[发明专利]一种功率半导体芯片，该芯片的光刻版及其曝光方法

说明书

本发明公开了一种功率半导体芯片，该芯片的光刻版及其曝光方法，方法包括：根据曝光场大小将大尺寸芯片划为两个以上的区域单元，根据芯片类型分为边角、边缘或中心区域单元的任一种，同一类型区域单元图形一致；将区域单元组合成光刻版，光刻版包括由芯片划分的所有区域单元类型，光刻版尺寸小于或等于芯片尺寸；利用遮光板选取光刻版上相应区域单元对硅片曝光；通过光刻机的硅片偏置和旋转设置，将曝光的区域单元图形转移至硅片相应位置，将剩余区域单元通过遮光板曝光窗口，及硅片偏置和旋转操作，逐一曝光。本发明能够解决现有芯片制作采用多块版拼接，光刻版数量多、成本大，拼接时容易造成误差，无法适用于具有复杂结构芯片制备的技术问题。

技术领域

本发明涉及电力电子器件制造技术领域，尤其是涉及一种拼接式大尺寸功率半导体芯片，该芯片的光刻版及其曝光方法。

背景技术

随着技术的发展以及应用领域的不断扩展，功率半导体器件在现代电力电子技术中占据着越来越重要的地位。目前，功率半导体器件正向高频化、大功率化、智能化和模块化方向发展。其中，作为功率半导体器件应用的关键技术，如何实现功率半导体模块的大功率容量成为当前该技术领域内研发的重点方向。为了实现功率半导体模块的大功率容量，现有技术通常采用将数几个甚至十几个小的芯片进行并联封装成一个功率模块以增大其功率密度。在现代功率开关器件主导的电力电子电路中，诸如IGBT、功率VDMOS、FRD等器件往往采用多个器件并联，以实现所需的功率等级，但多器件并联使用将严格要求器件之间的性能匹配，否则将会造成开通速度不均匀等问题，最终导致模块失效。这就要求提升器件功率等级，而通过器件尺寸的提升可以直接提高芯片的功率等级，并直接减少应用中所需的芯片数量，进而提高模块的可靠性，降低封装成本。

但是很多曝光机设备为了保持曝光区域的光强均匀性、曝光精度等问题，曝光场往往比较小，从而限制了器件尺寸的直接提升。目前主流步进式光刻机的曝光场尺寸为22mm*22mm，在有限曝光场的前提下，制作大尺寸功率半导体器件通常采用多个光刻版直接拼接的方式，即：根据曝光场大小将大尺寸的芯片200分解为n个区域单元300，进行拼接式曝光。如附图1所示，为一个大尺寸功率半导体器件的外形图，300为其中一个的区域单元，2为划片道区，3为芯片200的分界线，将整个功率半导体器件的版图分为n份，每份均小于或等于曝光设备的最大曝光场，将每一份均独立制版。另外取一块带有划片道区2的区域单元300，去掉中间的芯片图形，只在划片道区2设计对准标记，单独制作一块记号版图。具体制作方法如下：

(1)将每个板块作为独立的shot(一次投影曝光)，整个器件即为n个shot的拼接；

(2)用记号版图，通过光刻、刻蚀的方式在晶圆上形成对准标记；

(3)采用步骤2中制作的定位标记，实现光刻版与晶圆的对准，通过对准标记定位，依次将剩余区域单元的光刻版曝光到指定的shot位置；

(4)完成所有区域单元曝光后对芯片进行显影，此时芯片上将形成大尺寸功率器件所需的完整版图。

这方式在单层光刻中需要使用到多块的光刻版，如果划分为n个区域单元，第一层光刻则需要n+1张光刻版，其余层也至少需要n张光刻版。另外，单纯的直接划分区域，也会造成各区域拼接处的图形因为对准误差，造成图形偏移、不连贯等现象，最终影响器件的性能。

在现有技术中，主要有以下两篇文献与本发明申请相关：