专利名称：硅大直径圆晶片半导体器件玻璃钝化技术方法
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一硅内应力的最小化，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34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、释放或终止玻璃一硅内应力，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釆用丝网漏印掩膜，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一-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。
阁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迸行。
具体实施例方式
实施例i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.-480^
硅衬底上芯片尺寸台面高度
台面直径
相邻芯片间距
P+ N- 结深5 um 5.5 p扭
N -层厚度24,25,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10-20wm刀具，按刀深为台面髙度35u頂，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IIOU顶左右，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
8y加 10 u扭
350 ym
2ii顶 2.5ti扱 工艺步骤
1.将腐蚀好器件台面的硅片迸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15yffl，外框尺寸为365umx365p班的光刻掩膜板，刻 出相邻芯片间条宽约为25 pm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110lim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Hn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 4抑^
硅衬底上芯片尺寸台面高度
台面直径 相邻芯片间距 P+『结深 N-层厚度硅衬底直径 3英寸
硅片原始厚度 480 P
硅衬底上芯片尺寸台面直径
台面高度 相邻芯片间距
P+ N-结深
N -层厚度
工艺步骤
i .将腐蚀好器件台面的硅片进行严格的化学清洗并烘千；
2,使用线条宽为20um ，外框尺寸为420umx4加W扱的方框形丝网漏印 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;
1在P+区开电极接触窗 L制作正面电极系统；
4. 减薄硅衬底背面，使硅片总厚度为180ixm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 480艸
硅衬底上芯片尺寸台面高度
台面直径
相邻芯片间距 N-结深
层厚度
110um ll5ii加 400, 5 pffl 5.5 P加
30,~35鋒 (t)45u边 050 U扭
350 ii加
51ittt 5.5 ii诅工艺步骤
1. 将腐蚀好器件台面的硅片进行严格的化学清洗并烘千；
2. 采用刮涂法制作玻璃钝化膜；
3. 使用砂轮划片机，宽为10^20pa刀具，按刀深为台面高度35iim,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？+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U0ii班左右，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 480 MB
硅衬底上芯片尺寸台面高度8w加 10 u扭
台 1[@ 巾105ii鹏 屯110n担 相邻芯片间距350 u扭 P+ N—结、深0.6ii扭 0.8u粗 N一层厚度 2pJ^2.5w鹏
工艺歩骤
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15iUB,外框尺寸为365iiiHx365iiffl的光刻掩膜板，刻 出相邻芯片间条宽约为25 no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110 WB 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砝1%电调衰减二极管玻璃钝化技术方法7(),80tiffl
工艺歩骤
〗.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20pffl ，外框尺寸为420ix班x420iiffl的方框形丝网漏印 掩膜，将掩膜实部覆盖相邻管芯中线，掩膜虛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+区幵电极接触窗孔，制作正面电极系统；
4. 减薄硅衬底背面，使硅片总厚度为180p班左右，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-480拜
硅衬底上芯片尺寸台面高度30tiffl 35 tim
台面直径①45 , 4>5011想
相邻芯片间距350 iim
P+ N_结深
N-层厚度241^25,
硅衬底直径 4英寸
硅片原始厚度 480 ^
硅衬底上芯片尺寸台面直径
台面高度 相邻芯片间距
P+ N-结深
N -层厚度工艺步骤
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. 釆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々0um刀具，按刀深为台面高度35wm ,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110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 480拜
硅衬底上芯片尺寸台面高度 8"m 10 lira
台面直径 0>i05lira O110uffl 相邻芯片间距350yffl P+ N—结深 Q.6u招 0.8u仿 N-层厚度 2,"li斑
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，；
1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i5 P扭，外框尺寸为365 P放x365 u扭的光刻掩膜板，刻 出相邻芯片间条宽约为25 wa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110U边左右，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-
硅片原始厚度
硅衬底上芯片尺寸:
口
台面高度
6英寸 480 f^n
厶、面直径 巾90iim ①95ym
相邻芯片间距400 um
P+ N-结深 5wra 5.5,
N-层厚度 70 m
工艺歩骤.-
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20iim ，外框尺寸为420limx420ym的方框形丝网漏印 掩膜，将掩膜实部覆盖相邻管芯中线，掩膜虛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，使硅片总厚度为化0ti加左右，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。
权利要求
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 特征是釆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、烘千后撤去丝网掩膜，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。
全文摘要
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。
文档编号H01L21/02GK101459059SQ20071019910
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月11日 优先权日2007年12月11日
发明者楠 林 申请人:楠 林