科普 | 功率半导体生产中的主要工艺流程

时间： 2024-08-20 来源：SMC（桑德斯微电子公众号）

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功率半导体是一种能够在高电压和高电流下工作的微电子元器件，广泛应用于工业、交通运输、医疗、家电等各个领域。功率半导体主要的生产工艺及流程如下。

1、晶圆加工

晶圆加工是制造功率半导体器件的基础步骤。晶圆是由硅或碳化硅材料制成，并具有平坦表面，晶圆加工包括切割、抛光、清洗和蚀刻等步骤。

其中，切割过程主要是将大型晶体切割成小晶体，以提高晶片产量。抛光过程是为了去除晶圆表面的缺陷和污染物，使其表面更加平整。清洗过程则是为了去除表面残留的化学物质和微粒。最后，在蚀刻过程中，使用化学液体对晶圆进行腐蚀，形成所需的结构和图案。

2、氧化物形成

氧化层是功率半导体器件中重要的一层结构。它的主要作用是提供电绝缘和防止材料氧化。

在制造过程中，首先需要在晶圆表面形成氧化层。通常是将晶圆暴露在氧化炉的高温环境下，并注入硅烷（SiH₄）和氧气等在晶圆表面反应生成二氧化硅（SiO₂）。

3、物理气相沉积

物理气相沉积（PVD）利用等离子体技术，在晶圆表面沉积薄膜的过程。其利用受到粒子束轰击时物质表面原子溅射等现象，从而实现从源物质（靶材）到产品芯片上的可控的转移。

此工艺主要用于肖特基金属、正面金属和背面金属的沉积。溅射沉积可以使用多种材料，如金属、氧化铝等。

4、光刻工艺

光刻工艺是采用感光胶薄膜作为图形转移媒介的微电子制造工艺。其基本原理是利用光线将感光胶薄膜刻画成所需的图形，然后以这种图形为刻蚀掩模，在硅或碳化硅基片上刻蚀出该图形。

5、离子注入

离子注入是集成电路制造的主要工艺之一，通过将离子束加速到一定能量范围（一般在keV量级），然后注入固体材料表层内，从而改变材料表层物理性质。在集成电路工艺中，固体材料通常是硅或碳化硅。主流工艺选择将铝（AL）作为P型掺杂，氮（N）作为N型掺杂。

完成离子注入后，产品片会进入高温激活炉中并在1700℃的工艺温度下激活，以修复晶格损伤。

6、金属化和封装

金属化和封装是制造功率半导体器件的最后两个工艺步骤。

正面金属化是指在芯片表面镀上一层金属膜，形成二极管的正极，一般在4μm以上。背面金属化一般选择钛、镍、银作为三层背面金属，主要是为了增加元件柔软性，降低芯片的热阻抗，以进一步提高性能，厚度在10μm以内。

随后，元器件将被封装在适当的外壳中，以确保器件的可靠性和稳定性。

SMC桑德斯微电子根据客户的需求设计和生产半导体及相关产品。

2015年，SMC布局碳化硅产品的设计、研发与制造，并推出了一系列节能可靠、高性价比的大功率碳化硅器件，可广泛运用于包括新能源汽车、光伏、储能、电源等各个领域。

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