在功率器件（如IGBT， MOSFET， SiC MOSFET， GaN HEMT）中，PVD工艺主要用于沉积金属薄膜，以实现以下功能：
欧姆接触： 在半导体有源区（如SiC的源/漏区）形成低电阻的金属接触，是电流垂直输运的关键。
肖特基接触： 用于SiC JBS二极管等器件，需要精确控制金属-半导体界面的势垒高度。
栅极电极： 形成MOS结构的栅极（如多晶硅栅上的金属化）。
金属互联： 在器件内部连接各个元件，构成电路。
背面金属化： 用于芯片的背面，作为集电极/漏极，并实现芯片与封装基板的焊接。
功率器件，尤其是宽禁带半导体（SiC， GaN），对PVD工艺提出了比传统硅基器件更高的要求。
| 关键挑战 | 对器件性能的影响 | PVD解决方案 |
|---|---|---|
| 低接触电阻 | 导通损耗、发热、效率 | 1. 界面清洁： 采用反溅射（ICP/IBS） 在沉积前原位轰击晶圆表面，去除自然氧化层和污染物。 2. 金属体系选择： 使用Ti基、Ni基等合金，并通过快速热退火 形成硅化物/碳化物（如TiSiC, NiSi）以降低比接触电阻。 3. 阻挡层： 沉积TiN， TaN等阻挡层，防止金属与半导体间的不良扩散。 |
| 高粘附性/台阶覆盖 | 薄膜剥离、可靠性失效 | 1. 良好的基底处理： 确保表面清洁和活化。 2. 工艺参数优化： 控制溅射时的气压、功率，平衡溅射与再沉积过程，改善台阶覆盖能力。 3. 离子辅助沉积： 使用离子源辅助，增加膜层致密性和附着力。 |
| 高热稳定性 | 高温工作寿命、可靠性 | 1. 高纯度膜层： 通过高真空、高纯度靶材减少杂质。 2. 阻挡层应用： 使用Pt， Ir， Mo等高温稳定的金属或氮化物，防止高温下相互扩散和反应。 3. 多层结构设计： 如Ti/Ni/Ag， Al/Ti/TiN等，每层各司其职（粘附、阻挡、导电、可焊）。 |
| 低应力 | 晶圆翘曲、薄膜裂纹 | 1. 工艺调控： 调整溅射功率、气压、偏压等参数，控制膜内应力（从张应力变为压应力）。 2. 后退火工艺： 通过精确控制的退火流程释放应力。 |
| 大尺寸/均匀性 | 成本、良率 | 1. 先进的PVD设备： 采用多阴极、可旋转基座、精密挡板的设计，确保在6英寸/8英寸晶圆上获得极高的膜厚均匀性（< 2%）。 |
根据器件结构和功能，选择不同的金属堆叠：
正面接触（源极/欧姆接触）：
SiC MOSFET： Ti/Ni/Ag 或 Ti/Ni/Au。Ti用于形成欧姆接触，Ni是阻挡层和焊接层，Ag/Au用于导电和键合。
Si IGBT/MOSFET： AlSiCu/Ti/TiN。AlSiCu是主流互联材料，Ti/TiN作为粘附层和阻挡层。
栅极电极：
通常为多晶硅 + 金属硅化物（如CoSi₂, TiSi₂， 通过PVD沉积金属后退火形成），以降低栅电阻。
背面金属化（集电极/漏极）：
Si IGBT： Ti/Ni/Ag 或 Ti/Ni/Au。Ti粘附，Ni阻挡，Ag/Au用于芯片焊接。
SiC MOSFET： 同样采用Ti/Ni/Ag 体系，但对界面清洁和退火工艺要求极高。
针对功率器件的严苛要求，主流的设备供应商和应用材料（Applied Materials）， 东京电子（TEL）等）提供了集成了多种技术的PVD系统。
核心PVD技术：
直流磁控溅射： 最主流的技术，用于沉积Al， Ti， Ni， Cu， Mo等导电薄膜。
射频溅射： 用于沉积介电质薄膜（如SiO₂， Si₃N₄）或某些特定金属。
反应溅射： 在Ar气中混入N₂或O₂等反应气体，用于沉积化合物薄膜，如TiN（优秀的阻挡层和硬掩模）。
离子化物理气相沉积： 通过等离子体将溅射出的原子离子化，然后利用基片上的偏压将其“拉”向表面。这能极大地改善台阶覆盖和填充深孔/通孔的能力，对于先进器件结构至关重要。
预清洁技术： 集成反溅射蚀刻腔室，在沉积前对晶圆进行原位清洁，这是获得低接触电阻的决定性步骤。
