燒結(jié)技術(shù)在半導(dǎo)體中的應(yīng)用
2024-07-12
半導(dǎo)體燒結(jié)工藝是重要的半導(dǎo)體制造工藝,是將粉末狀半導(dǎo)體材料在高溫下燒結(jié)成塊狀半導(dǎo)體材料的過(guò)程。該工藝可以提高半導(dǎo)體材料的致密度和結(jié)晶度,從而改善其電氣性能和機(jī)械性能,使其更適合制造電子器件。
半導(dǎo)體燒結(jié)工藝的基本原理是將粉末狀的半導(dǎo)體材料放入中 ,通過(guò)加熱燒結(jié)成塊狀半導(dǎo)體材料。在燒結(jié)過(guò)程中,半導(dǎo)體材料的顆粒相互結(jié)合,形成更大的晶粒,從而提高了材料的致密度和結(jié)晶度。同時(shí),燒結(jié)過(guò)程中還會(huì)發(fā)生晶格缺陷的修復(fù)和雜質(zhì)的擴(kuò)散,從而進(jìn)一步提高材料的電氣和機(jī)械性能。
半導(dǎo)體燒結(jié)工藝的具體步驟包括:材料制備、預(yù)燒結(jié)處理、燒結(jié)工藝控制和后燒結(jié)處理。材料制備是指將半導(dǎo)體材料制成粉末狀,通常采用機(jī)械研磨或化學(xué)合成的方法。預(yù)燒結(jié)處理包括清洗、干燥、壓制等步驟,以保證材料的純度和均勻性。燒結(jié)工藝的控制包括溫度、壓力、氣氛和時(shí)間等參數(shù)的控制,以保證燒結(jié)過(guò)程的穩(wěn)定性和一致性。燒結(jié)后處理包括冷卻、切割和拋光等步驟,以獲得符合要求的半導(dǎo)體材料。
半導(dǎo)體燒結(jié)工藝廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件制造,如制造晶體管、二極管、太陽(yáng)能電池等,可以提高半導(dǎo)體材料的性能和穩(wěn)定性,從而提高器件的性能和可靠性。同時(shí)半導(dǎo)體燒結(jié)工藝還可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn),降低制造成本,促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
半導(dǎo)體燒結(jié)工藝是重要的半導(dǎo)體制造工藝,可以提高半導(dǎo)體材料的致密度和結(jié)晶度,從而改善其電氣性能和機(jī)械性能,使其更適合制造電子器件。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展,半導(dǎo)體燒結(jié)工藝將得到更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。
傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體器件廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)電子、汽車(chē)電子等行業(yè),但在功率處理、最高頻率、工作溫度等方面已接近其物理極限,不能適應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。高頻、高溫、大功率、耐惡劣環(huán)境的發(fā)展方向要求,如工作在200℃以上的Si基器件,會(huì)因自熱而導(dǎo)致內(nèi)部溫度升高。與傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體器件相比,第三代功率半導(dǎo)體器件具有更大的帶隙和更高的擊穿電壓,可在惡劣環(huán)境下工作,從而成為功率半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵性技術(shù)。惡劣的應(yīng)用環(huán)境也對(duì)封裝互連材料提出了更高的要求,如優(yōu)越的導(dǎo)熱性能、耐高溫、高機(jī)械性能和高可靠性等。
第三代功率半導(dǎo)體器件所用的封裝互連材料主要有納米銀漿和納米銅漿。由于尺寸效應(yīng),納米材料比塊體材料具有更低的熔點(diǎn)和更大的比表面積,在互連過(guò)程中更加活躍。這表明納米級(jí)互連在低溫下很有前景。
大量研究表明,納米銅顆粒和納米銀顆粒可在低溫下燒結(jié),燒結(jié)后具有與塊體金屬相近的熔點(diǎn),滿(mǎn)足“低溫成型、高溫服役”的要求。銅材料具有與銀材料相近的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率,且成本較低,不易發(fā)生電遷移,因而受到研究者的青睞。低溫?zé)Y(jié)技術(shù)正是利用了納米銅顆粒的低溫成型特性,燒結(jié)后納米銅互連層形成網(wǎng)絡(luò)互連結(jié)構(gòu),納米銅與基材之間通過(guò)金屬擴(kuò)散形成有效的互連。燒結(jié)工藝的參數(shù)選擇對(duì)互連接頭的燒結(jié)性能有重要影響,現(xiàn)有工藝通常在銅漿中添加助熔劑,在高壓高溫下輔助燒結(jié),以提高互連接頭的燒結(jié)性能。
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