吉永商事陈海龙：量产型SiC功率器件背面工艺技术提案

随着电动汽车等应用的开展，碳化硅功率器件市场发展前景被看好。近日，2021功率半导体与车用LED技术创新应用论坛在上海举行。本届论坛由半导体产业网和励展博览集团共同主办，并得到第三代半导体产业技术创新战略联盟、国家半导体照明工程研发及产业联盟的指导。

会上，吉永商事株式会社社长陈海龙带来了“量产型SiC功率器件背面工艺技术提案”的主题报告，详细分享了具有实践意义的背面减薄技术提案与激光退火技术提案。

 

他表示，功率器件是电力电子的“CPU”，是特高压电网、高速列车、新能源汽车充电桩及工业变频器和伺服器的核心芯片，也是各系统电源模块的关键器件。预计功率SiC市场2019年-2025年实现30%的年平均增长率，2025年将达到25亿美金 的市场份额。

同时，随着电动汽车的高增长，也将引爆碳化硅功率器件市场。数据显示，新能源汽车市场，2025年将超过15亿美金，实现年平均增长率38%。EV充电基建市场，2025年将超过2.25亿美金。CREE预测2024年，碳化硅衬底市场将有11亿美金，按照每片1000美金来计算，相当于110万片的市场规模。

 

吉永商事株式会社是一家以半导体及光通信事业为核心经营内容的技术型、国际化商贸公司。总部设于日本大阪，在横滨设有办事处，在中国上海、北京、武汉、石家庄等地设有销售及技术服务中心。可提供半导体衬底加工，光通信芯片制作，功率射频及声表器件制作，先进封装等产线设备及解决方案。其核心业务涉及SiC衬底加工设备、SiC器件制造设备。

 

在背面减薄技术提案中，SiC功率器件晶圆主要工艺中的背面工艺涉及贴膜撕膜，减薄、PVD、激光退火，电极形成等环节。

 

 

 

其中，减薄环节中SIC-MOSFET的导通阻抗低，导通压降比较小，在一定程度减小了导通损耗；同时在大电流关断时，基本无拖尾电流，这就大大提高开关速率，关断损耗也有所减小。将350um的SiC晶圆减薄到150um甚至更薄，能使衬底部分的电阻降低60％以上，同时降低了芯片的热阻，增强器件的高温可靠性。减薄可以降低器件导通电阻、优化芯片面积、降低器件成本、减小器件功率损耗。并介绍了日本冈本 GNX200BH 设备的技术性能优势。

激光退火环节中，金属与半导体形成的欧姆接触是SiC器件制造的重要工序，在高温大功率应用时，欧姆接触的低接触电阻和高稳定性是决定器件性能的两个重要因素。退火是获得欧姆接触的关键工艺手段。

与RTA相比，激光退火具有加热时间短，效率高；加热区仅限于局部表面，不影响周围元件性能；能得到500nm以上深度的接触区等优势。推荐的住友激光退火SWA-20US 关键设备具备四大优势：1、退火均匀性。采用Top-hat平顶光束的拼接扫描式紫外激光，聚焦光斑小，所需能量密度低，退火后表面粗糙度较小。2、工艺参数最优化。模拟方式优化工艺条件，调整能量密度，脉冲宽度及光斑大小等参数，实现高稳定性且高产能的生产制备。可达到10-6量级比电阻接触率→参考值。3、高产能。产能可达到  >12 wph@4inch，>6wph@6inch。4、多样性操作及监测。可对wafer进行分区选择性激光退火，对光束形状，脉冲波形等监测。