專利名稱：采用曝光場(chǎng)拼接技術(shù)制作超大功率智能器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路器件制造技術(shù)范圍，特別涉及一種采用曝光場(chǎng)拼接技術(shù) 制造超大功率智能器件的方法。
技術(shù)背景當(dāng)前電力電子器件的發(fā)展方向，包括了更大功率器件，智能化超大功率器件， 以及利用模塊化技術(shù)制造超大容量功率模塊等。提高器件輸出功率，始終是功率器件的重要目標(biāo)選項(xiàng)，而功率不斷提高通常 意味著單個(gè)器件的面積尺寸將不斷增加。在另一方面，由于對(duì)功率器件的性能指 標(biāo)不斷提出更高的要求，加工制造功率器件的工藝技術(shù)也在不斷地升級(jí)換代，當(dāng) 前能夠得到較好曝光質(zhì)量因而器件質(zhì)量能夠得到更好地保障的光刻方式，為步進(jìn) 式或者掃描步進(jìn)式的曝光。但是基于步進(jìn)方式的曝光，光刻機(jī)的曝光場(chǎng)面積是有限的，如果技術(shù)上不采取特殊的措施，將無法制造出面積尺寸大于曝光場(chǎng)的超大 功率的器件來。圖1中顯示了在襯底硅圓片1上分布超大功率器件2的圖形。當(dāng)前襯底硅圓 片的尺寸已經(jīng)達(dá)到了 300mm (直徑)。超大功率器件是由若干個(gè)功率器件單元3 集成的，由于功率器件單元3的最大面積由曝光場(chǎng)決定， 一般來說是遠(yuǎn)小于襯底 硅圓片面積的，因此一個(gè)襯底硅圓片上可以容納、制作成百上千的功率器件單元 3。具體的制作方式是，光刻機(jī)的硅片片臺(tái)帶著襯底硅圓片移動(dòng)到某一曝光場(chǎng)位 置，執(zhí)行該處功率器件單元的曝光；然后硅片臺(tái)執(zhí)行步進(jìn)，即帶著襯底硅圓片移 動(dòng)到下一個(gè)曝光場(chǎng)位置處，進(jìn)行下一次的曝光；如此重復(fù)直至曝光圖形覆蓋滿襯 底硅圓片的所有可用面積。這樣的曝光方式，就稱作是步進(jìn)式曝光。在超大功率 器件之間的間隔稱作是劃片槽4，將來在封裝階段，用劃片刀具沿劃片槽將一個(gè) 個(gè)超大功率器件切割下來，分別封裝得到一個(gè)個(gè)超大功率器件的芯片產(chǎn)品。當(dāng)功率器件單元的尺寸大于曝光場(chǎng)時(shí)，是無法制作的。以一個(gè)典型的VDMOS (縱向擴(kuò)散MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管)功率器件為例，當(dāng)電流容量達(dá)到150安培左右時(shí)，器件的尺寸約為15mmX15mm。這樣，如果要求器件達(dá)到1000安培及以上時(shí)，器 件的面積將大大超過當(dāng)前可用的最大的光刻機(jī)曝光面積(為30mmX30mra)。為了 有效地利用高性能的步進(jìn)式光刻機(jī)制造超大功率器件，本發(fā)明提出通過合理的版 圖設(shè)計(jì)和采用曝光場(chǎng)拼接的技術(shù)來解決曝光場(chǎng)面積不夠的問題，實(shí)現(xiàn)大面積、大 功率器件的制作。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種采用合理版圖設(shè)計(jì)和曝光場(chǎng)拼接技術(shù)，解決制作超 大功率器件時(shí)曝光場(chǎng)面積不夠的一種采用曝光場(chǎng)拼接技術(shù)制造超大功率智能器件的方法，其特征在于，所述超大功率智能器件由N個(gè)完全相同的功率器件單元 并聯(lián)構(gòu)成，并在片集成控制電路，從而實(shí)現(xiàn)超大功率器件的智能化。在工藝制造 時(shí)，將N個(gè)完全相同的功率器件單元和一個(gè)控制電路合成為一組，組內(nèi)的各功率 器件單元間不設(shè)劃片槽，采用步進(jìn)式曝光方式進(jìn)行曝光場(chǎng)的相互拼接，拼接后， 最終構(gòu)成一個(gè)超大功率智能器件；如果襯底硅圓片上能夠容納多個(gè)超大功率智能 器件時(shí)，在一個(gè)襯底硅圓片上將同時(shí)制作出多個(gè)超大功率智能器件，在相鄰超大 功率智能器件間設(shè)置劃片槽，以利于將來的劃片封裝。所述超大功率智能器件，其功率器件單元的面積尺寸小于曝光場(chǎng)面積，但是 超大功率智能器件由若干單元構(gòu)成，因此總面積將超過曝光場(chǎng)面積很多，因此采 用步進(jìn)式曝光， 一次曝光一個(gè)功率器件單元，對(duì)多次曝光得到的多個(gè)功率器件的 單元實(shí)行拼接，從而完成超大功率智能器件的曝光。所述曝光拼接是指制版時(shí)，只制作功率器件單元的單個(gè)版形，將功率器 件單元中必要的保護(hù)環(huán)等置于功率器件單元的外圈；必要的電學(xué)連接線一直延伸 到功率器件單元版圖的最邊緣處。如果針對(duì)功率器件單元進(jìn)行一次曝光，然后片 臺(tái)步進(jìn)，移動(dòng)的距離精確等于或略小于功率器件單元的尺度，執(zhí)行第二次曝光， 將兩個(gè)功率器件單元的圖形實(shí)際地拼接在一處，如此重復(fù)，可構(gòu)成超大功率器件 的部分；其他控制電路部分也是采用同樣的方式，進(jìn)行電路圖形的拼接，最終得 到一個(gè)超大功率智能器件；在一個(gè)襯底硅圓片上將制作出多個(gè)超大功率智能器件和在超大功率智能器件間設(shè)置的劃片槽。所述超大功率智能器件之間設(shè)置劃片槽，如果劃片槽部分存在有效的圖形， 則按上述的拼接方式制作；如果劃片槽部分沒有有效的圖形，則光刻機(jī)在完成上 超大功率智能器件圖形的曝光后，選擇較大的步進(jìn)移動(dòng)距離，越過劃片槽部分， 進(jìn)行下一個(gè)超大功率智能器件圖形的曝光。本發(fā)明的有益效果是充分利用曝光場(chǎng)拼接技術(shù)，可以在步進(jìn)式光刻技術(shù)的條 件下，通過合理的電路版圖設(shè)計(jì)和曝光圖形拼接，實(shí)現(xiàn)超曝光場(chǎng)面積器件的制作， 以及在片拼接式地集成各種不同的電路模塊，是能夠?qū)崿F(xiàn)智能化超大功率電力電 子器件制造的工藝技術(shù)方法。


圖1是功率器件芯片擺放在襯底硅圓片上的位置的示意圖。圖2是用器件單元相互拼接，構(gòu)成超大功率、智能化電力電子器件的示意圖。 圖3是功率器件單元拼接的細(xì)節(jié)示意圖。圖中l(wèi).是襯底圓片；2.是集成電路或者器件芯片；3.是用于拼接，來構(gòu)成 超大功率器件的功率器件單元；4.是超大功率器件之間的劃片槽；5.示意了拼接 后，互相連接金屬連線；6.是單元功率器件外圍的保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供一種在步進(jìn)式光刻技術(shù)條件下，通過合理的版圖設(shè)計(jì)和曝光場(chǎng)拼 接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大面積、超大功率器件制作的一種采用曝光場(chǎng)拼接技術(shù)制造超大功 率智能器件的方法。具體的實(shí)施過程，舉例說明如下-1)對(duì)功率器件單元進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)和制版在襯底硅圓片1上布置多個(gè)超大功率智能器件2 (如圖2所示)， 一個(gè)超大功 率智能器件2由N個(gè)完全相同的功率器件單元3并聯(lián)構(gòu)成，并可集成一個(gè)控制電 路，以實(shí)現(xiàn)超大功率器件的智能化。在工藝制造時(shí)，對(duì)于功率器件單元3圖形結(jié) 構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以形成到其他單元的良好的過渡，將N個(gè)完全相同的功率器 件單元3和一個(gè)控制電路合成為一個(gè)超大功率智能器件2，超大功率智能器件2內(nèi)的各功率器件單元3間不設(shè)劃片槽4，功率器件單元3必要的保護(hù)環(huán)6置于功 率器件單元的外圈，而必要的電學(xué)連接線5等可一直延伸到功率器件單元3版圖 的最邊緣處(如圖3所示)，保證功率器件單元3之間的連接需要；功率器件單 元3的面積小于曝光場(chǎng)，采用步進(jìn)式曝光方式進(jìn)行曝光場(chǎng)的相互拼接，拼接后， 最終構(gòu)成一個(gè)超大功率智能器件2;如果襯底硅圓片1上能夠容納多個(gè)超大功率 智能器件2時(shí)，在一個(gè)襯底硅圓片1上將同時(shí)制作出多個(gè)超大功率智能器件2， 在相鄰超大功率智能器件2間設(shè)置劃片槽4，以利于將來的劃片封裝；2) 超大功率智能器件2按其流程進(jìn)行制造，除光刻工藝外其他工藝均按常 規(guī)進(jìn)行，對(duì)于光刻的步驟，根據(jù)超大功率智能器件2的總導(dǎo)通電流設(shè)計(jì)要求，分 別曝光各功率器件單元3，并且在各次曝光時(shí)，步進(jìn)的尺寸選擇精確等于或小于 功率器件單元3的尺寸，從而實(shí)現(xiàn)由較小面積的功率器件單元3拼接起來合并構(gòu) 成較大面積的超大功率智能器件2;3) 在襯底硅圓片1面積能夠容納多個(gè)大面積的超大功率智能器件2的情況 下，按與上述步驟2)的同樣的方式，進(jìn)行其他超大功率智能器件2的曝光，對(duì) 于不同的超大功率智能器件2，在各超大功率智能器件2之間制作劃片槽4。如 果劃片槽部分存在有效的圖形，則按與上述步驟2)的同樣的方式拼接制作；如 果劃片槽部分沒有有效的圖形，則光刻機(jī)在完成上一個(gè)超大功率智能器件圖形的 曝光后，選擇較大的步進(jìn)移動(dòng)距離，越過劃片槽部分，進(jìn)行下一個(gè)超大功率智能 器件的功率器件單元3的曝光。4) 對(duì)歩驟1)中超大功率智能器件2集成的一個(gè)控制電路，可根據(jù)超大功率 智能器件的工作模式的控制要求，設(shè)計(jì)在片的控制集成電路，并且制版。5) 在片控制電路的制作，則按與上述步驟2)的同樣的方式拼接制作；進(jìn)行 圖形拼接制作，插入到各功率器件單元之中，從而最終制造出智能化的超大功率 器件。上述功率器件單元為晶閘管，可關(guān)斷型晶閘管，巨型晶體管(GTR)，功率場(chǎng) 效應(yīng)晶體管，VDM0S，或IGBT。上述控制電路，對(duì)于組成最終的超大功率器件的各功率器件單元，是可尋址 的。在可尋址到某個(gè)功率器件單元的前提下，智能化的控制模式，在器件測(cè)試的 階段，為逐個(gè)地選擇功率器件的單元進(jìn)行與功率器件相關(guān)的測(cè)試；在器件的使用 階段，可進(jìn)行全體功率器件單元都參與的全功率輸出，或者關(guān)閉某些器件單元的 非全功率輸出；非全功率輸出的工作模式，又包含了不同功率器件單元間輪轉(zhuǎn)式 的導(dǎo)通工作模式，和逐漸增加導(dǎo)通器件單元的個(gè)數(shù)的慢開啟工作模式。本發(fā)明充分利用曝光場(chǎng)拼接技術(shù)，可以在步進(jìn)式光刻技術(shù)的條件下，實(shí)現(xiàn)超 曝光場(chǎng)面積器件的制作，以及在片、拼接式地集成各種不同的電路模塊，是非常 有利于智能化超大功率電力電子器件制造的工藝技術(shù)方法。
權(quán)利要求
1.一種采用曝光場(chǎng)拼接技術(shù)制造超大功率智能器件的方法，其特征在于，所述超大功率智能器件由N個(gè)完全相同的功率器件單元并聯(lián)構(gòu)成，并可按同樣方式集成控制電路，從而實(shí)現(xiàn)超大功率器件的智能化。在工藝制造時(shí)，將N個(gè)完全相同的功率器件單元和控制電路集成在一起；各功率器件單元間不設(shè)劃片槽，采用步進(jìn)式曝光方式進(jìn)行曝光，曝光場(chǎng)相互拼接；拼接后，最終構(gòu)成一個(gè)超大功率智能器件，如果襯底硅圓片上能夠容納多個(gè)超大功率智能器件時(shí)，在一個(gè)襯底硅圓片上將同時(shí)制作出多個(gè)超大功率智能器件，在多個(gè)超大功率智能器件間設(shè)置劃片槽，以利于將來的劃片封裝。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述采用曝光場(chǎng)拼接技術(shù)制造超大功率智能器件的方法， 其特征在于，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下1) 對(duì)功率器件單元進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)和制版在襯底硅圓片(1)上布置多個(gè)超大功率智能器件(2)，一個(gè)智能超大功率 器件(2)由N個(gè)完全相同的功率器件單元(3)并聯(lián)構(gòu)成，并可按同樣方式集成 控制電路，從而實(shí)現(xiàn)超大功率器件的智能化;在工藝制造時(shí)，對(duì)于功率器件單元 (3)圖形結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以形成到其他單元的良好的過渡，將N個(gè)完全 相同的功率器件單元(3)和控制電路合成為一個(gè)超大功率智能器件(2),超大 功率智能器件(2)內(nèi)的各器件單元(3)間不設(shè)劃片槽(4);功率器件單元(3) 必要的保護(hù)環(huán)(6)置于功率器件單元的外圈，必要的電學(xué)連接線(5)等一直延 伸到功率器件單元(3)版圖的最邊緣處，保證功率器件單元(3)之間的連接需 要；功率器件單元(3)的面積小于曝光場(chǎng)，采用步進(jìn)式曝光方式進(jìn)行曝光，曝光 場(chǎng)的相互拼接后，最終構(gòu)成一個(gè)超大功率智能器件(2)，如果襯底硅圓片(1) 上能夠容納多個(gè)超大功率智能器件(2)，在一個(gè)襯底硅圓片(1)上將同時(shí)制作 出多個(gè)超大功率智能器件(2)，在相鄰超大功率智能器件(2)間設(shè)置劃片槽(4)， 以利于將來的劃片封裝；2) 超大功率智能器件(2)按其流程進(jìn)行制造，除光刻工藝外其他工藝均按 常規(guī)進(jìn)行，對(duì)于光刻的步驟，根據(jù)超大功率智能器件(2)的總導(dǎo)通電流設(shè)計(jì)要求，分別曝光各功率器件單元(3)，并且在各次曝光時(shí)，步進(jìn)的尺寸選擇精確等 于或小于功率器件單元(3)的尺寸，從而實(shí)現(xiàn)由較小面積的功率器件單元(3) 拼接起來合并構(gòu)成較大面積的超大功率智能器件(2);3)在襯底硅圓片1面積能夠容納多個(gè)大面積的超大功率智能器件(2)的 情況下，按與上述步驟2)的同樣的方式，進(jìn)行其他超大功率智能器件(2)的曝 光，對(duì)于不同的超大功率智能器件(2)，在各超大功率智能器件(2)之間制作劃 片槽(4)，如果劃片槽部分存在有效的圖形，則按與上述步驟2)的同樣的方式 拼接制作；如果劃片槽部分沒有有效的圖形，則光刻機(jī)在完成上一個(gè)超大功率智 能器件圖形的曝光后，選擇較大的步進(jìn)移動(dòng)距離，越過劃片槽部分，進(jìn)行下一個(gè) 超大功率智能器件的各功率器件單元(3)的曝光；4) 對(duì)步驟l)中超大功率智能器件(2)集成控制電路，可根據(jù)超大功率智能 器件的工作模式的控制要求，設(shè)計(jì)在片的控制集成電路，并且制版；5) 在片控制電路的制作，按與上述步驟2)的同樣的方式拼接制作；圖形拼接制作，并插入到各功率器件單元之中，從而最終制造出智能化的超大功率器件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述采用曝光場(chǎng)拼接技術(shù)制造超大功率智能器件的方法，其特征在于，所述曝光拼接是指制版時(shí)，只制作功率器件單元的單個(gè)版形，將功率器件單元中必要的保護(hù)環(huán)等置于功率器件單元的外圈；必要的電學(xué)連接線 一直延伸到功率器件單元版圖的最邊緣處，如果針對(duì)功率器件單元進(jìn)行一次曝 光，然后片臺(tái)步進(jìn)，移動(dòng)的距離精確等于或略小于功率器件單元的尺度，執(zhí)行第 二次曝光，則兩個(gè)功率器件單元的圖形可實(shí)際地拼接在一處，如此重復(fù)，構(gòu)成超 大功率器件的部分，其他控制電路部分也是采用同樣的方式，進(jìn)行電路圖形的拼 接，最終得到一個(gè)超大功率智能器件；在一個(gè)襯底硅圓片上將制作出多個(gè)超大功 率智能器件和在超大功率智能器件間設(shè)置的劃片槽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述釆用曝光場(chǎng)拼接技術(shù)制造超大功率智能器件的方法， 其特征在于，所述功率器件單元為晶閘管，可關(guān)斷型晶閘管，巨型晶體管，功率 場(chǎng)效應(yīng)晶體管，VDM0S，或IGBT。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用曝光場(chǎng)拼接技術(shù)制造超大功率智能器件的方法， 其特征在于，所述的控制電路，對(duì)于組成最終的超大功率器件的各功率器件單元， 是可尋址的，在可尋址到某個(gè)功率器件單元的前提下，智能化的控制模式，在器 件測(cè)試的階段，為逐個(gè)地選擇功率器件的單元進(jìn)行與功率器件相關(guān)的測(cè)試；在器 件的使用階段，可進(jìn)行全體功率器件單元都參與的全功率輸出，或者關(guān)閉某些器 件單元的非全功率輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非全功率輸出的工作模式，又包含了不同功率器 件單元間輪轉(zhuǎn)式的導(dǎo)通工作模式，和逐漸增加導(dǎo)通器件單元的個(gè)數(shù)的慢開啟工作模式。 '
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于集成電路器件制造技術(shù)范圍，特別涉及一種采用曝光場(chǎng)拼接技術(shù)制造超大功率智能器件的方法。對(duì)由N個(gè)完全相同的功率器件單元并聯(lián)，且含控制電路所構(gòu)成的超大功率智能器件，在工藝制造時(shí)，這N個(gè)完全相同的功率器件單元或控制電路，其間不設(shè)劃片槽，采用步進(jìn)式曝光方式進(jìn)行曝光，曝光場(chǎng)相互拼接。在一個(gè)大面積的襯底硅圓片上將同時(shí)制作出多個(gè)超大功率智能器件，在相鄰超大功率智能器件間設(shè)置劃片槽，以利于將來的劃片封裝。本發(fā)明充分利用步進(jìn)式曝光場(chǎng)拼接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在大面積襯底硅圓片上拼接式地集成各種不同的電路模塊，是非常有利于智能化超大功率電力電子器件制造的技術(shù)方法。
文檔編號(hào)H01L21/82GK101252101SQ20081005635
公開日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者嚴(yán)利人, 劉志弘, 衛(wèi) 周, 陽 徐 申請(qǐng)人:中電華清微電子工程中心有限公司