Vorderseitenelektrode des Halbleiterbauteils.
23 ist eine Ansicht der Vorderseitenelektrode des Halbleiterbauteils.

Beschreibung der Ausführungsform
Folgendes beschreibt eine Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Ausführungsform
Prüfschritt
Das folgende Verfahren lässt sich auf die Produktion von SiC-MOSFETs sowie die Produktion von SiC-PN-Dioden als ein Verfahren zum Herstellen von Siliciumcarbidhalbleitervorrichtungen anwenden, das einen Prüfschritt des Prüfens einer eingebauten Körperdiode umfasst. In der nachstehenden Beschreibung wird eine Körperdiode (ein bipolares Halbleiterelement) für den SiC-MOSFET als Beispiel herangezogen.
Zuerst beschreibt Folgendes mit Bezug auf 1 den Überblick ab der Produktion des Halbleiterbauteils über eine Bestromungsprüfung bis zu einem Sortierschritt.
Zunächst wird eine SiC-Epitaxialschicht auf einem SiC-Substrat aufgezogen (Schritt S1).
Dann werden als Positionsbezüge dienende Marker in der SiC-Epitaxialschicht ausgebildet und verschiedene Schichten auf dieser ausgebildet (Schritt S2).
Dann wird eine Halbleitervorrichtung hergestellt, indem beispielsweise Elektroden ausgebildet werden (Schritt S3).
Dann erfolgt ein Wafertest, der einen Test elektrischer Eigenschäften umfasst (Schritt S4).
Dann wird der Wafer zerteilt (Dicing), um Halbleiterchips auszubilden (Schritt S5).
Dann werden die Halbleiterchips einem Chiptest unterzogen, der einen Test elektrischer Eigenschäften umfasst (Schritt S6).
Dann werden die Halbleiterchips einer Bestromungsprüfung unterzogen (Schritt S7).
Dann werden die Halbleiterchips, die in der Bestromungsprüfung als nicht fehlerhafte Artikel bestimmt wurden, aussortiert (Schritt S8). Das Produkt, das nur die Chips umfasst, die als nicht fehlerhafte Artikel aussortiert wurden, wird versandt.
Obwohl in 1 nicht dargestellt, durchlaufen die zu versendenden Halbleiterchips einen Formschritt des Vorsehens einer Harzversiegelung und rücken zur Baugruppenmontage vor. Die in dieser Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung umfasst neben den zuvor erwähnten Halbleiterchips die Halbleiterchips, die den Formschritt durchlaufen haben.
Die vorliegende Erfindung ist besonders dazu bestimmt, ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, das einen Schritt umfasst, den Test auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Stapelfehlern in einer kurzen Zeit während der Bestimmung der nicht fehlerhaften Artikel im vorstehend erwähnten Chiptest bereitzustellen.
Stromdichtenabhängigkeit 1
Bei der Körperdiode ist die Stromflussrichtung von der Source zum Drain als die Durchlassrichtung definiert. Bei Raumtemperatur wird die Stromdichte des Durchlassgleichstroms auf 300 [A/cm²] und 400 [A/cm²] eingestellt, und dann wird eine prozentuale Veränderung Vsd der Durchlassspannung ausgehend vom Anfangswert gemessen. Dann wird die prozentuale Veränderung Vsd ermittelt, indem jedes Mal, wenn Strom angelegt wird, eine Messung erfolgt. Die Ergebnisse sind in 2 (erhalten bei einer Stromdichte von 300 [A/cm²]) und 3 (erhalten bei einer Stromdichte von 400 [A/cm²]) gezeigt. In jeder der Zeichnungen gibt die vertikale Achse die prozentuale Veränderung Vsd [%] der Durchlassspannung ausgehend vom Anfangswert an, und die horizontale Achse gibt die Anlegezeit [min] an.
Die oben erwähnten Zeichnungen zeigen die prozentuale Veränderung Vsd [%] der Durchlassspannung ausgehend vom Anfangswert auf Grundlage der Annahme, dass der Anfangswert der prozentualen Veränderung Vsd % 0% beträgt. Mit Bezug auf 2 (erhalten bei einer Stromdichte von 300 [A/cm²]) ist die prozentuale Veränderung Vsd in ca. 4 Minuten gesättigt. Mit Bezug auf 3 (erhalten bei einer Stromdichte von 400 [A/cm²]) ist die prozentuale Veränderung Vsd in ca. 2 Minuten gesättigt.
Es wird davon ausgegangen, dass die Wachstumsrate von Stapelfehlern, die sich von Basisflächenversetzungen erstrecken, mit zunehmender Stromdichte zunimmt und somit die Stapelfehler in einer kürzeren Zeit gesättigt sind.
Wenn ein Durchlassstrom mit einer Gleichstromdichte von 300 [A/cm²]) zum Fließen gebracht wird (2) und ein Durchlassstrom mit einer Gleichstromdichte von 400 [A/cm²]) zum Fließen gebracht wird (3), nimmt die prozentuale Veränderung Vsd zusammen mit dem Wachstum von sich von den Basisflächenversetzungen erstreckenden Stapelfehlern zu, und dann scheint die prozentuale Veränderung Vsd allmählich eine Sättigung zu erreichen. Die prozentuale Veränderung Vsd, welche die Sättigung erreicht hat, wird gemessen, was die quantitative Auswertung einer Stapelfehlerdichte (Fläche) zulässt.
Der Sättigungszustand der prozentualen Veränderung Vsd zeigt an, dass das Wachstum von Stapelfehlern eine Sättigung erreicht (aufgehört) hat. Es wird davon ausgegangen, dass Stapelfehler ausgehend von einigen Basisflächenversetzungen wachsen und keine Stapelfehler ausgehend von anderen Basisflächenversetzungen aufgrund von weniger Energie wachsen, die mit einer Rekombination von positiven Defektelektronen, bei denen es sich um die Minoritätenträger handelt, mit Elektronen verbunden ist, was zu dem Sättigungsphänomen der Stapelfehlerentstehung führt. Die prozentualen Veränderungen Vsd des Sättigungszustands werden zwischen Halbleiterbauteilen verglichen, wodurch die Halbleiterbauteile auf mit der Stapelfehlerdichte verbundene Defekte genau geprüft werden können. Wenn das Halbleiterbauteil eine geringere Stapelfehlerdichte und nur einen leichten Anstieg der prozentualen Veränderung Vsd hat, wird in der Zuverlässigkeitsauswertungsprüfung bestimmt, dass es sich bei dem Halbleiterbauteil um den nicht fehlerhaften Artikel handelt, dessen Eigenschäften nicht herabgesetzt sind.
Stromdichtenabhängigkeit 2
Als Nächstes geben 4, 5 und 6 die prozentuale Veränderung Vsd bei einer erhöhten Stromdichte an, und zwar 500 [A/cm²]) (4), 600 [A/cm²]) (5) und 1000 [A/cm²]) (6). In jeder der Zeichnungen gibt die vertikale Achse die prozentuale Veränderung Vsd [%] der Durchlassspannung ausgehend vom Anfangswert an, und die horizontale Achse gibt die Anlegezeit [min] an. 5 und 6 zeigen eine übereinandergelegte Ansicht von Ergebnissen der Tests, die an mehreren Halbleiterbauteilen durchgeführt wurden.
In jedem der Fälle, die in den Zeichnungen gezeigt sind, ist die Temperatur der Halbleiterbauteile auf Raumtemperatur eingestellt. Der Durchlassstrom wurde in Impulsen mit einer Impulsdauer von 1 [ms] und einem Schaltverhältnis von 80% für den Fall in 4, mit einer Impulsdauer von 1 [ms] und einem Schaltverhältnis von 25% für den Fall in 5, und mit einer Impulsdauer von 1 [ms] und einem Schaltverhältnis von 10% für den Fall in 6 angelegt.
Mit Bezug auf 4, 5 und 6 nimmt die prozentuale Veränderung Vsd mit zunehmender Anlegzeit zu und zeigt keine Sättigungskennlinie. Somit ist in dem Zeitbereich (bis zu ca. 12 Minuten), der in 4, 5 und 6 gezeigt ist, kein Sättigungszustand im Zeitverlauf erkennbar. Die prozentuale Veränderung Vsd beträgt 30 bis 40%, was auf das Wachstum von Stapelfehlern und die sich ergebende Zunahme der Stapelfehlerdichte hindeutet.
Die prozentuale Veränderung Vsd, die den Sättigungszustand noch nicht erreicht hat, zeigt an, dass die Stapelfehler weiterhin wachsen und somit die Stapelfehlerdichte noch keine Sättigung erreicht hat. Es wird davon ausgegangen, dass Energie, die mit der Rekombination der Minoritätenträger mit Elektronen verbunden ist, aufgrund einer hohen Stromdichte des Durchlassstroms zunimmt und als Ergebnis die sich von den Basisflächenversetzungen erstreckenden Stapelfehler weiterhin wachsen, so dass das Wachstum von Stapelfehlern schwerlich eine Sättigung erreicht.
Wenn die Stromdichte gering ist, wachsen Stapelfehler ausgehend von einigen Basisflächenversetzungen, und ausgehend von anderen Basisflächenversetzungen wachsen keine Stapelfehler. Ist jedoch die Stromdichte hoch, ist nur in ein paar Basisflächenversetzungen kein Wachstum von Stapelfehlern vorhanden, und somit ist davon auszugehen, dass das Auftreten von Stapelgehlern schwerlich eine Sättigung erreicht. Die prozentuale Veränderung Vsd hat einen größeren Wert, der die erhöhte Verschlechterung von Halbleiterbauteilen anzeigt, die mit Stapelfehlern verbunden ist. Das fortlaufende Wachstum von Stapelfehlern bewirkt eine Eigenschaftsverschlechterung in der Zuverlässigkeitsauswertung.
Die prozentuale Veränderung Vsd zeigt einen von zwei separaten Trends, die von der Stromdichte des Durchlassstroms abhängen. Es ist gezeigt, dass die Sättigungskennlinie der prozentualen Veränderung Vsd erschient, wenn die Stromdichte höher als 0 [A/cm²] und niedriger als oder gleich 400 [A/cm²] ist, und die Sättigungskennlinie der prozentualen Veränderung Vsd nicht auftritt, wenn die Stromdichte höher als oder gleich 500 [A/cm²] ist. Wenn die Sättigungskennlinie nicht auftritt, wachsen die Stapelfehler weiter, was die Stapelfehlerdichte fortlaufend erhöht.
Die Stapelfehler wachsen in unterschiedlichen Halbleiterbauteilen mit unterschiedlichen Raten. In einem Fall, in dem die Sättigungskennlinie der prozentualen Veränderung Vsd nicht auftritt, nimmt die Durchlassspannung mit zunehmender Spannungsanlegezeit zu, was zu einer höheren Stapelfehlerdichte führt und somit einen Fehler des Halbleiterbauteils verursacht. Die ist im Sinne der Zuverlässigkeitsauswertung ungünstig.
In einem Fall, in dem die Sättigungskennlinie der prozentualen Veränderung Vsd auftritt, wird die Stapelfehlerdichte durch die zuvor erwähnten individuellen Unterschiede bei der Wachstumsrate nicht beeinflusst. Also kann die Stapelfehlerdichte bei Auftreten der Sättigungskennlinie genau bestimmt werden. Es dauert wenige Minuten bis zum zuvor erwähnten Auftreten der Sättigungskennlinie, und somit kann eine solche Bestimmung in einer kurzen Zeit erfolgen.
7 fasst das Verhältnis zwischen der Stromdichte [A/cm²] des Durchlassstroms und dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Sättigungszustands zusammen. Wie in 7 gezeigt ist, erschien die Sättigungskennlinie bei einer Stromdichte von 200 [A/cm²] sowie in den vorstehend erwähnten Beispielen.
Temperaturabhängigkeit
Folgendes beschreibt die Abhängigkeit des Halbleiterbauteils von der Einstelltemperatur, während ein Durchlassstrom zum Fließen gebracht wird. 8 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Wachstumsrate von Stapelfehlern. Mit Bezug auf 8 gibt die vertikale Achse die Wachstumsrate [µm/min] von Stapelfehlern und die horizontale Achse die Temperatur [C°] an.
8 zeigt den Temperaturbereich von 60°C bis 230°C, und die Kurven geben die Ergebnisse an, die bei einer Stromdichte von 120 [A/cm²] und einer Stromdichte von 300 [A/cm²] erhalten wurden.
Wie in 8 gezeigt ist, nimmt die Wachstumsrate von Stapelfehlern bei beiden Stromdichten mit zunehmender Temperatur zu. Da die Wachstumsrate von Stapelfehlern zunimmt, erreichen die Stapelfehler in einer kürzeren Zeit eine Sättigung, was vorteilhaft ist.
Folgendes bezieht sich auf die Lotbenetzbarkeit zwischen dem Halbleiterbauteil und dem Substrat.
9 stellt das durch eine Auger-Elekronenspektroskopie (AES) in einem Fall ermittelten Ni/Au-Verhältnis dar, in dem das Halbleiterbauteil auf einer hohen Temperatur gehalten und dann die Temperatur verändert wird. Dies wird für die Auswertung der Lotbenetzbarkeit vorgesehen, die mit Veränderungen der Temperatur des Halbleiterbauteils verbunden ist. Das durch die vertikale Achse angegebene Ni/Au-Verhältnis ist der Wert, der sich auf den Akzeptanzkriteriumswert bezieht. Die horizontale Achse gibt die Temperatur [°C] an.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, nimmt das Ni/Au-Verhältnis um 230°C herum steil zu, wodurch der Akzeptanzkriteriumswert überschritten wird. Also wird in dem vorstehend erwähnten Test, der einen Durchlassstrom fließen lässt, die höchste Einstelltemperatur für das Halbleiterbauteil wünschenswerter Weise auf 230°C beschränkt, um die Verschlechterung der Lotbenetzbarkeit zwischen dem Halbleiterbauteil und dem Substrat zu verhindern. Das heißt, der Höchstwert für das Halbleiterbauteil wird im Hinblick auf die Lotbenetzbarkeit auf 230°C eingestellt.
10 stellt die Temperaturen und einen Strombereich dar, um eine Prüfzeit von 10 Minuten oder weniger zu erzielen. Die Prüfzeit wird ausgehend von der Wachstumsrate von Stapelfehlern berechnet. Mit Bezug auf 10 gibt die vertikale Achse die Stromdichte [A/cm²] und die horizontale Achse die Temperatur [C°] an. Die Wachstumsrate von Stapelfehlern wird experimentell ermittelt, und so stellt der folgende Ausdruck (1) eine Zeit t bereit, während der sich Stapelfehler über die gesamte Fläche des Halbleiterbauteils ausbreiten. $t = EXP (0.31 (\frac{1}{273 + T} - \frac{1}{503}) \frac{1}{8.62 \times 10^{- 3}}) \times \frac{1200}{J}$
Im Ausdruck (1) steht J für die Stromdichte [A/cm²] eines Durchlassstroms, der dazu gebracht wurde, das Halbleiterbauteil zu durchfließen, und T steht für die Temperatur [C°], die für das Halbleiterbauteil eingestellt wurde.
Dieser Verhältnisausdruck ergibt den Bereich einer Temperatur T und einer Stromdichte J, um die Zeit t von 10 Minuten oder weniger zu erzielen, die dem diagonal schattierten Bereich in 10 entspricht. Der diagonal schattierte Bereich ist durch das Temperaturlimit von 230°C oder niedriger und das Stromdichtenlimit von 400 [A/cm²] oder weniger, wie vorstehend erwähnt, begrenzt.
Wie in 10 gezeigt ist, handelt es sich bei dem Bereich über der gekrümmten Linie, der durch den Ausdruck (1) definiert ist, mit der Temperatur T von 150°C oder höher und 230°C oder niedriger und der Stromdichte J von 120 [A/cm²] oder mehr und 400 [A/cm²] oder weniger, um den Einstellbereich, um eine Prüfzeit (die Zeit, während der ein Durchlassstrom dazu gebracht wird, durch das Halbleiterbauteil zu fließen) von 10 Minuten oder weniger.
Der obere Grenzwert der Stromdichte wird auf Grundlage der Temperatur bestimmt, bei der die Sättigung des Durchlassstroms auftritt. Bei dem unteren Grenzwert der Stromdichte handelt es sich um den Stromwert, um die Zeit t von 10 Minuten oder weniger bei der maximal einstellbaren Temperatur von 230°C zu erzielen.
Der obere Temperaturgrenzwert wird auf Grundlage der Tatsache festgesetzt, dass die Lotbenetzbarkeit bei einer Temperatur von 230°C oder darüber schlechter wird. Falls die Temperatur T nicht 150°C oder mehr und 230°C oder weniger beträgt, und die Stromdichte J nicht 120 [A/cm²] oder mehr und 400 [A/cm²] oder weniger beträgt, lassen sich die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform unter der Bedingung erbringen, dass t im Ausdruck (1) weniger als oder gleich 10 Minuten ist. Das heißt, die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform lassen sich erbringen, wenn die Temperatur T und die Stromdichte J in 10 in den aus dem Ausdruck (1) erhaltenen Bereich über der Erstreckung der durchgezogenen Linie fallen. Es dauerte eine Stunde oder mehr, um die Durchlassspannung mit der herkömmlichen technischen Vorgehensweise zu bestimmen. Dabei kann die Halbleiterbauteilbestimmung in 10 Minuten oder weniger erfolgen, wenn das Halbleiterbauteil innerhalb des in 10 gezeigten Bereichs der Stromdichte und Temperatur gehalten wird. Die Chips werden auf Grundlage dieser Bestimmung aussortiert, was deshalb zu Senkungen der Herstellungskosten führt.
Die obere Temperaturgrenze wird auf Grundlage der Tatsache bestimmt, dass die Lotbenetzbarkeit bei einer Temperatur von 230°C oder darüber schlechter wird. Es dauerte eine Stunde oder länger, um die Durchlassspannung mit der herkömmlichen technischen Vorgehensweise zu bestimmen. Die Halbleiterbauteilbestimmung kann jedoch in 10 Minuten oder weniger erfolgen, wenn das Halbleiterbauteil innerhalb des in 10 gezeigten Bereichs der Stromdichte und der Temperatur gehalten wird. Die Chips werden auf Grundlage dieser Bestimmung aussortiert, was somit zu Senkungen bei den Herstellungskosten führt.
Beispiele für den Bestimmungsvorgang
11, 12 und 13 stellen die sich unter der Bedingung zeitlich verändernden prozentuale Veränderung Vsd unter der Bedingung dar, dass die Temperatur des Halbleiterbauteils auf 230°C und die Stromdichte des Durchlassgleichstroms auf 200 [A/cm²], 250 [A/cm²] oder 300 [A/cm²] eingestellt ist, was als wünschenswert erachtet wird, vorausgesetzt, dass die Stromdichte geringer als oder gleich [A/cm²] ist, wie vorstehend beschrieben wurde. In jeder der Zeichnungen gibt die vertikale Achse die prozentuale Veränderung Vsd [%] der Durchlassspannung ausgehend vom Anfangswert und die horizontale Achse die Anlegezeit [min] an. Die vorstehend erwähnten Zeichnungen zeigen jeweils übereinandergelegte Ansichten von Ergebnissen der Tests, die an mehreren Halbleiterbauteilen durchgeführt wurden.
Mit Bezug auf 11 dauert es ungefähr 3 Minuten, bis die prozentuale Veränderung Vsd bei einer Stromdichte von 200 [A/cm²] den Sättigungszustand erreicht. Mit Bezug auf 12 dauert es ungefähr 2 Minuten, bis die prozentuale Veränderung Vsd bei einer Stromdichte von 250 [A/cm²] den Sättigungszustand erreicht. Mit Bezug auf 13 dauert es ungefähr 1,5 Minuten, bis die prozentuale Veränderung Vsd bei einer Stromdichte von 300 [A/cm²] den Sättigungszustand erreicht. Mit Bezug auf 11 und 12 variiert das Größenverhältnis der prozentualen Veränderung Vsd zwischen den Halbleiterbauteilen, bis die Durchlassspannungswerte der einzelnen Halbleiterbauteile den Sättigungszustand erreichen. Derartige Schwankungen reflektieren die individuellen Unterschiede bei der Wachstumsrate von Stapelfehlern zwischen den Halbleiterbauteilen. Nachdem die Durchlassspannungswerte der einzelnen Halbleiterbauteile den Sättigungszustand erreicht haben, variiert das Größenverhältnis der prozentualen Veränderung Vsd zwischen den Halbleiterbauteilen nicht mehr und bleibt konstant.
Die zum Erreichen des Sättigungszustands erforderliche Zeit wird verkürzt, indem die Stromdichte erhöht wird. Folglich braucht es weniger Zeit, um Tests an den Halbleiterbauteilen durchzuführen.
Folgendes beschreibt hauptsächlich die Vorgehensweisen insbesondere mit Bezug auf 13, welche die sich zeitlich verändernde Durchlassspannung in einem Fall darstellt, in dem bewirkt wird, dass ein Durchlassstrom mit einer Stromdichte von 300 [A/cm²] durch die Körperdiode fließt. Die Temperatur der Halbleiterbauteile ist auf 230°C eingestellt.
Die Messung der Temperatur der Halbleiterbauteile macht die vorbereitenden Messungen einer Durchlassspannung Vf, um eine bestimmte Durchlassstromdichte (zum Beispiel 100 [A/cm²]) zu erhalten, und die vorbereitenden Messungen der Kennwerte erforderlich, die mit der Korrelation zwischen der Durchlassspannung Vf und der Temperatur verbunden sind. Bei der Durchlassspannung Vf handelt es sich um den Wert der Spannung zwischen der Source und dem Drain bei Bestromung des Halbleiterbauteils, um eine bestimmte Durchlassstromdichte (zum Beispiel 100 [A/cm²]) zu erhalten. Mit der gemessenen Durchlassspannung Vf kann die Temperatur des Halbleiterbauteils auf Grundlage des vorstehend erwähnten Korrelationskennwerts gemessen werden.
Bevor tatsächlich ein Strom zum Fließen gebracht wird, wird die Durchlassspannung Vf gemessen und die Wassertemperatur an die Einstelltemperatur (230°C) angepasst.
Dann wird ein Durchlassstrom so zum Fließen gebracht, dass eine bestimmte Stromdichte (300 [A/cm²]) erzielt wird. Die Impulsdauer wird vorzugsweise auf 5 [ms] während der Einschaltzeit, 45 [ms] während der Ausschaltzeit und ein Schaltverhältnis von 10% eingestellt, um die Bedingungen zu erfüllen, unter denen die Selbsterwärmung aufgrund des Stroms weniger wahrscheinlich auftritt.
Dann wird die prozentuale Veränderung Vsd [%] über den Verlauf der Bestromungszeit gemessen.
Der Strom von 300 [A/cm²] wird unterbrochen, und dann wird ein Durchlassstrom mit der Stromdichte von beispielsweise 100 [A/cm²] zum Fließen gebracht. Dabei wird die Durchlassspannung Vf gemessen, wodurch die Temperatur des Halbleiterbauteils berechnet und überprüft wird. Diese Berechnung erfolgt mit Bezug auf die Kennwerte, die mit der Korrelation zwischen der Temperatur des Halbleiterbauteils und der Durchlassspannung Vf zusammenhängen. Die Temperatur des Halbleiterbauteils wird gesteuert, indem die Temperatur von zirkulierendem Wasser angepasst wird.
Der oben erwähnte Schritt wird wiederholt, um einen Impulsstrom mit einer Stromdichte von 300 [A/cm²] 20 Minuten lang fließen zu lassen. Mit einem Schaltverhältnis von 1/10 wird der Gleichstrom 2 Minuten lang während dieses Zeitraums angelegt.
Die Bestromung wird gestoppt, wenn die Sättigungskennlinie der Durchlassspannung Vf aufgetreten ist und die Durchlassspannung Vf nach einem bestimmten Zeitraum, der von der Stromdichte und der Einstelltemperatur abhängt, eine Sättigung erreicht hat. Optional wird die Bestromung zu einem vorhergesagten Sättigungszeitpunkt gestoppt. Die prozentuale Veränderung Vsd wird zu diesem Zeitpunkt gemessen, um die Stapelfehler auszuwerten.
Eine größere Zunahme bei der prozentualen Veränderung Vsd ausgehend vom Ausgangszustand zeigt eine weitere Verschlechterung an, die mit Stapelfehlern zusammenhängt. Also kann die Bestromung auf Grundlage der Annahme, das die Verschlechterung eingetreten ist (NG), gestoppt werden, wenn die prozentuale Veränderung Vsd einen bestimmten Wert überschritten hat. In diesem Fall wird bestimmt, dass die prozentuale Veränderung Vsd ausreichend größer ist als der Anfangswert, obwohl die prozentuale Veränderung Vsd noch keine Sättigung erreicht hat.
Somit kann auf Grundlage der Größenordnung der prozentualen Veränderung Vsd, die ausgehend von den Ergebnissen der Bestromungsprüfung (Schritt S7 in 1) nach dem Chiptest (Schritt S6 in 1) erhalten wurde, bestimmt werden, ob sich das Halbleiterbauteil aufgrund von Stapelfehlern verschlechtert hat. Beispielsweise wird das Halbleiterbauteil, bei dem die Durchlassspannung Vf um weniger als 3%, oder wünschenswerter Weise um weniger als 1% ausgehend vom Anfangswert gestiegen ist, als nicht fehlerhafter Artikel aussortiert. Somit kann in der Bestromungsprüfung bestimmt werden, ob die Kennlinienverschlechterung der Körperdiode eingetreten ist.
Die Stapelfehlerdichte wird auf Grundlage der prozentualen Veränderung Vsd zum Auftrittszeitpunkt der Sättigungskennlinie bestimmt. Somit kann die Stapelfehlerdichte in einer kurzen Zeit genau bestimmt werden, ohne durch die individuellen Veränderungen bei der Wachstumsrate von Stapelfehlern zwischen den Halbleiterbauteilen beeinflusst zu werden.
Die Bestromungsprüfung wurde an Halbleiterbauteilen, welche die prozentuale Veränderung Vsd von weniger als 1% in Bezug auf den Anfangswert hatten, unter den Halbleiterbauteilen durchgeführt, bei denen die prozentuale Veränderung Vsd in einem Fall eine Sättigung in 1,5 Minuten erreichte, in dem ein Durchlassstrom mit einer Stromdichte von 300 [A/cm²] (bei einer Einstelltemperatur von 230°C) zum Fließen gebracht wurde. Im Ergebnis fiel kein Defektanteil bei der Bestromungsprüfung an. Somit kann das Halbleiterbauteil, das die prozentuale Veränderung Vsd von weniger als 1% in Bezug auf den Anfangswert hat, als das Bestimmungskriterium beim Aussortieren nicht fehlerhafter Halbleitervorrichtungen definiert werden.
14 stellt das Verhältnis zwischen dem Ertragsprozentanteil [%] des Halbleiterbauteils mit der prozentualen Veränderung Vsd von weniger als 1% in Bezug auf den Anfangswert und dem Effizienzprozentanteil [%] nach dem Bestromungstest dar.
Wie in 14 gezeigt ist, haben die einzelnen Halbleiterbauteile mit der prozentualen Veränderung Vsd von weniger als 1% im Bestromungstest einen Effizienzprozentanteil von 100%. Also kann bei jedem Ertragsprozentanteil das Halbleiterbauteil mit der prozentualen Veränderung Vsd von beispielsweise weniger als 1% als nicht fehlerhafter Artikel aussortiert werden, weil die Kennwerte der Körperdiode bei der Bestromungsprüfung nicht verschlechtert sind.
Mit Bezug auf 14 wurde das Halbleiterbauteil mit der prozentualen Veränderung Vsd von weniger als 1% als nicht fehlerhafter Artikel erachtet. Je nach dem beabsichtigten Gebrauch des Halbleiterbauteils kann der Bezugswert, der zum Bestimmen verwendet wird, ob das Halbleiterbauteil ein nicht fehlerhafter Artikel ist, größer als 1% (zum Beispiel 3%), aber nicht gleich 1% sein.
In dem in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Beispiel wurde die Temperatur des Halbleiterbauteils auf Grundlage des Messwerts der Durchlassspannung berechnet. Alternativ kann die Temperatur des Halbleiterbauteils durch eine Infrarotkamera gemessen werden. Immer noch alternativ kann ein Strahlungsthermometer zum Messen der Temperatur verwendet oder vorab ein Thermoelement am Halbleiterbauteil angebracht werden, um die Temperatur zu messen.
Bestromungstestvorrichtung
15 ist eine Querschnittsansicht einer Bestromungstestvorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 15 gezeigt ist, umfasst die Bestromungstestvorrichtung eine Positionierungsplatte 13, die ein Halbleiterbauteil 1 positioniert, eine Kühlplatte 2, die sich auf der Rückseite der Positionierungsplatte 13 befindet, mehrere Schäfte 11, die sich auf der Kühlplatte 2 befinden und sich in der Richtung der Senkrechten zur Kühlplatte 2 erstrecken, eine Andruckplattenhalteplatte 10, die so angeordnet ist, dass sie die mehreren Schäfte 11 überbrückt, eine Andruckplatte 3, die von der Andruckplattenhalteplatte 10 gehaltert und dem Halbleiterbauteil 1 zugewandt ist, und eine Andruckwelle 4, die sich auf der Seite der Andruckplattenhalteplatte 10 befindet, die entgegengesetzt zur Seite mit der darauf gehalterten Andruckplatte 3 ist.
Das Halbleiterbauteil 1, bei dem es sich um den Gegenstand des Tests handelt, weist Elektroden auf, die zumindest auf der Vorderseite und der Rückseite vorgesehen sind. Das Halbleiterbauteil 1 ist beispielsweise eine aus Siliciumcarbid hergestellte Schottky-Barrierediode (SBD) oder ein MOSFET.
Die Kühlplatte 2 ist in Kontakt mit der Rückseitenelektrode des Halbleiterbauteils 1 und verbindet somit die Rückseitenelektrode des Halbleiterbauteils 1 mit der Energiequelle zur Bestromung. Außerdem stellt die Kühlplatte 2 während einer Bestromung eine Kühlung bereit.
Die Kühlplatte 2 ist auch mit der Kathode oder der Anode der Energiequelle zur Bestromung verbunden. Die Kühlplatte 2 kann aus Metall wie etwa rostfreiem Stahl, Kupfer oder Aluminium oder irgendeinem Material bestehen, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, wie etwa Kohlenstoff.
Die Kühlplatte 2 kann einen Kanal enthalten, in dem Wärme durch den Durchlauf eines Mediums wie etwa Kühlwasser ausgetauscht wird, das beispielsweise von einer Kälteanlage bereitgestellt wird, die Wasser oder ein Heizmedium umlaufen lässt und dabei die Flüssigkeitstemperatur regelt. Alternativ kann beispielsweise eine Struktur mit Schlitzen (die Struktur, die effizient Wärme mit Luft austauscht) auf der Oberfläche der Kühlplatte 2 vorgesehen werden, die der Fläche entgegengesetzt ist, die mit der Rückseite des Halbleiterbauteils 1 in Kontakt ist, so dass Wärme hauptsächlich durch einen Luftstrom ausgetauscht wird, der beispielsweise von einem Gebläse erzeugt wird.
Die Struktur der Kühlplatte 2 muss je nach der aufgrund von Bestromung erzeugten Wärmemenge ausgewählt werden. Im Allgemeinen wird wünschenswerter Weise Luftkühlung gewählt, wenn die elektrische Energie geringer als oder gleich 100 [W] ist. Wünschenswerter Weise wird die Wasserkühlung gewählt, wenn die elektrische Energie größer als 100 [W] ist.
Es soll angenommen werden, dass die Fläche der Kühlplatte 2, die mit der Rückseite des Halbleiterbauteils 1 in Kontakt ist, poliert ist, um einen gleichmäßigen Kontakt mit dem Gegenstand des Tests zu gewährleisten und somit eine Oberflächenrauheit Ra hat, die kleiner als oder gleich 5 [µm] oder wünschenswerter Weise kleiner als oder gleich 2 [µm] ist. Um während der Bestromung eine gleichmäßige ebeneninterne Temperaturverteilung des Halbleiterbauteils 1 sicherzustellen, weist die Kühlplatte 2 wünschenswerter Weise, wie in 16 gezeigt, einen Kühlplattenabsatz 41 (einen vorspringenden Abschnitt) auf der Fläche auf, die mit der Rückseite des Halbleiterbauteils 1 in Kontakt ist, und der Kühlplattenabsatz 41 ist wünschenswerter Weise von einem zweiten Metall 5 umgeben.
Bei dem Halbleiterbauteil mit der beispielsweise in 17 gezeigten Struktur hat der Kühlplattenabsatz 41 wünschenswerter Weise eine Größe, die gleich oder größer als eine Zone 36 des Halbleiterbauteils ist, in der ein Strom fließt, und kleiner als oder gleich 120% eines Substrats 30 des Halbleiterbauteils ist.
Alternativ kann, wie in 18 gezeigt, der Umfang des Kühlplattenabsatzes 41 nicht mit dem zweiten Metall 5 bedeckt sein.
19 und 20 stellen die Ergebnisse (siehe 20) eines Vergleichs der Ni-Spitzenstärke dar, die durch Auger-Spektroskopie an Punkten A, B, C und D (siehe 19) in einer Rückseitenelektrode 37 des Halbleiterbauteils 1 nach einer Bestromung erhalten wurden. Mit Bezug auf 20 gibt die vertikale Achse die durch Auger-Spektroskopie erhaltene Ni-Spitzenstärke (beliebige Einheit) an, und die horizontale Achse gibt die einzelnen Punkte an, an denen die Vergleiche angestellt wurden.
Die Rückseitenelektrode 37 des Halbleiterbauteils 1 hat eine Struktur, in der Gold (Au) unter normalen Bedingungen auf Nickel (Ni) geschichtet ist, und somit wird keine Ni-Spitze durch Auger-Spektroskopie erhalten. Wenn jedoch die Rückseitenelektrode 37 erwärmt wird, diffundieren Ni-Atome durch Au und dann erscheinen die Ni-Atome an der Au-Oberfläche. Somit kann die ebeneninterne Temperaturverteilung des Halbleiterbauteils 1 während der Bestromung durch die Vergleiche der durch Auger-Spektroskopie erhaltenen Ni-Spitzenstärke auf Gleichmäßigkeit hin überprüft werden.
Die Kreise in 20 geben die Ergebnisse an, die in einem Fall erhalten wurden, in dem die aus Kupfer bestehende Kühlplatte 2 den Kühlplattenabsatz 41 nicht aufweist. Die Dreiecke geben die Ergebnisse an, die in einem Fall erhalten wurden, in dem die aus Kupfer bestehende Kühlplatte 2 den Kühlplattenabsatz 41 aufweist, der eine Höhe von 1 [mm] und dieselbe Größe wie das Substrat 30 hat, und die Kühlplatte 2 von rostfreiem Stahl umgeben ist, bei dem es sich um das zweite Metall 5 handelt. Die Quadrate geben die Ergebnisse an, die in einem Fall erhalten wurden, in dem die aus Kupfer bestehende Kühlplatte 2 den Kühlplattenabsatz 41 aufweist, der eine Höhe von 1 [mm] und dieselbe Größe wie das Substrat 30 hat, und das zweite Metall 5 nicht vorgesehen ist. Es ist nur erforderlich, dass die Höhe des Kühlplattenabsatzes 41, die so angesetzt ist, dass sie 1 [mm] beträgt, größer als oder gleich 0,5 mm ist.
Wie aus 20 ersichtlich ist, nimmt in einem Fall, in dem der Kühlplattenabsatz 41 nicht vorgesehen ist, die Temperatur des Mittelpunkts der Rückseitenelektrode 37 des Halbleiterbauteils 1 zu, wodurch die extensive Ni-Diffusion verursacht wird. In einem Fall, in dem der Kühlplattenabsatz 41 vorgesehen ist, wird die Ni-Diffusion jedoch über die gesamte Fläche hinweg reguliert, und somit ist die ebeneninterne Temperaturverteilung gleichmäßig.
Um die Oxidation der Kühlplatte 2 zu regulieren, ist die Oberfläche der Kühlplatte 2 vorzugsweise mit einem Edelmetall, insbesondere Gold oder Platin beschichtet. Wenn die Oberfläche der Rückseitenelektrode 37 des Halbleiterbauteils 1 jedoch aus Au besteht, würde die Kühlplatte 2 aufgrund einer während der Bestromung erzeugten Wärme durch die Au-Beschichtung auf der Oberfläche der Kühlplatte 2 an der Rückseitenelektrode 37 anhaften. In diesem Fall kann die Oberfläche der Kühlplatte 2 nicht mit Au beschichtet werden.
Die Andruckplatte 3 ist an den Pol der Energiequelle zur Bestromung dem Pol entgegengesetzt angeschlossen, der mit der Kühlplatte 2 verbunden ist. Die Andruckplatte 3 kommt mit der Vorderseitenelektrode des Halbleitersubstrats 1 in Kontakt, um das Halbleiterbauteil 1 zu bestromen. Die Andruckplatte 3 besteht wünschenswerter Weise beispielsweise aus Metall wie etwa rostfreiem Stahl, Aluminium oder Kupfer oder anderen Werkstoffen wie etwa Kohlenstoff. Wenn die Andruckplatte 3 aus Kupfer besteht, ist die Oberfläche der Andruckplatte 3 wünschenswerter Weise mit einem Edelmetall, insbesondere Gold oder Platin beschichtet, um die Oxidation zu regulieren, die durch während der Bestromung erzeugte Wärme verursacht wird. Wenn die Oberfläche der Vorderseitenelektrode des Halbleiterbauteils 1 jedoch aus Au besteht, würde die Andruckplatte 3 aufgrund einer während der Bestromung erzeugten Wärme durch die Au-Beschichtung auf der Andruckplatte 3 an der Vorderseitenelektrode anhaften. In diesem Fall kann die Oberfläche der Andruckplatte 3 nicht mit Au beschichtet werden.
Wie in 21, 22 und 23 gezeigt ist, kann, falls Polyimid 32 im Unfangsbereich der Vorderseitenelektrode 32 des Halbleiterbauteils 1 angeordnet ist, ein Andruckplattenabsatz 40 (vorspringender Abschnitt), wie etwa der in 16 und 18 gezeigte, vorgesehen sein, um das Polyimid 31 gegen eine durch die Andruckplatte 3 bewirkte Verformung oder Schädigung zu schützen. Wie in 21, 22 und 23 gezeigt ist, hat der Andruckplattenabsatz 40 eine Andruckplattenabsatzoberflächenform 33, die je nach der Oberflächenstruktur des Halbleiterbauteils 1 variiert (und auch je nach der Position der Gate-Elektrode 34 variiert), und somit so geformt ist, dass sie mit der von der Vorderseitenelektrode 32 eingenommenen Fläche in Kontakt kommt. Der Andruckplattenabsatz 40 braucht bloß eine Höhe von 0,5 [mm] oder mehr zu haben. Die Oberflächenrauheit Ra des Andruckplattenabsatzes 40 ist so eingestellt, dass sie weniger als oder gleich 5 [µm] oder wünschenswerter Weise weniger als oder gleich 2 [µm] beträgt.
Die Positionierungsplatte 13 ist vorgesehen, um das Halbleiterbauteil 1 in einer geeigneten Position auf der Kühlplatte 2 anzuordnen. Also positioniert die Positionierungsplatte 13 das Halbleiterbauteil 1 auf der Kühlplatte 2.
Die Andruckplattenhalteplatte 10 besteht ganz oder teilweise aus einem isolierenden Material wie etwa Polyetheretherketon-Material (PEEK (eingetragenes Warenzeichen)), einem Polyimidmaterial oder einem Teflon-Material (Teflon - eingetragenes Warenzeichen), um die Kühlplatte 2 und die Andruckplatte 3 elektrisch zu isolieren.
Die Andruckplattenhalteplatte 10 ist so angepasst, dass sie sich mühelos nach oben und unten (in der Richtung auf die Kühlplatte 2 zu und in der Richtung von der Kühlplatte 2 weg) bewegt, und ist somit in der Lage, die Andruckplatte 3 über die Andruckweile 4 mit einem konstanten Druck gegen das Halbleiterbauteil 1 auf der Kühlplatte 2 zu drücken.
Die Druckwelle 4 ist so fixiert, dass ein konstanter Druck beispielsweise mit einem hydraulischen Presskopf angelegt werden kann. Der anzulegende Druck ist nicht auf einen besonderen Bereich beschränkt. Für das SiC-Bauteil wird wünschenswerter Weise eine Belastung von 30 [kg-Gew.] oder mehr pro Quadratzentimeter [cm²] auferlegt, um die Kühlplatte 2 und die Andruckplatte 3 mit dem Halbleiterelement 1 in Kontakt zu bringen. Um einen möglichen Durchbruch des Halbleiterbauteils 1 zu verhindern, ist es wünschenswert, dass keine Belastung auferlegt wird, die 50 [kg-Gew.] pro Quadratzentimeter [cm²] übersteigt.
Die Schäfte 11 definieren die relativen Positionen der Positionierungsplatte 13, der Kühlplatte 2 und der Andruckplattenhalteplatte 10. Die Anzahl der Schäfte 11 beträgt mindestens vier. Neben den zwei in jeder der 15, 16 und 18 gezeigten Schäfte sind zwei weitere Schäfte in der zur Zeichnungsebene vertikalen Richtung angeordnet.
Optional werden die relativen Positionen der Positionierungsplatte 13, der Kühlplatte 2 und der Andruckplattenhalteplatte 10 durch eine andere Struktur als die Schäfte 11 definiert. In diesem Fall sind die Andruckweile 4 und die Andruckplattenhalteplatte 10 so verbunden, dass die Position des Andruckabschnitts (nicht gezeigt) mit der daran angeschlossenen Andruckweile 4 in Bezug auf die Positionierungsplatte 13 und die Kühlplatte 2 feststehend ist.
Die Wasserkühlungssteuereinrichtung wurde vorstehend als eine Einrichtung zum Ableiten von Wärme beschrieben, um die Temperatur des Halbleiterbauteils 1 zu steuern. Alternativ kann eine Luftkühlungssteuerung eingesetzt werden. Um die Temperatur zu erhöhen, kann eine Heizvorrichtung an der Andruckplatte 3 angeordnet werden, um die gewünschte Temperatur einzustellen.
Die Temperatursteuerung kann durch die manuelle Temperaturmessung und die manuelle Wassertemperatureinstellung bewerkstelligt werden. Alternativ kann eine Steuervorrichtung am Temperaturmessausgang angebracht werden, um die Temperatur automatisch zu steuern.
Um eine konstante Stromdichte bereitzustellen, misst die Strommessvorrichtung den durch das Halbleiterbauteil 1 fließenden Strom, und dann schlägt sich der Messwert in der Steuerung des Stromwerts nieder. Alternativ kann dies durch Steuern der an das Halbleiterbauteil 1 angelegten Spannung erreicht werden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde die vorliegende Ausführungsform auf den Chiptest angewendet. Ähnlich lässt sich die vorliegende Ausführungsform auch auf den Test an Halbleitersubstraten vor dem Dicing anwenden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde die vorliegende Ausführungsform auf den Test an Elementen während der Produktion der Halbleitervorrichtungen angewendet.
Die vorliegende Ausführungsform lässt sich aber auch auf den Test an Modulen nach der Produktion von Halbleitervorrichtungen und auf den Test an separaten Elementen anwenden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde ein Strom in Impulsen angelegt. Alternativ kann ein Gleichstrom angelegt werden. In einem Fall, in dem ein Strom in Impulsen angelegt wird, wird die Anlegezeit um den Kehrwert des Schaltverhältnisses eines Impulses erhöht.
Die Vsd kann gemessen werden, indem die Impulsdurchlassspannung mit einer Stromdichte von 300 [A/cm²] angelegt wird. Dies macht einen längeren Stromanlegzeitraum erforderlich als derjenige der Gleichstromanlegung. Im Prinzip ist es notwendig, die Stromanlegezeit so einzustellen, dass der Gesamtbetrag der Impulseinschaltzeit der Gleichstromanlegezeit entspricht.
Wirkungen
Nach der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung einen Einstellschritt des Einstellens der Temperatur eines aus Siliciumcarbid bestehenden bipolaren Halbleiterelements auf 150°C oder höher und 230°C oder niedriger, einen Bestromungsschritt des Bewirkens, dass ein Durchlassstrom mit einer Stromdichte von 120 [A/cm²] oder mehr und 400 [A/cm²] oder weniger kontinuierlich durch das bipolare Halbleiterelement fließt, einen Berechnungsschritt des Berechnens, in einem Fall, in dem ein Durchlasswiderstand des bipolaren Halbleiterelements, durch welches der Durchlassstrom fließt, einen Sättigungszustand erreicht, des Änderungsgrads beim Durchlasswiderstand, und einen Bestimmungsschritt des Bestimmens, ob der berechnete Änderungsgrad geringer ist als der Schwellenwert.
In dieser Auslegung kann das bipolare Halbleiterelement in einer kurzen Zeit auf Grundlage des Änderungsgrads beim Durchlasswiderstand, der den Sättigungszustand aufgrund des kontinuierlichen Flusses des Durchlassstroms mit einer Stromdichte von 120 [A/cm²] oder mehr und 400 [A/cm²] oder weniger erreicht hat, auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Stapelfehlern geprüft werden.
Auf Grundlage des Änderungsgrads beim Sättigungszustand, der von den individuellen Schwankungen bei der Wachstumsrate von Stapelfehlern unbeeinflusst ist, kann dieser Änderungsgrad in Bezug auf den Schwellenwert genau bestimmt werden. Zusätzlich wird die Durchlassspannung gesättigt, und somit kann die Bestromungsprüfung durchgeführt werden, ohne den Durchbruch von Elementen zu bewirken.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Bestromungstestvorrichtung die Kühlplatte 2, die so angeordnet ist, dass sie mit der Rückseitenelektrode 37 des bipolaren Halbleiterelements in Kontakt kommt und das bipolare Halbleiterelement kühlt, und die Andruckplatte 3, die so angeordnet ist, dass sie mit der Vorderseitenelektrode 32 des bipolaren Halbleiterelements in Kontakt kommt und einen Druck an das bipolare Halbleiterelement anlegt.
Obwohl die Materialqualität, die Materialien, die Einsatzbedingungen u. dgl. der einzelnen Bestandteile in der vorstehenden Ausführungsform beschrieben wurden, ist die vorangehende Beschreibung in allen Aspekten illustrativ, und somit ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es sollte deshalb klar sein, dass zahlreichen, nicht dargestellte Abwandlungen (in denen irgendwelche der Bestandteile verändert oder weggelassen sein können und jede Ausführungsform beliebig kombiniert werden kann) innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung denkbar sind.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterbauteil,
2: Kühlplatte,
3: Andruckplatte,
4: Andruckwelle,
5: zweites Metall,
10: Andruckplattenhalteplatte,
11: Schaft,
13: Positionierungsplatte,
30: Substrat,
31: Polyimid,
32: Vorderseitenelektrode,
33: Andruckplattenabsatzoberflächenform,
34: Gate-Elektrode,
36: Zone,
37: Rückseitenelektrode,
40: Andruckplattenabsatz,
41: vorspringender Abschnitt, Kühlplattenabsatz.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: einen Einstellschritt des Einstellens einer Temperatur eines aus Siliciumcarbid bestehenden bipolaren Halbleiterelements auf 150°C oder höher und 230°C oder niedriger; einen Bestromungsschritt des Bewirkens, dass ein Durchlassstrom mit einer Stromdichte von 120 [A/cm²] oder mehr und 400 [A/cm²] oder weniger kontinuierlich durch das bipolare Halbleiterelement fließt; einen Berechnungsschritt des Berechnens, in einem Fall, in dem ein Durchlasswiderstand des bipolaren Halbleiterelements, durch welches der Durchlassstrom fließt, einen Sättigungszustand erreicht, eines Änderungsgrads beim Durchlasswiderstand; und einen Bestimmungsschritt des Bestimmens, ob der berechnete Änderungsgrad geringer ist als ein Schwellenwert.
Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei im Berechnungsschritt des Berechnens eines Änderungsgrads beim Durchlasswiderstand in einem Fall, in dem der Durchlasswiderstand des bipolaren Halbleiterelements, durch welches der Durchlassstrom fließt, angestiegen ist, um den Sättigungszustand zu erreichen, der Änderungsgrad beim Durchlasswiderstand berechnet wird.
Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Zeit t [min], während der bewirkt wird, dass der Durchlassstrom durch das bipolare Halbleiterelement fließt, ausgedrückt wird durch $t = EXP (0.31 (\frac{1}{273 + T} - \frac{1}{503}) \frac{1}{8.62 \times 10^{- 3}}) \times \frac{1200}{J}$
worin J für die Stromdichte [A/cm²] eines Durchlassstroms, der dazu gebracht wurde, im Bestromungsschritt das bipolare Halbleiterelement zu durchfließen, und T für eine Temperatur [C°] steht, die für das bipolare Halbleiterelement im Einstellschritt eingestellt wurde.
Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, darüber hinaus einen Formschritt des Versiegelns des bipolaren Halbleiterelements mit Harz nach dem Bestimmungsschritt umfassend.
Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Bestromungsschritt bewirkt, dass ein Durchlassstrom mit einer Stromdichte von 200 [A/cm²] oder mehr und 300 [A/cm²] oder weniger kontinuierlich das bipolare Halbleiterelement durchfließt.
Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das bipolare Halbleiterelement eine Körperdiode für einen MOSFET umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei es sich bei dem Schwellenwert um 3% handelt.
Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei es sich bei dem Schwellenwert um 1% handelt.
Bestromungstestvorrichtung, die bewirkt, dass in dem Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbidhalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ein Durchlassstrom zwischen einer Vorderseitenelektrode (32) und einer Rückseitenelektrode (37) fließt, die sich auf einer Vorderseite und einer Rückseite des bipolaren Halbleiterelements befinden, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Kühlplatte (2), die so angeordnet ist, dass sie mit der Rückseitenelektrode (37) des bipolaren Halbleiterelements in Kontakt kommt, wobei die Kühlplatte (2) das bipolare Halbleiterelement kühlt; und eine Andruckplatte (3), die so angeordnet ist, dass sie mit der Vorderseitenelektrode (32) des bipolaren Halbleiterelements in Kontakt kommt, wobei die Andruckplatte (3) einen Druck an das bipolare Halbleiterelement anlegt.
Bestromungstestvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Andruckplatte (3) und/oder die Kühlplatte (12) einen vorspringenden Abschnitt (40, 41) in einem Teil aufweist, das mit dem bipolaren Halbleiterelement in Kontakt kommt, und sich der vorspringende Abschnitt (40, 41) 0,5 [mm] oder mehr von einem anderen Teil erstreckt, das mit dem bipolaren Halbleiterelement nicht in Kontakt kommt.
Bestromungstestvorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine Oberfläche des vorspringenden Abschnitts (40, 41) der Andruckplatte (3) und/oder der Kühlplatte (2) eine Oberflächenrauheit Ra von 2 [µm] oder weniger hat, wobei die Oberfläche mit dem bipolaren Halbleiterelement in Kontakt kommt.
Bestromungstestvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Andruckplatte (3) und die Kühlplatte (2) bestehen aus: rostfreiem Stahl; Aluminium; oder Kupfer, wobei die Oberflächen der Andruckplatte (3) und der Kühlplatte (2) mit Gold oder Platin beschichtet sind.
Bestromungstestvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Andruckplatte (3) einen Druck von 30 [kg-Gew.] oder mehr und 50 [kg-Gew.] oder weniger pro Quadratzentimeter[cm²] an das bipolare Halbleiterelement anlegt.