CN101459059A - 硅大直径圆晶片半导体器件玻璃钝化技术方法 - Google Patents
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Abstract
一种硅大直径圆晶片半导体器件玻璃钝化技术方法，其特征在于，在减薄硅大直径圆晶片衬底背面前，采用划刀法、光刻刻蚀法分离硅衬底上管芯之间的钝化玻璃膜层；或采用丝网掩膜隔离法在玻璃钝化中分离硅衬底上管芯之间的钝化玻璃膜层。在芯片间的小范围内就有效地释放或消除在玻璃钝化工艺中由于钝化玻璃－硅热膨胀系数的差异所引入的玻璃－硅内应力，这样可有效地防止硅大直径圆晶片衬底背面减薄时所引起的硅片翘曲、龟裂或破碎。本技术方法能保证玻璃钝化硅半导体器件电参数最优化设计和可靠性最优化设计的实现，特别适合于大直径硅圆晶片玻璃钝化半导体器件的规模化生产。
Description
技术领域：
本发明属于半导体器件表面钝化技术领域，主要应用于硅半导体器件表面钝化。
背景技术：
在半导体器件玻璃钝化工艺技术中，现有使用的钝化玻璃类型主要有两类，即铅系钝化玻璃和锌系钝化玻璃，但不论使用哪种钝化玻璃材料，在设计中均应满足半导体器件所要求的电学、化学、热学等各项性能，才能保证工艺的可加工性和被钝化器件的电性能及可靠性水平。
原先开发的玻璃钝化技术主要应用于低频及大功率半导体器件，虽然对钝化玻璃的组份进行了精心的设计，但由于热成型过程及以后玻璃与硅的热膨胀系数始终存在差异，而且这种差异还随着环境温度的变化而起伏；另外，在玻璃钝化热成型过程中，由于快速的升温与降温也极易在玻璃---硅界面引入内应力，这些影响所造成的后果是使玻璃钝化后的硅片产生曲翘，硅片面积越大，硅片越薄，其后果越严重，因此在硅片背面减薄制造背面电极金属化层时极易产生龟裂破碎，使完整的硅圆晶片无法加工到底。
为了克服以上缺点人们通常使用的办法是：通过加厚硅衬底厚度以抵御玻璃---硅内应力所引起的龟裂破碎；或通过改善钝化玻璃配方尽可能地调节玻璃与硅的热膨胀系数匹配；或在钝化玻璃热成型时尽量调节升温、降温速率，热成型温度和退火条件以尽可能降低玻璃--硅内应力的影响。但以上的种种措施仍存在较大的缺憾，主要是：在保证玻璃钝化效果的前提下即使改善玻璃配方也难于做到玻璃与硅热膨胀系数的完全匹配以及这种匹配随温度变化的均匀性；在玻璃钝化热成型过程中要获得器件反向特性的最佳化同时又要获得玻璃---硅内应力的最小化，两者并不统一在一种相同的热处理条件下，难以统筹兼顾；在背面减薄时有意留厚硅衬底厚度不利于器件散热，会使器件在工作时结温升高影响长期工作寿命，对功率器件而言会显著降低关键的功率指标，而对射频器件而言会显著增加高频损耗；以上方法还是难以解决内应力、电性能或可靠性方面的种种弊端。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，采用新的技术方法解决以上难题并可在大直径，例如直径3-6英寸及以上硅圆晶片衬底材料上制作玻璃钝化硅半导体器件。
其技术原理与方法如下：
为了达到以上的目的，本发明在大直径硅圆晶片在已制作器件芯片的硅衬底材料上，在引入玻璃钝化膜过程中或玻璃钝化膜热成型后通过分离小单元芯片之间玻璃钝化膜层的技术方法，在芯片间的小范围内就有效地消除、释放或终止玻璃---硅内应力，使它们不至于影响到大面积，这样为后道的背面减薄工艺提供极其方便的加工条件。
本发明的内容可以分别通过以下三项不同的技术措施来达到：
①在硅衬底上，在已制作器件芯片玻璃钝化膜或在已制作器件正面电极系统后采用砂轮划片机按正面芯片的图形面积将相邻芯片间的玻璃钝化膜层划透，使每个芯片的玻璃钝化膜层相对形成分立，孤立状。在此基础上再按标准的半导体器件工艺方法分别制作正面电极系统和减薄衬底背面、制作背面电极系统最终分离管芯。
②在硅衬底上，在已制作器件芯片玻璃钝化膜或在已制作器件正面电极系统后，设光刻掩膜、采用刻蚀的办法，按正面芯片的图形面积将相邻芯片间的玻璃钝化膜层刻蚀去，使每个芯片的玻璃钝化膜层相对形成分立，孤立状。在此基础上再按标准的半导体器件工艺方法分别制作正面电极系统和减薄衬底背面、制作背面电极系统、最终分离管芯。
③在硅衬底上，在已制作器件光芯片的基础上采用丝网漏印掩膜，使掩膜实部覆盖相邻器件芯片图形的中线部位，掩膜虚部露出器件芯片准备钝化保护的区域，然后涂敷玻璃浆料，烘干后撤除掩膜，热成型后即可在器件芯片四周形成无玻璃钝化膜层的沟槽，在此基础上再按标准的半导体器件工艺方法制作正面电极系统，减薄衬底背面，制作背面电极系统最终分离管芯。
本发明的优点：
传统使用的玻璃钝化膜要尽量调节玻璃与硅的热匹配性能，这大大增加了钝化玻璃组份设计上的困难；对于钝化玻璃的组分设计，过分地讲究与硅的热匹配性能以及在热成型过程中为尽量取得玻璃---硅尽可能小的内应力亦会牺牲器件的电性能指标，另外使用增厚硅衬底的办法亦会增加器件热阻、高频损耗，也容易造成器件工作时结温升高等种种电性能和可靠性方面的弊端。
采用本发明的技术方法可以使以上的缺点全部得到克服。
本发明采用逆向思维的定势，其技术方法简单，容易实施，成本低，效果显著，在保证器件电参数和可靠性最优化设计的前提下，对可加工的硅衬底材料的直径不设上限，更能适应直径3-6英寸及以上硅圆晶片玻璃钝化器件的规模化生产。
附图说明：
图1是玻璃钝化硅器件工艺流程示意图。
其中：第①项措施是在工艺流程玻璃钝化后，衬底背面减薄前进行。
第②项措施是在工艺流程玻璃钝化后，衬底背面减薄前进行。
第③项措施是在工艺流程玻璃钝化中进行。
具体实施方式：
实施例1 硅开关二极管玻璃钝化技术方法
硅衬底直径： 3英寸
硅片原始厚度： 480μm
硅衬底上芯片尺寸： 台面高度 30μm～35μm
台面直径 Φ45μm～Φ50μm
相邻芯片间距 350μm
P+N-结深 5μm～5.5μm
N-层厚度 24μm～25μm
工艺步骤：
1.将腐蚀好器件台面的硅片进行严格的化学清洗并烘干；
2.采用刮涂法制作玻璃钝化膜，并在P+表面开电极接触窗孔，制作正面电极系统；
3.使用砂轮划片机，宽为10-20μm刀具，按刀深为台面高度35μm，在硅片正面相邻芯片之间划玻璃膜槽，以划透玻璃膜为准；
4.减薄硅衬底背面，使硅片总厚度为110μm左右，并在其上制作背面电极系统；
5.检测芯片电参数，划片分离管芯。
实施例2 硅变容二极管玻璃钝化技术方法
硅衬底直径： 3英寸
硅片原始厚度： 480μm
硅衬底上芯片尺寸： 台面高度 8μm～10μm
台面直径 Φ105μm～Φ110μm
相邻芯片间距 350μm
P+N-结深 0.6μm～0.8μm
N-层厚度 2μm～2.5μm
工艺步骤：
1.将腐蚀好器件台面的硅片进行严格的化学清洗并烘干；
2.采用刮涂法制作玻璃钝化膜，；
3.使用线条宽为15μm，外框尺寸为365μm×365μm的光刻掩膜板，刻出相邻芯片间条宽约为25μm的玻璃膜层沟槽，以刻净玻璃膜为准；
4.在P+表面开电极接触窗孔，制作正面电极系统；
5.减薄硅衬底背面，使硅片总厚度为110μm左右，并在其上制作背面电极系统；
6.检测芯片电参数，划片分离管芯。
实施例3 硅Pin电调衰减二极管玻璃钝化技术方法
硅衬底直径： 3英寸
硅片原始厚度： 480μm
硅衬底上芯片尺寸： 台面直径 Φ90μm～Φ95μm
台面高度 110μm～115μm
相邻芯片间距 400μm
P+N-结深 5μm～5.5μm
N-层厚度 70μm～80μm
工艺步骤：
1.将腐蚀好器件台面的硅片进行严格的化学清洗并烘干；
2.使用线条宽为20μm，外框尺寸为420μm×420μm的方框形丝网漏印掩膜，将掩膜实部覆盖相邻管芯中线，掩膜虚部露出器件芯片准备钝化保护的区域；
使用刮涂法涂敷玻璃浆料，烘干后撤去掩膜将玻璃热成型，热成型后相邻管芯间留下玻璃膜沟槽；
3.在P+区开电极接触窗孔，制作正面电极系统；
4.减薄硅衬底背面，使硅片总厚度为180μm左右，并在其上制作背面电极系统；
5.检测芯片电参数，划片分离管芯。
实施例4 硅开关二极管玻璃钝化技术方法
硅衬底直径： 4英寸
硅片原始厚度； 480μm
硅衬底上芯片尺寸： 台面高度 30μm～35μm
台面直径 Φ45μm～Φ50μm
相邻芯片间距 350μm
P+N-结深 5μm～5.5μm
N-层厚度 24μm～25μm
工艺步骤：
1.将腐蚀好器件台面的硅片进行严格的化学清洗并烘干；
2.采用刮涂法制作玻璃钝化膜；
3.使用砂轮划片机，宽为10-20μm刀具，按刀深为台面高度35μm，在硅片正面相邻芯片之间划玻璃膜槽，以划透玻璃膜为准；
4.在P+表面开电极接触窗孔，制作正面电极系统；
5.减薄硅衬底背面，使硅片总厚度为110μm左右，并在其上制作背面电极系统；
6.检测芯片电参数，划片分离管芯；
实施例5 硅变容二极管玻璃钝化技术方法
硅衬底直径： 4英寸
硅片原始厚度： 480μm
硅衬底上芯片尺寸： 台面高度 8μm～10μm
台面直径 105μm～Φ110μm
相邻芯片间距 350μm
P+N-结深 0.6μm～0.8μm
N-层厚度 2μm～2.5μm
工艺步骤：
1.将腐蚀好器件台面的硅片进行严格的化学清洗并烘干；
2.采用刮涂法制作玻璃钝化膜，；
3.使用线条宽为15μm，外框尺寸为365μm×365μm的光刻掩膜板，刻出相邻芯片间条宽约为25μm的玻璃膜层沟槽，以刻净玻璃膜为准；
4.在P+表面开电极接触窗孔，制作正面电极系统；
5.减薄硅衬底背面，使硅片总厚度为110μm左右，并在其上制作背面电极系统；
6.检测芯片电参数，划片分离管芯；
实施例6 硅Pin电调衰减二极管玻璃钝化技术方法
硅衬底直径： 4英寸
硅片原始厚度； 480μm
硅衬底上芯片尺寸： 台面直径 Φ90μm～Φ95μm
台面高度 110μm～115μm
相邻芯片间距 400μm
P+N-结深 5μm～5.5μm
N-层厚度 70μm～80μm
工艺步骤：
1.将腐蚀好器件台面的硅片进行严格的化学清洗并烘干；
2.使用线条宽为20μm，外框尺寸为420μm×420μm的方框形丝网漏印掩膜，将掩膜实部覆盖相邻管芯中线，掩膜虚部露出器件芯片准备钝化保护的区域；
使用刮涂法涂敷玻璃浆料，烘干后撤去掩膜将玻璃热成型，热成型后相邻管芯间留下玻璃膜沟槽；
3.在P+区开电极接触窗孔，制作正面电极系统；
4.减薄硅衬底背面，使硅片总厚度为180μm左右，并在其上制作背面电极系统；
5.检测芯片电参数，划片分离管芯；
实施例7 硅开关二极管玻璃钝化技术方法
硅衬底直径： 6英寸
硅片原始厚度： 480μm
硅衬底上芯片尺寸： 台面高度 30μm～35μm
台面直径 Φ45μm～ΦP50μm
相邻芯片间距 350μm
P+N-结深 5μm～5.5μm
N-层厚度 24μm～25μm
工艺步骤：
1.将腐蚀好器件台面的硅片进行严格的化学清洗并烘干；
2.采用刮涂法制作玻璃钝化膜，并在P+表面开电极接触窗孔，制作正面电极系统；
3.使用砂轮划片机，宽为10-20μm刀具，按刀深为台面高度35μm，在硅片正面相邻芯片之间划玻璃膜槽，以划透玻璃膜为准；
4.减薄硅衬底背面，使硅片总厚度为110μm左右，并在其上制作背面电极系统；
5检测芯片电参数，划片分离管芯。
实施例8 硅变容二极管玻璃钝化技术方法
硅衬底直径： 6英寸
硅片原始厚度： 480μm
硅衬底上芯片尺寸： 台面高度 8μm～10μm
台面直径 Φ105μm～Φ110μm
相邻芯片间距 350μm
P+N-结深 0.6μm～0.8μm
N-层厚度 2μm～2.5μm
工艺步骤：
1.将腐蚀好器件台面的硅片进行严格的化学清洗并烘干；
2.采用刮涂法制作玻璃钝化膜，；
3.在P+表面开电极接触窗孔，制作正面电极系统；
4.使用线条宽为15μm，外框尺寸为365μm×365μm的光刻掩膜板，刻出相邻芯片间条宽约为25μm的玻璃膜层沟槽，以刻净玻璃膜为准；
5.在P+表面开电极接触窗孔，制作正面电极系统；
6.减薄硅衬底背面，使硅片总厚度为110μm左右，并在其上制作背面电极系统：
7.检测芯片电参数，划片分离管芯。
实施例9 硅Pin电调衰减二极管玻璃钝化技术
硅衬底直径： 6英寸
硅片原始厚度： 480μm
硅衬底上芯片尺寸： 台面直径 Φ90μm～Φ95μm
台面高度 110μm～115μm
相邻芯片间距 400μm
P+N-结深 5μm～5.5μm
N-层厚度 70μm～80μm
工艺步骤：
1.将腐蚀好器件台面的硅片进行严格的化学清洗并烘干；
2.使用线条宽为20μm，外框尺寸为420μm×420μm的方框形丝网漏印掩膜，将掩膜实部覆盖相邻管芯中线，掩膜虚部露出器件芯片准备钝化保护的区域；
使用刮涂法涂敷玻璃浆料，烘干后撤去掩膜将玻璃热成型，热成型后相邻管芯间留下玻璃膜沟槽；
3.在P+区开电极接触窗孔，制作正面电极系统；
4.减薄硅衬底背面，使硅片总厚度为180μm左右，并在其上制作背面电极系统；
5.检测芯片电参数，划片分离管芯。
Claims (4)
1.一种硅大直径圆晶片半导体器件玻璃钝化工艺方法，其特征在于：在减薄硅大直径圆晶片衬底背面前，先分离芯片间玻璃钝化膜层。
2.根据权利要求1所述的分离芯片间玻璃钝化膜层的技术方法，其特征是：
采用划刀法：在半导体器件玻璃钝化硅圆晶片衬底背面减薄前，使用砂轮划片机先将芯片间相联接处的钝化玻璃膜层划断，以分离芯片间玻璃钝化膜层。
3.根据权利要求1所述的分离芯片间玻璃钝化膜层的技术方法其特征是：
采用刻蚀法：在半导体器件玻璃钝化硅圆晶片衬底背面减薄前，使用刻蚀工艺手段先将芯片间相联接处的钝化玻璃膜层刻蚀除去，以分离芯片间玻璃钝化膜层。
4.根据权利要求1所述的一种硅大直径圆晶片半导体器件玻璃钝化工艺方法，其特征是：
采用丝网掩膜隔离法：在玻璃钝化工艺中使用丝网漏印掩膜涂敷玻璃浆料、烘干后撤去丝网掩膜，使热成型后相邻管芯间形成不连续的玻璃钝化膜断层，以分离芯片间玻璃钝化膜层。
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Open date: 20090617 |