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碳化硅加工工艺研究

信息来源于:互联网 发布于:2021-12-10

SiC的硬度仅次于金刚石,可以作为砂轮等磨具的磨料,因此对其进行机械加工主要是利用金刚石砂轮磨削、研磨和抛光,其中金刚石砂轮磨削加工的效率最高,是加工SiC的重要手段。但是SiC材料不仅具有高硬度的特点,高脆性、低断裂韧性也使得其磨削加工过程中易引起材料的脆性断裂从而在材料表面留下表面破碎层,且产生较为严重的表面与亚表层损伤,影响加工精度。因此,深入研究SiC磨削机理与亚表面损伤对于提高SiC磨削加工效率和表面质量具有重要意义。
1、硬脆材料的研磨机理
对硬脆材料进行研磨,磨料对其具有滚轧作用或微切削作用。磨粒作用于有凹凸和裂纹的表面上时,随着研磨加工的进行,在研磨载荷的作用下,部分磨粒被压入工件,并用露出的尖端划刻工件的表面进行微切削加工。另一部分磨粒在工件和研磨盘之间进行滚动而产生滚轧作用,使工件的表面形成微裂纹,裂纹延伸使工件表面形成脆性碎裂的切屑,从而达到表面去除的目的。
因为硬脆材料的抗拉强度比抗压强度要小,对磨粒施加载荷时,会在硬脆材料表面的拉伸应力的最大处产生微裂纹。当纵横交错的裂纹延伸且相互交叉时,受裂纹包围的部分就会破碎并崩离出小碎块。此为硬脆材料研磨时的切屑生成和表面形成的基本过程。
由于碳化硅材料属于高硬脆性材料,需要采用专用的研磨液,碳化硅研磨的主要技术难点在于高硬度材料减薄厚度的精确测量及控制,磨削后晶圆表面出现损伤、微裂纹和残余应力,碳化硅晶圆减薄后会产生比碳化硅晶圆更大的翘曲现象。
2、碳化硅的抛光加工研究
目前碳化硅的抛光方法主要有:机械抛光、磁流变抛光、化学机械抛光(CMP)、电化学抛光(ECMP)、催化剂辅助抛光或催化辅助刻蚀(CACP/CARE)、摩擦化学抛光(TCP,又称无磨料抛光)和等离子辅助抛光(PAP)等。
化学机械抛光(CMP)技术是目前半导体加工的重要手段,也是目前能将单晶硅表面加工到原子级光滑最有效的工艺方法,是能在加工过程中同时实现局部和全局平坦化的唯一实用技术。
CMP的加工效率主要由工件表面的化学反应速率决定。通过研究工艺参数对SiC材料抛光速率的影响,结果表明:旋转速率和抛光压力的影响较大;温度和抛光液pH值的影响不大。为提高材料的抛光速率应尽量提高转速,虽然增加抛光压力也可提高去除速率,但容易损坏抛光垫。
目前的碳化硅抛光方法存在着材料去除率低、成本高的问题,且无磨粒研抛、催化辅助加工等加工方法,由于要求的条件苛刻、装置操作复杂,目前仍处在实验室范围内,批量生产的实现可能性不大。
人类1905年 第一次在陨石中发现碳化硅,现在主要来源于人工合成,碳化硅有许多用途,行业跨度大,可用于单晶硅、多晶硅、砷化钾、石英晶体等、太阳能光伏产业、半导体产业、压电晶体产业工程性加工材料。
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