專利名稱：采用曝光場拼接技術(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 意味著單個器件的面積尺寸將不斷增加。在另一方面，由于對功率器件的性能指 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決定， 一般來說是遠(yuǎn)小于襯底 硅圓片面積的，因此一個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)的硅片片臺帶著襯底硅圓片移動到某一曝光場位 置，執(zhí)行該處功率器件單元的曝光；然后硅片臺執(zhí)行步進(jìn)，即帶著襯底硅圓片移 動到下一個曝光場位置處，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 個超大功率器件切割下來，分別封裝得到一個個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時，是無法制作的。以一個典型的VDMOS (縱向擴(kuò)散MOS場效應(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，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，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)和采用曝光場拼接的技術(shù)來解決曝光場面積不夠的問題，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)和曝光場拼接技術(shù)，解決制作超 大功率器件時曝光場面積不夠的一種采用曝光場拼接技術(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，將N個完全相同的功率器件單元和一個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)行曝光場的相互拼接，拼接后， 最終構(gòu)成一個超大功率智能器件；如果襯底硅圓片上能夠容納多個超大功率智能 器件時，在一個襯底硅圓片上將同時制作出多個超大功率智能器件，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面積很多，因此采 用步進(jìn)式曝光， 一次曝光一個功率器件單元，對多次曝光得到的多個功率器件的 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，只制作功率器件單元的單個版形，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。如果針對功率器件單元進(jìn)行一次曝光，然后片 臺步進(jìn)，移動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 到一個超大功率智能器件；在一個襯底硅圓片上將制作出多個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)移動距離，越過劃片槽部分， 進(jìn)行下一個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上布置多個超大功率智能器件2 (如圖2所示)， 一個超大功 率智能器件2由N個完全相同的功率器件單元3并聯(lián)構(gòu)成，并可集成一個控制電 路，以實(shí)現(xiàn)超大功率器件的智能化。在工藝制造時，對于功率器件單元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個完全相同的功率器 件單元3和一個控制電路合成為一個超大功率智能器件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，采用步進(jìn)式曝光方式進(jìn)行曝光場的相互拼接，拼接后， 最終構(gòu)成一個超大功率智能器件2;如果襯底硅圓片1上能夠容納多個超大功率 智能器件2時，在一個襯底硅圓片1上將同時制作出多個超大功率智能器件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，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 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)在完成上一個超大功率智能器件圖形的 曝光后，選擇較大的步進(jìn)移動距離，越過劃片槽部分，進(jìn)行下一個超大功率智能 器件的功率器件單元3的曝光。4) 對歩驟1)中超大功率智能器件2集成的一個控制電路，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 效應(yīng)晶體管，VDM0S，或IGBT。上述控制電路，對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。在可尋址到某個功率器件單元的前提下，智能化的控制模式，在器件測試的 階段，為逐個地選擇功率器件的單元進(jìn)行與功率器件相關(guān)的測試；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)通器件單元的個數(shù)的慢開啟工作模式。本發(fā)明充分利用曝光場拼接技術(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，將N個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，曝光場相互拼接；拼接后，最終構(gòu)成一個超大功率智能器件，如果襯底硅圓片上能夠容納多個超大功率智能器件時，在一個襯底硅圓片上將同時制作出多個超大功率智能器件，在多個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)上布置多個超大功率智能器件(2)，一個智能超大功率 器件(2)由N個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，對于功率器件單元 (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個完全 相同的功率器件單元(3)和控制電路合成為一個超大功率智能器件(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，采用步進(jìn)式曝光方式進(jìn)行曝光，曝光 場的相互拼接后，最終構(gòu)成一個超大功率智能器件(2)，如果襯底硅圓片(1) 上能夠容納多個超大功率智能器件(2)，在一個襯底硅圓片(1)上將同時制作 出多個超大功率智能器件(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，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)在完成上一個超大功率智 能器件圖形的曝光后，選擇較大的步進(jìn)移動距離，越過劃片槽部分，進(jìn)行下一個 超大功率智能器件的各功率器件單元(3)的曝光；4) 對步驟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，只制作功率器件單元的單個版形，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，如果針對功率器件單元進(jìn)行一次曝 光，然后片臺步進(jìn)，移動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，最終得到一個超大功率智能器件；在一個襯底硅圓片上將制作出多個超大功 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，在可尋址到某個功率器件單元的前提下，智能化的控制模式，在器 件測試的階段，為逐個地選擇功率器件的單元進(jìn)行與功率器件相關(guān)的測試；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拼接技術(shù)制造超大功率智能器件的方法。對由N個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，這N個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，曝光場相互拼接。在一個大面積的襯底硅圓片上將同時制作出多個超大功率智能器件，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H01L21/82GK101252101SQ20081005635
公開日2008年8月27日 申請日期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 申請人:中電華清微電子工程中心有限公司