晶圆过渡结构、晶圆及其制备方法、老化测试装置及老化测试方法与流程

allin2025-07-19  38


本发明属于晶圆测试,具体涉及一种晶圆过渡结构及其制备方法、晶圆的制备方法及采用该制备方法制备得到的晶圆、适用于该晶圆过渡结构的老化测试装置及采用该老化测试装置进行老化测试的方法。


背景技术:

1、功率器件故障率随时间变化的曲线,符合“浴盆曲线”规律,即分为早期故障期、偶然故障期、耗损故障期。早期故障阶段失效率高,但随时间增加而迅速下降,该阶段失效原因主要由于设计、原料、制造过程缺陷造成的。偶然故障阶段,失效率降低到相对低的水平,体现平稳状态,失效率近似为常数,此阶段的故障,主要由偶然因素引起,偶然失效阶段是产品主要的工作期间。耗损故障阶段,故障率随时间迅速上升,很快出现产品故障大量增加直至最终报废,与器件的设计寿命相关。可靠性工作的最终目标之一是采取环境应力等措施筛选器件,降低早期故障率,使产品到用户手中已处于偶然故障期。尤其是gan第三代半导体、宽禁带化合物半导体等,外延材料上存在晶格失配,引起各类外延缺陷,工艺上也存在不成熟、缺陷多等问题。易导致早期故障率偏高,难以满足工控类、车规类需求。因此如何有效筛除功率器件的早期故障,是第三代半导体功率器件制造与应用领域亟待解决的问题。

2、对此,现有技术中已有通过晶圆级考核(burn in)的方式对器件进行考核的,其采用数百到数千针的针卡,与晶圆上的每颗芯片的多电极一一对应扎针并固定,放入烤箱,通过针卡与外部连线,实现每颗器件单独形成一个回路,连接到外部的数百到数千个保险丝或快熔电阻,最终连接总电源。目前业内的这种方法主要存在的问题如下所述:

3、(1)设备费用极其高昂,甚至实现针卡与晶圆扎针的步骤都需要大型设备;且针卡耗材的费用极其高昂,任意的芯片失效都可能导致与其接触的探针烧毁,从而造成整张针卡损坏;

4、(2)外部环路极其复杂,每颗芯片对应一个外部环路,数百个环路,更换保险丝或快熔电阻的操作繁琐复杂;

5、(3)尤其是异质外延或者是晶圆中有厚金属等均会造成晶圆翘曲,这就导致整片晶圆扎针出现不可控现象,很可能出现局部虚接问题,造成芯片失效或未被考核。


技术实现思路

1、鉴于此,为了克服现有技术的缺陷,本发明的目的是提供一种晶圆过渡结构、晶圆及其制备方法、老化测试装置及老化测试方法,晶圆过渡结构可用于晶圆级考核,即使出现个别芯片失效,整片晶圆考核仍能继续进行。

2、为了达到上述目的,本发明采用以下的技术方案:

3、本发明提供了一种晶圆过渡结构,包括多个芯片,所述晶圆过渡结构的一侧具有过渡层,每个所述芯片均包括源电极、漏电极、栅电极、第一电阻、第二电阻、第一电阻电极、第二电阻电极、场板、连接段以及由下至上依次设置的衬底、叠层结构、第一介电层和第二介电层,所述第二介电层靠近所述过渡层,所述源电极位于所述叠层结构和第一介电层中,所述漏电极位于所述叠层结构、第一介电层和第二介电层中,所述栅电极位于所述第一介电层中;所述连接段用于连接所述栅电极与第一电阻电极,所述漏电极还与过渡层连接;所述场板与栅电极及连接段均连接,所述第一电阻电极与所述栅电极及第一电阻连接,所述第一电阻电极还与所述第二电阻或衬底连接,所述第一电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值;

4、所述晶圆过渡结构的所有芯片的源电极与衬底并联连接,所述过渡层用于使所述晶圆过渡结构的所有芯片的漏电极并联连接。

5、本发明的一些实施例中,第一电阻为级联电阻,第二电阻为保护电阻,第一电阻的阻值为100ω~100mω,优选为1~20mω,第二电阻的阻值为1ω~1mω,优选为1~100kω。

6、本发明通过芯片设计,将三端常通芯片临时连接为两端(高电平连接端与低电平连接端)常断芯片,并使得所有芯片分别串联保护电阻后,高电平连接端(晶圆过渡结构的正面)短接作为晶圆过渡结构的上电极,低电平连接端(晶圆过渡结构的背面)短接作为晶圆过渡结构的下电极,最终整片晶圆过渡结构仅输出两个电极,极大简化了晶圆级考核难度。且晶圆过渡结构实现了所有芯片分别串联了保护电阻,当被测芯片击穿时,支路保护电阻熔断,使得其他支路考核仍然可以继续进行。

7、具体地,本发明的一些实施例中,实现了芯片的源电极串联到级联电阻(第一电阻),级联电阻的另一端连接到芯片的栅电极,仅将漏电极作为高电平连接端,栅电极串联保护电阻(第二电阻),保护电阻的另一端作为低电平连接端。将高低电平分别短接,作为整个晶圆过渡结构的上下电极。

8、具体地,本发明的其他一些实施例中,实现了芯片的源电极串联到级联电阻(第一电阻),级联电阻的另一端连接到芯片的栅电极,栅电极的一端作为低电平连接端;保护电阻(第二电阻)位于漏电极和高电平连接端之间。将高低电平分别短接,作为整个晶圆过渡结构的上下电极。

9、根据本发明的一些优选实施方面,所述漏电极包括漏电极本体电极和漏电极第一电极,所述漏电极本体电极位于所述漏电极第一电极的下方,所述漏电极本体电极的一部分位于所述叠层结构中,所述漏电极本体电极的另一部分位于所述第一介电层中,所述漏电极第一电极的一部分位于所述第一介电层中,所述漏电极第一电极的另一部分位于所述第二介电层中。

10、根据本发明的一些优选实施方面,所述漏电极第一电极的一端与所述过渡层连接,所述漏电极第一电极的另一端与所述漏电极本体电极连接。

11、根据本发明的一些优选实施方面,所述漏电极还包括漏电极第二电极,所述漏电极第二电极位于所述漏电极本体电极与漏电极第一电极之间,所述漏电极第二电极的一端与所述第二电阻的一端连接,所述漏电极第二电极的另一端与所述漏电极本体电极连接,所述第二电阻的另一端与所述漏电极第一电极的一端连接。

12、根据本发明的一些优选实施方面,所述第二电阻电极的一端与所述衬底连接,所述第二电阻电极的另一端与所述第二电阻连接,所述第二电阻远离第二电阻电极的一端与所述第一电阻电极连接。

13、优选地,本发明提供的其中一种晶圆过渡结构的上表面(正面)为所有芯片的漏电极并联,下表面(背面)为所有芯片的源电极分别连接各自的级联电阻后连接各自的栅电极,进一步地,各自的栅电极连接各自的保护电阻后,再统一并联连接到衬底。

14、根据本发明的一些优选实施方面,所述第二电阻电极的一端与所述衬底连接,所述第二电阻电极的另一端与所述第一电阻电极连接,从而使得第一电阻电极还与衬底连接。

15、优选地,本发明提供的另一种晶圆过渡结构的上表面(正面)为每颗芯片的保护电阻的一端并联,保护电阻的另一端分别连接到各自芯片的漏电极,下表面(背面)为所有芯片的源电极分别连接各自的级联电阻后连接各自的栅电极,再统一并联连接到衬底。

16、根据本发明的一些优选实施方面,所述过渡层的厚度为0.5~8μm。优选地,过渡层的厚度为4~6μm。

17、本发明还提供了一种上述的晶圆过渡结构的制备方法,包括如下步骤:

18、选取导电材料作为衬底,在衬底上进行氮化物外延生长,依次形成成核层、缓冲层、沟道层、势垒层和盖帽层,成核层、缓冲层、沟道层、势垒层和盖帽层构成叠层结构;

19、在叠层结构的盖帽层上,进行图形化处理,并注入离子材料,形成电性隔离区,隔离时实现了第一电阻的结构;

20、在叠层结构的盖帽层上,刻蚀形成源电极孔、漏电极本体电极孔和第一电阻电极孔;

21、在源电极孔、漏电极本体电极孔和第一电阻电极孔中填充金属,进行退火形成欧姆接触,分别形成源电极、漏电极本体电极和第一电阻电极;

22、在源电极、漏电极本体电极及第一电阻电极的上方进行沉积形成第一介电层,并刻蚀出栅电极孔、通孔和第二电阻电极孔,或,刻蚀出栅电极孔、通孔、漏电极第二电极孔和第二电阻电极孔;

23、在第一介电层上填充金属并刻蚀掉多余金属,形成栅电极及场板、连接段、第二电阻和第二电阻电极,或,形成栅电极及场板、连接段、第二电阻、第二电阻电极及漏电极第二电极;

24、在栅电极、场板及连接段上方进行沉积形成第二介电层,并刻蚀出漏电极第一电极孔;

25、在第二介电层上填充金属形成漏电极第一电极及过渡层,得到所述晶圆过渡结构。

26、本发明的芯片的电极连接通过金属连接实现,不存在虚接问题,有利于提升考核过程的可靠性。

27、本发明又提供了一种晶圆的制备方法,包括如下步骤:

28、采用上述的晶圆过渡结构的制备方法制备得到所述晶圆过渡结构,再对过渡层进行图形化刻蚀,形成漏电极第三电极;

29、从第二介电层向下刻蚀出栅电极开窗口、源电极开窗口,或,刻蚀出栅电极开窗口、源电极开窗口及漏电极开窗口,得到所述晶圆。

30、本发明的晶圆过渡结构可直接用于晶圆级考核,待考核结束后,晶圆过渡结构可通过图形化刻蚀去除过渡层并刻蚀出各个电极对应的开窗口,使得各芯片恢复各功能电极,完成完整的晶圆工艺以得到晶圆,可用于后续测试筛选、切割、封装器件。

31、本发明还提供了一种晶圆,采用如上所述的晶圆的制备方法制备得到,所述晶圆包括多个芯片,每个所述芯片均包括源电极、漏电极、栅电极、第一电阻、第二电阻、第一电阻电极、第二电阻电极、场板、连接段以及由下至上依次设置的衬底、叠层结构、第一介电层和第二介电层,所述源电极位于所述叠层结构和第一介电层中,所述漏电极位于所述叠层结构、第一介电层和第二介电层中,所述栅电极位于所述第一介电层中;所述连接段用于连接所述栅电极与第一电阻电极;所述场板与栅电极及连接段均连接,所述第一电阻电极与所述栅电极及第一电阻连接,所述第一电阻电极还与所述第二电阻或衬底连接。

32、根据本发明的一些优选实施方面,所述漏电极包括漏电极本体电极、漏电极第一电极和漏电极第三电极,所述漏电极本体电极位于所述漏电极第一电极的下方,所述漏电极本体电极的一部分位于所述叠层结构中,所述漏电极本体电极的另一部分位于所述第一介电层中,所述漏电极第一电极的一部分位于所述第一介电层中,所述漏电极第一电极的另一部分位于所述第二介电层中,所述漏电极第三电极位于所述第二介电层的上方,所述漏电极第三电极与所述漏电极第一电极连接。

33、根据本发明的一些优选实施方面,还包括栅电极开窗口和源电极开窗口,所述栅电极开窗口位于所述栅电极的上方,所述源电极开窗口位于所述源电极的上方。

34、根据本发明的一些优选实施方面,还包括漏电极开窗口,所述漏电极开窗口位于所述漏电极本体电极的上方。

35、本发明也提供了一种老化测试装置,用于对如上所述的晶圆过渡结构进行老化测试。

36、优选地,本发明的老化测试装置包括片架,所述片架的内部具有空腔,在空腔的两个相对的侧壁上开设有多个间隔排列的卡槽单元,每个卡槽单元均包括两个相对设置的卡槽,卡槽用于晶圆过渡结构的放置,同时也对晶圆过渡结构的位置进行限位,避免其掉落。此外,一个卡槽单元的其中一个卡槽中固定设置有第一电极和第二电极,一个晶圆过渡结构位于一个卡槽的第一电极与第二电极之间,第一电极与晶圆过渡结构的正面接触,第二电极与晶圆过渡结构的背面接触。第一电极与第二电极之间还具有一定的弹性压力,确保其与晶圆过渡结构的正面和背面之间能形成良好的电接触。

37、优选地,每个卡槽中的第一电极短接到第一电线,每个卡槽中的第二电极短接到第二电线,最后将第一电线和第二电线集中导出连接到供电电源。测试时,可将整个老化测试装置置于烘箱中,通过集中供电可实现整片晶圆过渡结构的晶圆级考核。

38、优选地,每个卡槽单元中的卡槽适用于所有型号的芯片,无兼容性问题。

39、本发明还提供了一种老化测试方法,其采用如上所述的老化测试装置对晶圆过渡结构进行老化测试。

40、测试时,直接将待考核的晶圆过渡结构插入老化测试装置中的对应的卡槽中,将每个晶圆过渡结构的正面和背面分别与对应卡槽中的第一电极、第二电极连接,将整个老化测试装置放入烘箱中,调节烘箱温度为-60~300℃,调节供电电源的电压为1~3000v,对整片晶圆过渡结构进行晶圆级考核,考核时间为0.01~1000h。本发明的老化测试方法极大地简化了操作难度,提高了生产效率。

41、由于采用了以上的技术方案,相较于现有技术,本发明的有益之处在于:

42、(1)每个晶圆过渡结构仅有两个电极,且其包含保护电阻,极大简化了晶圆级考核难度,促使晶圆级考核密度大幅度提升;

43、(2)晶圆过渡结构的每颗芯片均自带保护电阻,无需在外部对应每个芯片加保险丝或者快熔电阻,极大简化了考核环路,提升考核的可靠性;且保护电阻实际可以通过晶圆工艺调节阻值和熔断能力,实现了良好的保护能力,使得整个系统电源不会因失效器件而被钳制拉低,提升考核系统自身的可靠性;

44、(3)本发明的晶圆过渡结构的设置使得在晶圆级考核过程中,单颗芯片失效时,该芯片短路低阻,原本施加在其上的电压转为施加到该芯片内串接的保护电阻上,造成保护电阻的功率过高,瞬间熔断,从而避免供电电源电流保护,使得即便出现单个芯片失效,整片晶圆考核仍能继续进行;

45、(4)本发明的老化测试装置的结构简单,而一个设备还可同时考核数百片晶圆过渡结构,既可有效降低测试设备的花费,又可提高测试效率。


技术特征:

1.一种晶圆过渡结构,包括多个芯片,其特征在于,所述晶圆过渡结构的一侧具有过渡层,每个所述芯片均包括源电极、漏电极、栅电极、第一电阻、第二电阻、第一电阻电极、第二电阻电极、场板、连接段以及由下至上依次设置的衬底、叠层结构、第一介电层和第二介电层,所述第二介电层靠近所述过渡层,所述源电极位于所述叠层结构和第一介电层中,所述漏电极位于所述叠层结构、第一介电层和第二介电层中,所述栅电极位于所述第一介电层中;所述连接段用于连接所述栅电极与第一电阻电极,所述漏电极还与过渡层连接;所述场板与栅电极及连接段均连接,所述第一电阻电极与所述栅电极及第一电阻连接,所述第一电阻电极还与所述第二电阻或衬底连接,所述第一电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值;

2.根据权利要求1所述的晶圆过渡结构,其特征在于,所述漏电极包括漏电极本体电极和漏电极第一电极,所述漏电极本体电极位于所述漏电极第一电极的下方,所述漏电极本体电极的一部分位于所述叠层结构中,所述漏电极本体电极的另一部分位于所述第一介电层中,所述漏电极第一电极的一部分位于所述第一介电层中,所述漏电极第一电极的另一部分位于所述第二介电层中。

3.根据权利要求2所述的晶圆过渡结构,其特征在于,所述漏电极第一电极的一端与所述过渡层连接,所述漏电极第一电极的另一端与所述漏电极本体电极连接。

4.根据权利要求2所述的晶圆过渡结构,其特征在于,所述漏电极还包括漏电极第二电极,所述漏电极第二电极位于所述漏电极本体电极与漏电极第一电极之间,所述漏电极第二电极的一端与所述第二电阻的一端连接,所述漏电极第二电极的另一端与所述漏电极本体电极连接,所述第二电阻的另一端与所述漏电极第一电极的一端连接。

5.根据权利要求3所述的晶圆过渡结构,其特征在于,所述第二电阻电极的一端与所述衬底连接,所述第二电阻电极的另一端与所述第二电阻连接,所述第二电阻远离第二电阻电极的一端与所述第一电阻电极连接。

6.根据权利要求4所述的晶圆过渡结构,其特征在于,所述第二电阻电极的一端与所述衬底连接,所述第二电阻电极的另一端与所述第一电阻电极连接。

7.根据权利要求1所述的晶圆过渡结构,其特征在于,所述过渡层的厚度为0.5~8μm。

8.一种如权利要求1~7任意一项所述的晶圆过渡结构的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

9.一种晶圆的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

10.一种晶圆,其特征在于,采用如权利要求9所述的晶圆的制备方法制备得到,所述晶圆包括多个芯片,每个所述芯片均包括源电极、漏电极、栅电极、第一电阻、第二电阻、第一电阻电极、第二电阻电极、场板、连接段以及由下至上依次设置的衬底、叠层结构、第一介电层和第二介电层,所述源电极位于所述叠层结构和第一介电层中,所述漏电极位于所述叠层结构、第一介电层和第二介电层中,所述栅电极位于所述第一介电层中;所述连接段用于连接所述栅电极与第一电阻电极;所述场板与栅电极及连接段均连接,所述第一电阻电极与所述栅电极及第一电阻连接,所述第一电阻电极还与所述第二电阻或衬底连接。

11.根据权利要求10所述的晶圆,其特征在于,所述漏电极包括漏电极本体电极、漏电极第一电极和漏电极第三电极,所述漏电极本体电极位于所述漏电极第一电极的下方,所述漏电极本体电极的一部分位于所述叠层结构中,所述漏电极本体电极的另一部分位于所述第一介电层中,所述漏电极第一电极的一部分位于所述第一介电层中,所述漏电极第一电极的另一部分位于所述第二介电层中,所述漏电极第三电极位于所述第二介电层的上方,所述漏电极第三电极与所述漏电极第一电极连接。

12.根据权利要求11所述的晶圆,其特征在于,还包括栅电极开窗口和源电极开窗口,所述栅电极开窗口位于所述栅电极的上方,所述源电极开窗口位于所述源电极的上方。

13.根据权利要求12所述的晶圆,其特征在于,还包括漏电极开窗口,所述漏电极开窗口位于所述漏电极本体电极的上方。

14.一种老化测试装置,其特征在于,用于对如权利要求1~7任意一项所述的晶圆过渡结构进行老化测试,所述老化测试装置包括片架,所述片架的内部具有空腔,所述空腔的两个相对的侧壁上开设有多个间隔排列的卡槽单元,每个所述卡槽单元均包括两个相对设置的卡槽,一个所述卡槽单元的其中一个卡槽中固定设置有第一电极和第二电极,一个所述晶圆过渡结构位于一个所述卡槽的第一电极与第二电极之间,每个所述卡槽中的所述第一电极与第一电线连接,每个所述卡槽中的所述第二电极与第二电线连接。

15.一种老化测试方法,其特征在于,采用如权利要求14所述的老化测试装置进行老化测试,所述老化测试方法包括如下步骤:


技术总结
本发明属于半导体技术领域,公开了晶圆过渡结构、晶圆及其制备方法、老化测试装置及老化测试方法,晶圆过渡结构包括多个芯片,其一侧具有过渡层,每个芯片均包括源电极、漏电极、栅电极、第一电阻、第二电阻、第一电阻电极、第二电阻电极、场板、连接段以及由下至上依次设置的衬底、叠层结构、第一介电层和第二介电层,第二介电层靠近过渡层;连接段用于连接栅电极与第一电阻电极,漏电极还与过渡层连接;场板与栅电极及连接段连接,第一电阻电极与栅电极及第一电阻连接,第一电阻电极还与第二电阻或衬底连接,第一电阻阻值大于第二电阻阻值;所有芯片的源电极均与衬底并联连接,过渡层用于使所有芯片的漏电极并联连接。

技术研发人员:任永硕,王荣华,梁辉南
受保护的技术使用者:润新微电子(大连)有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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