?科普 | 功率半導(dǎo)體生產(chǎn)中的主要工藝流程

功率半導(dǎo)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(yùn)輸、醫(yī)療、家電等各個(gè)領(lǐng)域。

功率半導(dǎo)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(dǎo)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(guò)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(guò)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(guò)程則是為了去除表面殘留的化學(xué)物質(zhì)和微粒。最后，在蝕刻過(guò)程中，使用化學(xué)液體對(duì)晶圓進(jìn)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(dǎo)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(guò)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(guò)程。其利用受到粒子束轟擊時(shí)物質(zhì)表面原子濺射等現(xiàn)象，從而實(shí)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(huà)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(guò)將離子束加速到一定能量范圍（一般在keV量級(jí)），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(huì)進(jìn)入高溫激活爐中并在1700℃的工藝溫度下激活，以修復(fù)晶格損傷。

6. 金屬化和封裝

金屬化和封裝是制造功率半導(dǎo)體器件的最后兩個(gè)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(jìn)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(dāng)?shù)耐鈿ぶ校源_保器件的可靠性和穩(wěn)定性。