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?科普 | 功率半導體生產(chǎn)中的主要工藝流程

來源:江蘇芯鉆時代電子科技有限公司   2024年08月12日 13:20  

功率半導體是一種能夠在高電壓和高電流下工作的微電子元器件,廣泛應(yīng)用于工業(yè)、交通運輸、醫(yī)療、家電等各個領(lǐng)域。


功率半導體主要的生產(chǎn)工藝及流程如下。


1. 晶圓加工


晶圓加工是制造功率半導體器件的基礎(chǔ)步驟。晶圓是由硅或碳化硅材料制成,并具有平坦表面,晶圓加工包括切割、拋光、清洗和蝕刻等步驟。 

其中,切割過程主要是將大型晶體切割成小晶體,以提高晶片產(chǎn)量。拋光過程是為了去除晶圓表面的缺陷和污染物,使其表面更加平整。

清洗過程則是為了去除表面殘留的化學物質(zhì)和微粒。最后,在蝕刻過程中,使用化學液體對晶圓進行腐蝕,形成所需的結(jié)構(gòu)和圖案。


2. 氧化物形成


氧化層是功率半導體器件中重要的一層結(jié)構(gòu)。它的主要作用是提供電絕緣和防止材料氧化。

在制造過程中,首先需要在晶圓表面形成氧化層。通常是將晶圓暴露在氧化爐的高溫環(huán)境下,并注入硅烷(SiH?)和氧氣等在晶圓表面反應(yīng)生成二氧化硅(SiO?)。


3. 物理氣相沉積

物理氣相沉積(PVD)利用等離子體技術(shù),在晶圓表面沉積薄膜的過程。其利用受到粒子束轟擊時物質(zhì)表面原子濺射等現(xiàn)象,從而實現(xiàn)從源物質(zhì)(靶材)到產(chǎn)品芯片上的可控的轉(zhuǎn)移。

此工藝主要用于肖特基金屬、正面金屬和背面金屬的沉積。濺射沉積可以使用多種材料,如金屬、氧化鋁等。

4. 光刻工藝

光刻工藝是采用感光膠薄膜作為圖形轉(zhuǎn)移媒介的微電子制造工藝。其基本原理是利用光線將感光膠薄膜刻畫成所需的圖形,然后以這種圖形為刻蝕掩模,在硅或碳化硅基片上刻蝕出該圖形。

5. 離子注入

離子注入是集成電路制造的主要工藝之一,通過將離子束加速到一定能量范圍(一般在keV量級),然后注入固體材料表層內(nèi),從而改變材料表層物理性質(zhì)。

在集成電路工藝中,固體材料通常是硅或碳化硅。主流工藝選擇將鋁(AL)作為P型摻雜,氮(N)作為N型摻雜。

完成離子注入后,產(chǎn)品片會進入高溫激活爐中并在1700℃的工藝溫度下激活,以修復晶格損傷。

6. 金屬化和封裝

金屬化和封裝是制造功率半導體器件的最后兩個工藝步驟。

正面金屬化是指在芯片表面鍍上一層金屬膜,形成二極管的正極,一般在4μm以上。背面金屬化一般選擇鈦、鎳、銀作為三層背面金屬,

主要是為了增加元件柔軟性,降低芯片的熱阻抗,以進一步提高性能,厚度在10μm以內(nèi)。隨后,元器件將被封裝在適當?shù)耐鈿ぶ校源_保器件的可靠性和穩(wěn)定性。


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