[发明专利]用于SIC晶片的减薄多孔陶瓷复合结合剂、金刚石刀头、砂轮及其制造方法

说明书

本发明提供一种用于SIC晶片的减薄多孔陶瓷复合结合剂、金刚石刀头、砂轮及其制造方法，一种用于SIC晶片的复合陶瓷结合剂，包括如下重量份的原料组成：25～60份、辅助磨料15～45份、造孔剂5～15份，同时还公开了金刚石刀头、砂轮及其制造方法，以解决现有的所使用的陶瓷金刚石砂轮因气孔率过低、气孔小、联通气孔率低等，导致的砂轮磨削过程中气孔容易堵塞，磨削能力差和磨削效率低的技术问题。本发明的砂轮用于SIC晶片研磨，可以有效解决砂轮磨削过程中气孔容易堵塞，具有磨削能力好和磨削效率高的特点。

技术领域

本发明涉及半导体芯片制造技术领域，尤其涉及一种用于SIC晶片的减薄多孔陶瓷复合结合剂、金刚石刀头、砂轮及其制造方法。

背景技术

随着半导体制造技术的高速发展，应用领域的不断拓宽，尤其是5G技术的逐步推广应用，芯片的小型化，超薄化，高容量，高稳定性是未来半导体技术发展的必然要求。在硅材料作为第二代半导体的主要材料，其理论性能已经接近极限的前提下，碳化硅作为第三代半导体的主要材料，以其优越的性能，正在半导体领域加速推广应用。作为一种宽禁带半导体材料，碳化硅不但击穿电场强度高，热稳定性好；还是具有载流子饱和漂移速度高，热导率高等特性，制造的各种耐高温的高频大功率器件应用于硅器元器件难于胜任的领域。SIC与SI的性能比较：耐高压特性是SI的10倍，禁带宽度是SI的三倍，临界电场是SI的12倍，热导率是SI的3.5倍，耐高温是SI的5倍。 因此可以预见在不久的将来，SIC材料和器件制造技术的完善。部分SI材料领域被SIC所制得的半导体所替代。

但碳化硅材料是仅次于金刚石的高硬度、高脆性材料，据资料表明，碳化硅材料的硬度是硅材料的1.5倍，碳化硅材料虽性能优良，但由于其高的硬度也增加了其加工的难度，在碳化硅晶片的加工过程中，其技术指标要求极高，如：TTV＜1.5um，粗磨Ra＜25nm，精磨Ra＜1.0nm效率：磨削效率：粗磨8um/min，精磨1.5um/min。传统的金刚石砂轮加工的SIC晶片，是无法满足这些技术指标的。由于这方面的原因，导致碳化硅晶片的减薄加工量化生产过程中，废品率高，效率低，加工质量不稳定等。导致SIC晶片的价格是SI片的十倍以上，虽然与SI片相比有及其优良的性能，但由于价格过高，直接影响了推广应用。

目前金刚石砂轮是碳化硅晶片厚度减薄加工的唯一可选的加工工具。从某种意义上说，金刚石砂轮的性能优劣，即决定了碳化硅晶片的加工质量，又决定了其加工成本。现行碳化硅晶片减薄工艺所使用的陶瓷金刚石砂轮存在明显的缺陷和不足，难于满足高精度碳化硅晶片量化生产的需求。具体表现在以下几个方面：1.所用陶瓷结合剂的烧结温度过高，一般超过800°C。这就会导致金刚石在颗粒在过高温度下产生局部表面碳化（超过700°C，金刚石就开始碳化），降低了自身的强度。从而影响磨削性能和砂轮的使用寿命，提高了加工成本。另外，陶瓷结合剂高的烧结温度，往往带来过高的硬度，这对高硬度的SIC晶片的加工是不利的，特别容易导致晶片的变形，烧焦。2.金刚石颗粒在结合剂中的分散不均匀，有明显的团聚体。尤其是微米级的颗粒，比表面积大，特别容易团聚在一起，一般的混合方式是难以将它们分散开的。由于这些颗粒没有分散开，团聚在一起，在磨削过程中，特别容易晶片划伤，成为废品。3.由于传统造孔剂所生成的内部气孔形状不规则、气孔大小差别大、气孔率不能有效控制，特别是燃烧挥发不彻底，有残留物。这就导致砂轮在磨削过程中，由于气孔的容屑和冷却能力不够，特别容易堵塞，局部磨削温度过高，导致SIC晶片表面烧伤，成为废品。另一方面，如果气孔率过高，又会直接影响砂轮的强度和耐磨性，导致砂轮的磨削寿命低，成本增加。

因此，如何科学选择陶瓷结合剂的成分及所用比例，以降低结合剂的烧结温度，对金刚石颗粒的自身强度最大的保护；如何选择和创新超细粒度，多组份粉末的均匀混合的工艺和方法；如何开发和科学使用陶瓷结合剂砂轮的造孔剂；以上三个方面是制造半导体材料，尤其是高硬度碳化硅晶片减薄加工所用金刚石砂轮所面临的关键技术难题。

发明内容