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Verwaltungsinteresse
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Die
vorliegende Erfindung wurde wenigstens teilweise in Vereinbarung
mit dem Büro
für Marineforschung/DARPA
Nr. N00014-99-C-0377 und in Vereinbarung mit der US-Luftwaffe (AFRL))
Nr. F33615-00-2-2004 gemacht. Die Regierung kann bestimmte Rechte
an dieser Erfindung haben.
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft mikroelektronische Einrichtungen und Herstellungsmethoden
hierfür
und spezieller Siliziumcarbideinrichtungen und deren Herstellungsmethoden.
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Hintergrund der Erfindung
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Von
Siliziumcarbid (SiC) weiß man
seit vielen Jahren, daß es
ausgezeichnete physikalische und elektronische Eigenschaften hat,
die theoretisch eine Herstellung elektronischer Einrichtungen erlauben sollte,
die bei höheren
Temperaturen, höherer
Energie und höherer
Frequenz als Einrichtungen arbeiten können, welche aus Silizium (Si)
oder GaAs hergestellt sind. Das hohe elektrische Durchschlagfeld
von etwa 4 × 106 V/cm, die hohe Elektronensättigungsdriftgeschwindigkeit
von etwa 2,0 × 1077 cm/Sek. und die hohe Wärmeleitfähigkeit von etwa 4,9 W/cm-°K zeigt,
daß SiC
geeignet für
Anwendungen bei hoher Frequenz und hoher Energie wäre. Leider
beschränkte
die Schwierigkeit bei der Herstellung die Brauchbarkeit von SiC
für Anwendungen
bei hoher Energie und hoher Frequenz.
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Viele
verschiedene Typen von Siliziumcarbideinrichtungen, die geeignet
sein könnten
für differierende
Anwendungen hoher Energie, wurden beschrieben einschließlich Dioden
MOSFETs, MESFETs, JFETs usw. Siehe zum Beispiel US-Patente Nr. 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 und 6,121,633. Diese Einrichtungen
können
Vorteile aus den Eigenschaften von Siliziumcarbid ziehen, um bei
hoher Energie Handhabungseigenschaften zu bekommen. Während solche Siliziumcarbideinrichtungen
verbesserte Handhabbarkeit bei hoher Energie gegenüber vergleichbar großen Siliziumeinrichten
ergeben können,
kann es schwierig sein, in großem
Maßstab
Einrichtungen aus Siliziumcarbid zu erzeugen. Beispielsweise kann bei
Silizium eine einzelne Vorrichtung auf einem Wafer hergestellt werden,
so daß die
Vorrichtung im wesentlichen die gleiche Größe wie der Wafer hat. Das Herstellen
defektfreier Siliziumcarbidwafer kann jedoch schwierig, wenn nicht
sogar unmöglich
sein. So kann eine Vorrichtung, die einen ganzen Wafer verbraucht,
Defekte haben, die in die Vorrichtung überführt werden und deren Leistung
beschränken.
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Beispielsweise
sind in vielen elektrischen Motorantriebanwendungen SiC-Stromschaltungen und/oder
Dioden mit typischen Bewertungen von 600 V, 50–100 A großflächig erwünscht. Wie oben beschrieben,
kann es aber nicht praktisch sein, SiC-Schalter und/oder Dioden
der erforderlichen Bewertung in einer einzigen Form herzustellen.
Beispielsweise kann bei 100 A/cm2 ein aktiver
Bereich von 7 mm × 7
mm für
eine Vorrichtung von 50 A benötigt
werden. Die Vorrichtungsausbeute ist typischerweise durch Mikroröhrendichte
sowie andere Defekte, wie Verschiebungen, Bohrkerne, Siliziumeinschlüsse und
Bearbeitungsdefekte usw. begrenzt. Wie in 1 erläutert ist,
liegt unter Annahme einer Gesamtdefektdichte von 20 cm–2 die
projektierte Ausbeute für
ein Werkzeug von 2 mm × 2
mm (4 A) bei ungefähr
50%. Wie in 1 weiter erläutert ist, fällt die
Ausbeute auf weniger als 20% für
ein Werkzeug von 3,3 mm × 3,3
mm (10 A) mit der gleichen Gesamtdefektdichte. Das Werkzeug mit
50 A wird eine Ausbeute von etwa 1% haben.
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Eine
herkömmliche
Methode, höhere
Ausbeuten von Einrichtungen mit größerer Fläche zu erhalten, ist die, selektiv
Einrichtungen in defekten freien Stellen oder von Mikroröhren freien
Bereichen (MFA) zu plazieren. Solche identifizierten Stellen werden
in 2 erläutert.
Der MFA-Weg erfordert typischerweise eine getrennte Maske für jeden
Wafer und kann extrem umständlich
bezüglich
des Erfordernisses üblicher
Karten für
jeden Wafer sein. Außerdem
betrachtet der MFA-Weg nur Mikroröhren als den einzigen Defekt,
der zu vermeiden ist, doch können
Fehler einer Vorrichtung auch infolge anderer Defekte auftreten.
Demnach kann die Verwendung des MFA-Weges nicht hohe Ausbeute garantieren.
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Selbst
mit dem rapiden Fortschritt der Materialtechnologie ist entgegenzuhalten,
daß es
noch eine signifikant lange Zeit dauern wird, kosteneffiziente Herstellung
von Einrichtungen mit 50–100A
in einem einzelnen Werkzeug unter Verwendung oben beschriebener
Techniken zu erreichen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung liefern Siliziumcarbideinrichtungen und
Verfahren zur Herstellung von Siliziumcarbideinrichtungen durch
Kombinieren mehrerer Siliziumcarbidvorrichtungen gleichen Typs auf
wenigstens einem Teil eines Siliziumcarbidwafers, die in einem vordefinierten Muster
hergestellt werden und unter Benutzung einer Stufungsmaske selektiv
jene Einrichtungen untereinander verbinden, die einen elektrischen
Test bestehen. Die gleiche Stufungsmaske kann für jede der mehreren Siliziumcarbideinrichtungen
benutzt werden, wie jene Einrichtungen. So wird bei speziellen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine Stufungsmaske entsprechend einer
oder mehreren Siliziumcarbideinrichtungen selektiv auf einzelne
der mehreren Siliziumcarbiddioden aufgebracht, die identifiziert
werden, als hätten
sie einen elektrischen Test bestanden. Die Stufungsmaske wird für jede der identifizierten
Siliziumcarbideinrichtungen aufgebracht.
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Bei
weiteren Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung haben die Siliziumcarbideinrichtungen
zunächst
Berührung
an einer ersten Fläche des
Siliziumcarbidwafers. Die ersten Berührungen werden selektiv untereinander
verbunden, indem man eine Passivierungsschicht auf den Siliziumcarbideinrichtungen
bildet, welche die ersten Kontakte abdeckt, welche selektiv Öffnungen
in der Passivierungsschicht entsprechend ersten Berührungen
für die
identifizierten der mehreren Sili ziumcarbideinrichtungen bilden
und elektrisch die ersten Berührungen durch
die selektiv gebildeten Öffnungen
unter Benutzung der Stufenmaske durch die Passivierungsschicht zu öffnen.
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In
weiteren Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtungsgröße ausgewählt, um
eine erwartete Ausbeute an Einrichtungen aus Siliziumcarbid zu bekommen,
so daß eine genügende Anzahl
von Einrichtungen in einem Bereich des Siliziumcarbidwafers, der
mehrere Siliziumcarbidvorrichtungen enthält, die den elektrischen Test
bestehen, um so eine Siliziumcarbideinrichtung mit ausgewählter Arbeitsfähigkeit
zu bekommen. In solchen Ausführungsformen
werden die mehreren Siliziumcarbideinrichtungen gleichen Typs so
ausgebildet, daß sie
Siliziumcarbideinrichtungen ausgewählter Einrichtungsgröße liefern.
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Bei
noch weiteren Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind die Siliziumcarbideinrichtungen
vertikale Siliziumcarbiddioden. In einem solchen Fall haben die
Siliziumcarbiddioden einen üblich
verbundenen zweiten Kontakt. Außerdem kann
elektrisches Testen der Siliziumcarbideinrichtungen durch elektrisches
Testen der Umkehrvorspannungsblockierungsspannung der Siliziumcarbiddioden
erfolgen, um zu bestimmen, ob die Umkehrvorspannungsblockierungsspannung
einer Siliziumcarbiddioden einen vorbestimmten Spannungswert überschreitet.
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Bei
speziellen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden die mehreren Siliziumcarbideinrichtungen
in mehreren Werkzeugen auf dem Siliziumcarbidwafer vorgesehen. In
einer solchen Ausführungsform
kann der Siliziumcarbidwafer gemustert werden, um mehrere Chips
zu bilden. Die Chips können
dann eine Mehrzahl von selektiv untereinander verbundenen Siliziumcarbideinrichtungen haben.
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Bei
anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist die Vielzahl der Siliziumcarbideinrichtungen über den
Siliziumcarbidwafer verteilt. Bei solchen Ausführungsformen können die
Einrichtungen untereinander selektiv in Verbindung treten und selektive
Verbindung untereinander eine ausreichende Anzahl der Siliziumcarbidcarbid
erhalten, um eine erwünschte
Arbeitscharakteristik unter Verwendung eines Überlagerungspolsters zu bekommen. Die
Größe des Überlagerungspolsters
kann auf der Basis der erwünschten
Arbeitscharakteristik und der Anzahl der Siliziumcarbideinrichtungen,
die eine Siliziumcarbideinrichtung mit der erwünschten Arbeitscharakteristik
produzieren sollen, ausgewählt
werden.
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Bei
noch weiteren Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung haben die Siliziumcarbideinrichtungen
einen zweiten Kontakt an der ersten Oberfläche des Siliziumcarbidwafers.
In einem solchen Fall können
die zweiten Kontakte der identifizierten der Siliziumcarbideinrichtungen
auch selektiv untereinander verbunden werden. Außerdem können, wenn die Siliziumcarbideinrichtungen
vertikale Siliziumcarbideinrichtungen sind, diese einen dritten
Kontakt auf einer zweiten Oberfläche
des Siliziumcarbidwafers gegenüber
der ersten Fläche
sein. Eine solche Verbindung der dritten Kontakte kann mit üblichem
Verbinden der dritten Kontakte einer jeden der Siliziumcarbideinrichtungen
vorgenommen werden.
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Bei
zusätzlichen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist unter selektiver Verbindung des ersten
Kontakts und der selektiven Verbindung von zweiten Kontakten vorgesehen,
eine Passivierungsschicht auf den Siliziumcarbideinrichtungen zu
bilden, welche die ersten Kontakte überdeckt, selektiv Öffnungen
in der Passivierungsschicht entsprechend den ersten Kontakten für die identifizierten
der mehreren Siliziumcarbideinrichtungen zu bilden, selektiv Öffnungen
in der Passivierungsschicht entsprechend zweiten Kontakten für die identifizierten
der mehreren Siliziumcarbideinrichtungen zu bilden, elektrisch die
ersten Kontakte durch die selektiv gebildeten Öffnungen zu verbinden und elektrisch
die zweiten Kontakte durch die selektiv gebildeten Öffnungen
hindurch zu verbinden. Bei solchen Ausführungsformen ist eine selektive
Bildung von Öffnungen in
der Passivierungsschicht entsprechend ersten Kontakten für die identifizierten
der mehreren Siliziumcarbideinrichtungen und selektive Bildung von Öffnungen
in der Passivierungsschicht entsprechend zweiten Kontakten für die identifizierten
der mehreren Siliziumcarbideinrichtungen vorgesehen durch Anbringung
einer Stufenmaske entsprechend einer der mehreren Siliziumcarbideinrichtungen
an einer identifizierten der mehreren Siliziumcarbideinrichtungen.
Die Stufenmaske wird für
jede der identifizierten Siliziumcarbideinrichtungen angebracht.
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Weiterhin
kann elektrisches Verbinden der ersten Kontakte und elektrisches
Verbinden der zweiten Kontakte vorgesehen werden, indem man elektrisch
die ersten Kontakte mit einer ersten untereinander verbindenden
Metallisierung und elektrisch die zweiten Kontakte mit einer zweiten
untereinander verbindenden Metallisierung verbindet. Bei einer solchen
Ausführungsform
kann eine Isolierschicht auch auf der ersten verbindenden Metallisierung
und der zweiten verbindenden Metallisierung gebildet werden. Wenigstens
eine Öffnung
wird in dem Isolator entsprechend der ersten untereinander verbindenden
Metallisierung ausgebildet, indem man eine Stufenmaske und ein erstes
Kontaktpolster benutzt, das auf der Isolierschicht ausgebildet wird,
welche Kontakt zu der ersten untereinander verbindenden Metallisierung
durch die wenigstens eine Öffnung
in dem Isolator entsprechend der ersten untereinander verbindenden
Metallisierung verbindet. Wenigstens eine Öffnung befindet sich in dem
Isolator entsprechend der zweiten untereinander verbindenden Metallisierung,
und ein zweiter Kontaktpuffer wird auf der Isolierschicht gebildet,
welcher die zweite Verbindungsmetallisierung durch die wenigstens
eine Öffnung
in dem Isolator entsprechend der zweiten Verbindungsmetallisierung
kontaktiert.
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In
speziellen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
die Siliziumcarbideinrichtungen ein Metalloxidhalbleiterfeldeftekttransistor (MOSFET),
ein Metallhalbleiterfeldeffekttransistor (MESFET), ein Verbindungsfeldeftekttransistor (JIET),
ein bipolarer Transistor mit isoliertem Tor (IGBT) und/oder ein
bipolarer Verbindungstransistor (BIT) sein.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine graphische Darstellung der Ausbeute für Siliziumcarbideinrichtungen,
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2 ist
eine Erläuterung
einer Defektkarte, die benutzt wird, Einrichtungen in reduzierten
Defektbereichen eines Siliziumcarbidwafers zu lokalisieren,
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3 ist
eine Draufsicht auf eine Siliziumcarbiddiode nach Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung,
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4 ist
eine Querschnittsdarstellung einer exemplarischen Siliziumcarbiddiode
entlang den Linien 4-4' von 3 gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung,
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5 ist
ein Programmablaufplan, der Operationen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung erläutert,
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6 ist
eine Draufsicht auf Siliziumcarbiddioden gemäß alternativen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung,
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7 ist
eine Draufsicht auf ein Siliziumcarbidmundstück mehrerer Siliziumcarbideinrichtungen zum
Testen der Siliziumcarbideinrichtungen entsprechend den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung,
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8 ist
eine Draufsicht auf ein Siliziumcarbidmundstück gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung und gibt an, welche der mehreren Siliziumcarbideinrichtungen
einen elektrischen Test durchlaufen haben,
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9 ist
eine Draufsicht auf ein Siliziumcarbidwerkzeug nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und erläutert die selektive Verbindung
der Siliziumcarbideinrichtungen, die den elektrischen Test bestanden.
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10 ist
eine Draufsicht auf eine Siliziumcarbideinrichtung mit mehreren
selektiv miteinander verbundenen Siliziumcarbideinrichtungen nach
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, und
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11 ist
eine Querschnittsdarstellung einer Siliziumcarbideinrichtung nach
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung wird nun vollständiger nachfolgend unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in welchen bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen
verschiedenen Formen auftreten und sollte nicht auf die hier angegebenen
Ausführungsformen
beschränkt
werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen
vorgesehen, damit die Offenbarung derselben vollständig und
sorgfältig
ist und voll den Gedanken der Erfindung dem Fachmann vermittelt.
In den Zeichnungen sind der Klarheit halber die Dicke von Schichten
und Bereichen vergrößert dargestellt.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen durchgehend gleiche Elemente. Es sei
verstanden, daß,
wenn ein Element, wie eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat
als dieses oder jenes bezeichnet wird, oder sich auf ein anderes
Element bezieht, es direkt sich auf das andere Element beziehen
kann oder dazwischenliegende Elemente vorliegen können. Im
Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt auf" oder sich „direkt
bis" erstreckend bezeichnet
wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Außerdem schließt jede
hier beschriebene und erläuterte
Ausführungsform
deren komplementäre
Formen sowie Ausführungsformen mit
komplementärer
Leitfähigkeit
ein.
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Bezieht
man sich nun auf die Zeichnungen, so sind die 3, 4 und 6 bis 10 schematische
Teildraufsichten und Querschnittsdarstellungen verschiedener Ausführungsformen
von Siliziumcarbideinrichtungen nach der vorliegenden Erfindung.
Siliziumcarbideinrichtungen nach den Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können
aus Siliziumcarbid mit einem Polytyp 3C, 2H, 4H, 6N und 15R sein.
In den erläuterten
Ausführungsformen
sind die n+-Bereiche und n–-Bereiche sowie
die p+ und p– mit „+" und „–„ versehen,
um unterschiedliche Dotierwerte in Bezug auf das gleiche Material
in einer für den
Fachmann wohlbekannten Weise zu symbolisieren. Siliziumcarbid vom
p-Typ ist vorzugsweise mit Aluminium oder Bor dotiert, und Siliziumcarbid
vom n-Typ ist vorzugsweise mit Stickstoff oder Phosphor dotiert.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung liefern Siliziumcarbideinrichtungen,
bei denen eine große
Anzahl von kleineren Siliziumcarbideinrichtungen parallel verbunden
sein kann. Eine Mehrzahl von Siliziumcarbideinrichtungen kann derart
vorgesehen und elektrisch getestet sein, daß „gute" Zellen definiert werden können, wenn
die Zellen, die den elektrischen Test bestehen, zum Beispiel die
spezifische Spannung der Vorwärtsrichtung
(Anode zu Kathode) blockieren. Schlechte Zellen bestehen den elektrischen
Test nicht und blockieren beispielsweise nicht die spezielle Spannung
infolge der Defekte in dem Material, Verarbeitungsproblemen und/oder
anderer Defekte. Die guten Zellen können mit Hilfe eines elektrischen
Tests oder von mehreren Tests, die dem Fachmann bekannt sind, ausgewählt werden.
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Die
guten Zellen können
selektiv durch selektives Öffnen
der Durchgänge
durch eine Isolierschicht verbunden werden, indem man eine Verbindung
in Kontakte) der guten Zellen kommen läßt, während man die Isolierschicht
anstelle schlechter Zellen beläßt. Insbesondere
kann Photolithographie durch die Verwendung einer Stufenmaske benutzt werden,
um nur die guten Zellen zu verbinden, indem man eine Maske über Kontaktbereichen
der guten Zellen entfernt, so daß die Maske über den
Kontaktbereichen der schlechten Zellen bleibt. Alternativ könnte jede
der Zellen vor der Anbringung der Stufenmaske verbunden werden,
und für
die schlechten Zellen könnte
die Verbindung durch Verwendung der Stufenmaske beseitig werden.
So wird der Ausdruck „selektiv
verbinden" hier
in dem Sinne verwendet, daß dieser
Ausdruck Einrichtungen bedeutet, die ursprünglich nicht verbunden waren
und anschließend verbunden
werden sowie auch Einrichtungen, die ursprünglich verbunden waren und
dann aus der Verbindung gelöst
werden.
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Eine
solche Lösung
der Verbindung ausgewählter
Zellen der Vielzahl von Dioden wird in den 3 und 4 erläutert. 3 ist
eine Draufsicht auf einen Wafer 10 mit mehreren Hohlräumen 12,
geeignet für
die Herstellung einer zweiendigen Siliziumcarbideinrichtung mit
mehreren selektiv verbundenen Siliziumcarbideinrichtungen, wie Dioden,
gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. 4 ist eine
Querschnittsdarstellung eines Hohlraums 12, entlang den
Linien 4-4' in 3 genommen. 3 und 4 erläutern Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung, in denen mehrere Siliziumcarbiddioden auf
einem Wafer, einem Teil eines Wafers oder mehreren Wafern vorgesehen
sind. Wie in 3 ersichtlich, können die
Wafer 10 mehrere der Hohlräume 12 haben, von
denen jeder mehrere Siliziumcarbiddioden 14 und 16 einschließt. Jede
der Siliziumcarbiddioden 14 und 16 kann kantenterminiert
sein, wie beispielsweise durch eine Kantenbegrenzung, Verbindungsbegrenzung
der Ausdehnung oder dergleichen. Beispielsweise können die
Siliziumcarbiddioden 14 und 16 Kantenbegrenzung
haben, wie in der in üblicher
Weise übertragenen US-Patentanmeldungsschrift
Serien-Nummer 09/723,710 (US6,573,128 B1) mit dem Titel „Epitaxial Edge
Termination for Silicon Carbide Schottky Devices and Methods of
Fabricating Silicon Carbide Devices incorporating Same", die am 28. November 2000
angemeldet wurde. Durch Kantenbeendi gung der Dioden 14 und 16 kann
man eine Isolierung der Dioden in der Begrenzung 12 gegenüber jeder
anderen oder derart erreichen, daß flache Dioden, die Defekte
eingearbeitet haben können,
die nachteilig ihre elektrischen Eigenschaften beeinflussen von
Dioden isoliert werden können,
die nicht solche Defekte einarbeiten.
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Die
Siliziumcarbiddioden 14 und 16 werden elektrisch
getestet, um zu bestimmen, ob die Dioden einen elektrischen Test
oder Tests bestehen, wie einen Blockierspannungstest. Gleichzeitig
können
der elektrische Test oder die Tests eine „Einbrennen" oder einen anderen
derartigen Wiederherstellungstest einschließen. In 3 sind die
Dioden 14, welche den elektrischen Test durchlaufen haben
schattiert dargestellt, während
die Dioden 16, die den elektrischen Test nicht durchlaufen
haben, nicht schattiert dargestellt sind. In 3 werden
Dioden 14, die den elektrischen Test bestanden haben, parallel
verbunden, während
die Dioden 16, die den elektrischen Test nicht bestanden
haben, nicht verbunden werden.
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Vorzugsweise
wird die Mehrzahl von Dioden 14 und 16 auf dem
Hohlraum 12 angeordnet, und dann wird der Hohlraum 12 an
dem Wafer 10 in einem vordefinierten Muster angeordnet.
Dieses Muster braucht nicht das gleiche Muster wie jenes des Wafers
zu sein. Das vordefiniert Muster jedoch gestattet vorzugsweise elektrisches
Testen der Dioden in einem Hohlraum, Durchgangssonden oder andere derartige
in situ arbeitende elektrische Testmethoden, die dem Fachmann bekannt
sind, bevor man eine Verbundstruktur selektiv mit den Dioden verbindet,
die den elektrischen Test oder die Tests bestanden haben.
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4 ist
eine Querschnittsdarstellung eines Hohlraums 12, der entlang
den Linien 4-4' von 3 entnommen
wurde, wo die Siliziumcarbiddioden Schottky-Dioden sind. Während die
Dioden in 4 als Schottky-Dioden beleuchtet
werden, wie für
den Fachmann auf der Hand liegt, können Dioden anderer Typen auch
in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung benutzt werden, wie als „pn"-Junctiondioden,
Juction Barrier Schottky (JBS) Dioden oder dergleichen. So ist die
Struktur der Dioden, die in 4 erläutert sind,
für Beleuchtungszwecke,
und die vorliegende Erfindung sollte nicht auf solche Strukturen
beschränkt
werden. Beispielsweise können
die Dioden der US-Patentanmeldung Serien-Nummer 09/723,710, die
oben erwähnt
wurde, auch benutzt werden, während
noch Vorteile aus dem Testen der vorliegenden Erfindung gezogen werden.
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Wie
in 4 ersichtlich ist, schließt eine Mehrzahl von Siliziumcarbiddioden
ein n+– Siliziumcarbidsubstrat 30 eine
n+ epitaxische Schicht 32 von Siliziumcarbid
auf dem Substrat 30 und mit n+ epitaxische
Schicht 34 von Siliziumcarbid auf der n+ epitaxischen
Schicht 32 ein hat. Ein Schottky-Kontakt 35 ist auf der dann
n–-epitaxischen
Schicht 34 vorgesehen. Ein zweiter Ohmscher Kontakt 40 ist
auf dem Siliziumcarbidsubstrat 30 gegenüber der Schicht von Siliziumcarbid 32 vorgesehen.
Wie weiterhin in 4 ersichtlich ist, sind die
Dioden mesa-kantenbegrenzt, so daß eine Seitenwand 42 des
Mesa sich im wesentlichen zu oder in das Substrat 30 erstreckt.
Alternativ oder zusätzlich
zur Mesakantenbegrenzung kann auch eine Kantenbegrenzung, ein Guard-Ring oder
andere Kantenbegrenzungstype benutzt werden.
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Eine
Isolierschicht 18 ist auf den Dioden vorgesehen, und Durchgänge 44 sind
selektiv durch die Isolierschicht 18 hindurch zu den Kontakten 36 von Dioden,
die den elektrischen Tst be standen, vorgesehen. Die Durchgänge 44 können durch
selektives Ätzen
oder selektives Wachstum erhalten werden. Beispielsweise wird ein
Durchgang 44 zu dem Kontakt 36 der Diode 14 vorgesehen,
doch ist ein Durchgang nicht an dem Kontakt 36 der Diode 16 vorhanden.
ein Verbindungsmetall 20, wie Titan, Platin, Gold, Aluminium,
Kupfer, Silber oder Kombinationen hiervon, ist in dem Durchgang 44 so
vorgesehen, daß man
eine elektrische Verbindung nur zu den ausgewählten der Dioden bekommt. Die
Isolierschicht kann SiO2, Si3N4; Oxid-Nitrid-Oxid, Oxynitrid oder dergleichen
sein. Beispielsweise sind geeignete Isolierschichten in der üblich übertragenen
US-Patentanmeldung, Serien-Nummer 08/878,442 mit dem Titel „High Voltage, High
Temperature Capacitor Structures and Methods of Fabricating Same", eingereicht am
11 Juni 2001 beschrieben.
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Ausführungsbeispiele
nach der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf 5 beschrieben,
welche einen Programmablaufplan zeigt, der das Arbeiten gemäß Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung erläutert.
Wie in 5 zu sehen ist, wird eine Vorrichtungsgröße gewählt, die genügend Siliziumcarbideinrichtungen
auf wenigstens einem Teil eines Wafers wählt, um eine erwünschte Gerätecharakteristik,
wie eine erwünschte Stromhandhabungsfähigkeit
(Block 50) zu bekommen. Eine solche Vorrichtungsgröße kann
beispielsweise durch Bestimmung, wie viele individuell isolierte
Einrichtungen einer gegebenen Größe auf dem Abschnitt
des Siliziumcarbidwafers vorgesehen sein können und welcher Prozentsatz
Ausbeute mit solchen Einrichtungen verbunden wäre. Es kann dann bestimmt werden,
ob eine genügende
Anzahl von Vorrichtungen auf dem Abschnitt des Siliziumcarbidwafers
würde erwarten
lassen, daß er
eine ausreichende Menge ist, um die erwünschte Anzahl von Einrichtungen
zu liefern, welche parallel verbunden werden kann, um die erwünschte Arbeitscharakteristik
(zum Beispiel Stromhandhabbarkeit) zu liefern.
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Die
Vorrichtungen der ausgewählten
Größe werden
mit Kontakten hergestellt, die so vorgesehen sind, daß sie ein
Testen der Einrichtungen auf dem Wafer (Block 52) erlauben.
Die Einrichtungen werden unter Benutzung der exponierten Kontakte
(Block 54) und Vorrichtungen, die den Test bestehen, werden
für die
Verbindung untereinander ausgewählt
(Block 56). Eine Isolierschicht wird auf den freigelegten
Kontakten aller Einrichtungen auf dem Teil des Wafer (Block 58)
hergestellt. Durchgänge
werden dann über
der gesamten Isolierschicht entsprechend den ausgewählten Einrichtungen
(Block 60) geöffnet,
und verbundenes Metall wird in den Durchlässen und der Isolierschicht
gebildet und gemacht, um die selektiven Einrichtungen zu verbinden
(Block 62). Alternativ kann eine selektiv gezüchtete Isolierschicht
vorgesehen sein, um die nicht-selektiven Einrichtungen zu isolieren.
Die Dioden können
einen gemeinsamen Kontakt auf einer Seite der Vorrichtungen haben,
und einen separater Kontakt für
jede Einrichtung auf der anderen Seite der Einrichtungen.
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Als
ein Beispiel der oben beschriebenen Operationen können die
oben beschriebenen Einrichtungen in einem vorbestimmten Muster auf
den Siliziumcarbidwafern plaziert werden. um eine oder mehrere Tests
der Einrichtungen zu erlauben. Durch die Benutzung eines vordefinierten
Musters können die
Einrichtungen unter Verwendung einer automatischen elektrischen
Testeinrichtung getestet werden. Eine Karte der guten Zellen kann
in wirtschaftlicher Weise elektronisch übermittelt werden. Danach werden
die Wafer mit einer dicken Passivierungsschicht, wie von SiO2 und Si3N4 beschichtet. Diese Passivierungsschicht
sollte dick genug sein, um die Durchschlagspannung der guten Zellen
zu benutzen. Als nächstes
wird eine Stufenmaske, die eine einzelne Zelle lebensfähig enthält, für eine einzelne
Zelle verwendet, um die Durchgänge
auf der guten Zelle bereits durch elektrisches Testen zu identifizieren.
Die gleiche Durchgangsschichtmaske kann für das Öffnen von Durchgängen für alle guten
Einrichtungen durch aufeinanderfolgendes Öffnen mit Hilfe der Karte guter
Einrichtungen verwendet werden. Gute Einrichtungen werden dann durch
Abscheidung an überlagernden
Metalls verbunden. Dieses Überlagerungsmetall
verbindet die guten Zellen parallel, während die schlechten Zellen
durch die dicke Passivierungsschicht isoliert sind. Es sollte darauf
hingewiesen werden, daß der
Weg der vorliegenden Erfindung stark im Baßstab vergrößert werden kann. Beispielsweise
kann ein ganzer Wafer als ein Einzelteil verwendet werden, oder
unterschiedliche Größenabschnitte
auf dem Wafer können
als ein Text verwendet werden, um entsprechende Chips mit einer
Mehrzahl untereinander verbundener Einrichtungen zu bekommen. Die
derzeitige Beurteilung der zusammengesetzten Einrichtung wird typischerweise
durch die Größe des verteilten
Chips bestimmt.
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Alternativ
eher als durch das Vorsehen von Hohlräumen auf dem Siliziumcarbidwafer
könnten die
Einrichtungen über
einem Wafer oder Teil desselben verteilt und Chips durch Zersägen mit
Zwischenräumen
zwischen den Dioden oder durch ungenutzte Dioden getrennt werden.
Ein solcher „See
von Dioden" ist
in 6 erläutert.
Wie in 6 zu sehen ist, wird eine Mehrzahl von Dioden 70 über einem
Siliziumcarbidwafer verteilt. Gute Dioden werden abgeschirmt und
schlechte Dioden nicht. Darüberliegende Puffer
machen oftmals unterschiedliche Größen, die gefertigt werden können, um
die guten Dioden miteinander zu verbinden. So kann beispielsweise, wenn
eine Vorrichtung einer speziellen Stromkapazität bedarf, wenn erwünscht, der
darüberliegende
Puffer genutzt werden, wie durch Leitung 72 gesagt ist. Wenn
stärkere
Stromkapazität
erwünscht
ist, kann der darüberliegende
Puffer gegebenenfalls durch Leitung 74 benutzt werden.
Schließlich
kann, wenn noch höhere
Stromkapazität
erwünscht
ist, der darüberliegende
Puffer bei Leitung 76 benutzt werden. Die Größen der
darüberliegenden
Puffer können
auf dem Aufsatz guter Dioden bestimmt werden, die von dem elektrischen
Test stammen. Weiterhin können Mehrfachüberlappungspuffer
auf einem einzigen Wafer vorgesehen werden, um Mehrfachdioden von
diesem Wafer zu bekommen. So sind beispielsweise, wenn 100 A-Dioden
erwünscht
sind, mehrfach übereinanderliegende
Puffer unterschiedlicher Größen erwünscht, in
einem einzigen Wafer verwendet zu werden, um eine ausreichende Anzahl
guter Dioden zu bekommen, die jeweils ein darüberliegendes Polster haben,
so daß die
Gesamtheit der Endvorrichtungen die 100 A Kriterien befriedigen.
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Die 7 bis 11 erläutern Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, bei denen eine Mehrzahl von Siliziumcarbidschaltern
selektiv parallel verbunden sind, bezogen auf elektrische Eigenschaften
individueller der Vielzahl von Siliziumcarbidschaltern. Wie in 7 zu
sehen ist, hat ein Hohlraum 500 auf einem Siliziumcarbidwafer
eine Mehrzahl von Siliziumcarbidschaltern 520. Die Siliziumcarbidschalter 520 sind
als vertikale Einrichtungen mit einer gemeinsamen „Rückseite" in Kontakt als ein Drain-Kontakt
und zwei „Oberseite"-Kontakten, einem
Source-Kontakt 540 und einem Gate-Kontakt 560 erläutert. Die
Siliziumcarbidschalter 520 werden elektrisch getestet,
wie oben unter Bezugnahme auf die Siliziumcarbiddioden beschrieben
wurde, um jene Vorrichtungen mit einer vordefinierten elektrischen
Charakteristik zu identifizieren. Wie mit den Dioden oben beschrieben,
sind vorzugsweise die Siliziumcarbidschalter 520 jeweils
kantenbegrenzt, um die Vorrichtungen voneinander zu isolieren. Geeignete Kantenbegrenzungstechniken
wurden oben unter Bezugnahme auf die Siliziumcarbiddioden beschrieben
und werden in den US-Patentschriften für Siliziumcarbideinrichtungen
identifiziert, welche oben bereits identifiziert wurden, wobei die
Offenbarung dieser Literaturstelle vollständig hier eingeführt wird.
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Einrichtungen,
die dem elektrischen Test genügen,
werden identifiziert und eine „Karte" solcher guten Einrichtungen
wird erzeugt, um selektive Verbindung der guten Einrichtungen zu
erlauben. 8 erläutert Einrichtungen 600,
die dem elektrischen Test genügen,
werden als „gut" markiert, und Vorrichtungen 620,
die dem elektrischen Test nicht genügten, werden als „schlecht" markiert. Nach dem
elektrischen Test zur Identifizierung guter Einrichtungen 600 und
schlechter Einrichtungen 620 wird eine dicke Isolierschicht,
wie oben beschrieben, auf allen Einrichtungen ausgebildet. 9 erläutert die
selektive Verbindung der guten Einrichtungen 600. Ein erster Durchgang 740 für den Source-Kontakt 540 und
ein zweiter Durchgang 760 für den Gate-Kontakt 560 finden
sich selektiv durch die Isolierschicht. Solche Durchgänge 740 und 760 können selektiv
mit einer Stufenmaske gebildet werden, die eine Durchgangsmaske
für eine
einzelne Einrichtung einschließt,
welche wiederholt auf Bereichen des Hohlraums 500 der guten
Einrichtungen 600 aufgebracht wird. Eine Metallschicht
wird auf der Isolierschicht ausgebildet sowie auch in den Durchgängen, um
die darunterliegenden Vorrichtungskontakte zu kontaktieren, und wird
so gemustert, daß man
eine Gate-Verbindungsschicht 720 und eine Source-Verbindungsschicht 700 bekommt.
Die interdigitale Struktur, die in 9 erläutert ist,
kann benutzt werden, um selektiv die Gate-Kontakte guter Einrichtungen
und die Source-Kontakte guter Einrichtungen zu verbinden, während man
die Isolierung der schlechten Einrichtungen aufrechterhält.
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10 erläutert die
Bildung von Gate- und Source-Puffern für die Gate- und Source-Verbindungsschichten 700 und 720.
Eine weitere Isolationsschicht ist auf den Verbindungsschichten 700 und 720 sowie
den Durchgängen 840 und 860 vorgesehen,
die in der Isolierschicht geöffnet
werden, um entsprechende Verbindungsschichten 700 und 720 zu bekommen.
Eine Metallschicht wird auf der Isolierschicht ausgebildet sowie
auch in den Durchgängen, um
die darunterliegende Gate-Verbindungsschicht 720 und die
Source-Verbindungsschicht 700 zu kontaktieren, und sie
wird mit Muster versehen, um einen Source-Puffer 800 und
einen Gate-Puffer 820 zu bekommen.
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11 ist
ein Querschnitt von Beispielen für Vorrichtungen
nach Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Wie in 11 ersichtlich,
werden mehrere Siliziumcarbidvorrichtungen 90, 92 und 94 selektiv
parallel verbunden. Die Siliziumcarbideinrichtungen 90, 92 und 94 schließen ein
Siliziumcarbidsubstrat 102 mit einem p-Typ-Bereich 100 darin ein.
Mit dem p-Typbereich 100 wird ein n+-Bereich 98 und
in dem n–-Bereich 98a ein
p+-Bereich 96 vorgesehen. Jeder
der Bereiche 96, 98 und 100 ist Siliziumcarbid
und kann unter Ausnutzung herkömmlicher Siliziumcarbid-Herstellungstechniken
bereitet werden. Ein Source-Kontakt 106 ist auf dem p+-Bereich 96 und dem n+-Bereich 98 vorgesehen.
Ein Gateoxid 108 ist auf dem p-Typ Bereich 100 und
dem n+-,Bereich 98 vorgesehen,
und ein Gate-Kontakt 110 ist auf dem Gateoxid 108 vorgesehen.
Ein gemeinsamer Drain-Kontakt 104 ist auf dem Substrat 102 vorgesehen.
Wie weiter in 11 gezeigt ist, sind die Einrichtungen 90, 92 und 94 Mesa
kantenterminiert, um auf der Vorrichtung von den anderen zu isolieren. Die
Herstellung von Vorrichtungen, wie oben beschrieben, ist in der
US-Patentanmeldung, Serien Nr. 09/911,995 mit dem Titel „Silicon
Carbide Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistors Having
a Shorting Channel and Methods of Fabricating Silicon Carbide Metal-Oxide
Semiconductor Field Effekt Transistors Having a Shorting Channel", eingereicht am
21. Juli 2001, beschrieben.
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Wie
weiter in 11 ersichtlich ist, ist eine erste
Isolierschicht 112 auf den Vorrichtungen bei einem Durchgang 116 vorgesehen,
der sich in die erste Isolierschicht 112 öffnet, um
die Gate-Kontakte 110 der
Vorrichtungen 90, 92 und 94 freizulegen.
Die erste Isolierschicht 112 wird durch die gestrichelte
Linie in 11 erläutert. Durchgänge werden
auch geöffnet,
um die Source-Kontakte 106 der Vorrichtungen 90, 92 und 94 freizulegen,
und ein Source-Kontakt 118 wird vorgesehen. Nach dem elektrischen
Test der Vorrichtungen 90, 92 und 94 wird
eine zweite Isolierschicht 120 auf der ersten Isolierschicht
und dem Source-Kontakt 118 gebildet. Durchgänge 124 sind durch
die zweite Isolierschicht 120 hindurch vorgesehen, um wenigstens
einen Teil der Source-Kontakte 118 von Vorrichtungen 90 und 94 freizulegen,
die den elektrischen Test oder die elektrischen Tests bestanden,
und Durchgänge 122 werden
durch die zweite Isolierschicht 120 und die erste Isolierschicht 112 hindurch
vorgesehen, um wenigstens Teile der Gate-Kontakte 110 der
Vorrichtungen 90 und 94 zu bekommen. Die Durchgänge 122 und 124 können wie
oben beschrieben unter Verwendung einer Stufenmaske oder einer anderen
derartigen photolithographischen Technik erzeugt werden. Die Durchgänge 122 und 124 sind
füllstoffhaltig
mit Metallisierung und gemusterter Metallisierung, um eine Gate-Verbindungsschicht 126 und
eine Source-Verbindungsschicht 128 zu bekommen. So sind
die Vorrichtungen 90 und 94, die den elektrischen
Test oder die entsprechenden Tests bestanden haben, selektiv verbunden,
und die Vorrichtungen 92, die den elektrischen Test oder
die Tests nicht bestanden, werden von den anderen Vorrichtungen
isoliert.
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In
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die in 11 erläutert ist,
werden Kontaktpuffer auch für
die Source- und die Gate-Kontakte vorgesehen. Während nur ein solcher Kontaktpuffer in 11 erläutert ist,
könnte
auch ein zweiter Kontaktpuffer in der dritten Dimension der Figur
vorgesehen sein, welcher sich in die und aus der erläuterten Ebene
erstreckt. So wird, wie in 11 ersichtlich, eine
dritte Isolierschicht 136 auf der Gate-Verbindungsschicht 126,
der Source-Verbindungsschicht 128 und
der zweiten Isolierschicht vorgesehen. Durchgänge 130 werden in
der dritten Isolierschicht 136 geöffnet, um wenigstens Teile
der Gate-Verbindungsschicht 126 freizulegen, und Durchgänge 132 werden
in der dritten Isolierschicht 136 geöffnet, um wenigstens Teile
der Source-Verbindungsschicht 128 freizulegen. Metallisierung
wird durch die Durchgänge 130 vorgesehen,
um einen Gate-Kontaktpuffer 134 zu bekommen, und durch
die Durchgänge 132, um
einen Source-Kontaktpuffer (nicht gezeigt) für die üblichen verbundenen Vorrichtungen 90 und 94 zu liefern.
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Als
ein Beispiel von Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird für eine Zellgröße von 2 mm × 2 mm,
die gemäß 1 eine
Ausbeute von etwa 50% haben wird, für eine Gesamtdefektdichte von
20 cm–2 vorliegen.
Jede Zelle wird eine Bewertung von 600 bis 2000 V, 4 A bei 100 A/cm2 haben. Etwa 324 Zellen können auf
einem Wafer von 50 mm mit einer 80% Brauchbarkeitsfläche vorgesehen
werden, angenommen daß ein
Spalt von 0,4 mm zwischen benachbarten Zellen vorliegt. Etwa 8 gute
Zellen können
in einem Chip von 16 Zellen jeweils angenommen werden. Somit würde man
für jeden
Chip erwarten, daß er
600 bis 2000 V/32 A leisten könnte.
Es wäre
zu erwarten, daß 20
solcher Chips aus einem einzigen Wafer erhalten werden können. Im
Gegensatz dazu, wenn eine einzelne Vorrichtung mit 600 bis 200 V,
32 A Kapazität
hergestellt wurde. wird die Ausbeute etwa 2,5% betragen – etwa 1
Einrichtung pro Wafer.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Strukturen
beschrieben wurde, die in den 3 bis 11 erläutert sind,
liegt es für
den Fachmann auf der Hand, im Licht der vorliegenden Beschreibung
verschiedene Abwandlung solcher Strukturen vorzunehmen, obwohl er
Vorteile aus den technischen Lehren der vorliegenden Erfindung zieht.
Beispielsweise können
seitliche Vorrichtungen vorgesehen werden, wenn zwei, drei oder mehr
Terminals auf der Seite der Vorrichtung vorgesehen sind. Ähnlich können zusätzlich zu
den hier beschriebenen Vorrichtungen solche Vorrichtungen wie jene,
die in den obigen Patentschriften identifiziert wurden, oder noch
andere derartige Siliziumcarbidvorrichtungen verwendet werden. Demnach
sollte die vorliegende Erfindung nicht als Beschränkung der
speziellen Strukturen oder Vorrichtungen, die oben beschrieben wurden,
angesehen werden.
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Außerdem liegt
es auch für
den Fachmann auf der Hand, wenn er die vorliegende Erfindung mit einer
Stufenmaske in einem photolithographischen Verfahren beschrieben
sah, nach dieser Beschreibung andere photolithographische oder mit
Musterung arbeitende Techniken zu benutzen, die auch benutzt werden,
um selektiv nur die Vorrichtungen zu verbinden, die einen elektrischen
Test absolviert haben. Beispielsweise könnten Lift-Off- oder andere solche
Techniken benutzt werden, um Durchgänge für nur jene Vorrichtungen vorzusehen,
die den elektrischen Test oder die Tests bestanden haben.
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In
den Zeichnungen und der Beschreibung wurden typische bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben und, obwohl spezielle Begriffe verwendet
werden, werden sie allgemein und im beschreibenden Sinn nur dort
und nicht zum Zwecke einer Beschränkung des Erfindungsgedankens
anzusehen sein, der sich in den folgenden Ansprüchen findet.