Vorteile des Ultraschall-Schleifens von Siliziumcarbid verändern die Welt der Wafer-Herstellung

2024Jahr 05Monat 17Tag

Über Siliziumcarbid (SiC) und dessen übliche Verwendung in der Halbleiterfertigung

Eigenschaften von Siliziumcarbid (SiC)

Siliziumcarbid (SiC) ist in den letzten Jahren aufgrund der rasch steigenden Bedeutung in der Halbleiter- und Elektrofahrzeuganwendung ein äußerst beliebtes Material geworden. Hier sind einige typische Materialeigenschaften von Siliziumcarbid:

【Hohe Härte und gute mechanische Festigkeit】

Siliziumcarbid ist ein äußerst hartes Material und steht auf der Mohs-Skala nahe an Diamant (Mohs-Härtegrad von 9). Diese Härte macht es sehr verschleißfest und verleiht ihm eine gute mechanische Festigkeit. Siliziumkarbid eignet sich daher hervorragend für hochpräzise mechanische Komponenten, die mechanische Belastungen und Stress standhalten können.

【Hervorragende Wärmeleitfähigkeit und Stabilität】

Siliziumcarbid hat einen sehr hohen Schmelzpunkt (ungefähr 2.700°C oder 4.892°F) und ist resistent gegen thermischen Schock. Diese Eigenschaft ermöglicht es ihm, seine strukturelle Stabilität selbst in oxidierenden und korrosiven Umgebungen bei erhöhten Temperaturen aufrechtzuerhalten. Das Material zeigt eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, was es zu einem effektiven Wärmeleiter macht.

【Elektrische Leitfähigkeit】

Siliziumcarbid kann je nach seiner Kristallstruktur sowohl ein Halbleiter als auch ein Leiter sein. Das Material ist für Leistungselektronik und Hochfrequenz-RF-Geräte aufgrund seiner breiten Bandlücke (WBG) wertvoll. Die Bandlücke eines Halbleitermaterials bestimmt die Energiemengen, die erforderlich sind, um ein Elektron ins Leitungsband zu versetzen und als Leiter zu wirken. Traditionell wurde Silizium als primäres Material für Halbleiter verwendet. Als Material mit breiter Bandlücke kann Siliziumcarbid dünner sein als Silizium, um dieselbe angelegte Spannung aufrechtzuerhalten. Dies führt zu geringeren Leitungs- und Schaltverlusten im Vergleich zu siliziumbasierten Bauelementen.

Übliche Verwendung von Siliziumcarbid (SiC) im Halbleiter-Wafer-Fertigungsprozess

Wichtige Ersatzteile innerhalb der Halbleiterfertigungskammer, die aus Siliziumcarbid (SiC) bestehen, sind für verschiedene Anwendungen im Wafer-Fertigungsprozess unerlässlich. Einige der wichtigen Siliziumcarbid-Ersatzteile umfassen:

【SiC-Wafersubstrate und Wafersuszeptoren】

SiC-Wafersubstrate dienen als Grundlage für das epitaktische Wachstum anderer Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN). Diese Substrate sind entscheidend für die Herstellung von Hochleistungs- und Hochfrequenzelektronikgeräten.

SiC-beschichtete Suszeptoren werden in Prozessen wie der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) und der metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD) für das epitaktische Wachstum verwendet. Sie sind so konzipiert, dass sie hohen Temperaturen und korrosiven Umgebungen standhalten, während sie das Wachstum von Dünnfilmen und epitaktischen Schichten unterstützen.

【SiC-Ätzkammern und Duschköpfe】

SiC wird zur Herstellung von Ätzkammern und Komponenten innerhalb der Ätzkammern (wie SiC-Duschköpfe) für Prozesse wie Plasmaätzen und chemische Gasphasenabscheidung verwendet.

Die hervorragende thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit machen Siliziumcarbid zu einer langlebigen Wahl für diese Anwendungen.

【SiC-Lager und Dichtungen】

In Halbleiterfertigungsgeräten werden SiC-Lager und Dichtungen aufgrund ihrer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit, thermischen Stabilität und chemischen Inertheit eingesetzt. Diese Materialeigenschaften helfen, die Integrität und Stabilität von Prozesskammern und Vakuumumgebungen zu erhalten.

【SiC-Keramikdüsen und -auskleidungen für die Nassreinigung in der Prozesskammer】

SiC-Düsen und -Auskleidungen werden in Plasmaätz- und Nassreinigungsprozessen verwendet, bei denen aggressive und korrosive Chemikalien unter erhöhten Temperaturen zum Einsatz kommen. Die chemische Beständigkeit und thermische Stabilität von Siliziumcarbid sind in diesem Kontext von Vorteil.

Mechanismus des Schleifens von Siliziumcarbid (SiC)

In den Anfangsstadien des Schleifens dringen die Schleifkörner des Schleifwerkzeugs in die Oberfläche des Siliziumcarbid-Werkstücks ein und erzeugen Rillen oder Kratzer. Dies liegt hauptsächlich an der Härte der Schleifkörner und ihrem Kontakt mit dem Werkstück.

Mit fortschreitendem Schleifen beginnen die Schleifkörner, in das Siliziumcarbid-Material zu schneiden. Diese Schneidaktion ist für die Materialentfernung sowie die Erzeugung der gewünschten Form und Oberflächenbeschaffenheit verantwortlich. Unter den hohen Schleifkräften, die während des Schleifprozesses entstehen, kann es vorkommen, dass einige Siliziumcarbid-Materialien brechen. Dies kann zur Bildung von Mikrorissen führen und die Materialentfernung unterstützen.

Schwierigkeiten beim Schleifen von Siliziumcarbid (SiC)

Das Schleifen von Siliziumcarbid kann aufgrund seiner einzigartigen Material- und mechanischen Eigenschaften herausfordernd sein. Einige der Schwierigkeiten, die mit dem Schleifen von Siliziumcarbid verbunden sind, umfassen:

Härte und Sprödigkeit

Siliziumcarbid ist ein äußerst hartes Material, das auf der Mohs-Härteskala mit 9 bewertet wird (nahe an Diamant). Diese Härte kann zu übermäßigem Verschleiß und schnellem Abstumpfen der Schleifwerkzeuge/-scheiben führen. Siliziumcarbid ist auch sehr spröde, was bedeutet, dass es beim Schleifen leicht brechen kann. Die zunehmenden Schleifkräfte können zu Absplitterungen und Kantenrissen im Material führen, was die Qualität der fertigen Oberfläche beeinträchtigt.

Hohe Reibung und zunehmende Schleifkräfte

Hohe Reibung zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Siliziumcarbid-Werkstück resultiert hauptsächlich aus der Ansammlung von Keramikpartikeln (Siliziumcarbid-Materialrückständen) in den Poren (zwischen den Schleifkörnern) des Schleifwerkzeugs. Eine schlechte Evakuierung der Keramikpartikel kann zu einem Rückgang der Schleifkapazität des Werkzeugs führen, was wiederum zu einer Erhöhung der Schleifkräfte führt.

Werkzeug Verschleiß und Werkzeug Abrichtung

Schleifwerkzeuge/-scheiben für das Schleifen von Siliziumcarbid können sich sehr schnell abnutzen, da die Schleifkapazität aufgrund der schlechten Partikelabfuhr rasch abnimmt. Dies erfordert häufigen Austausch und erhöht die Kosten des Schleifprozesses. Regelmäßiges Abrichten des Schleifwerkzeugs/-scheibe ist notwendig, um deren Schärfe zu erhalten und das Beladen der Schleifkörner mit Siliziumcarbid-Materialrückständen zu verhindern, was zu einer schlechten Schleifeffizienz führen kann.

Jedoch nimmt das regelmäßige Abrichten des Werkzeugs normalerweise viel Prozesszeit in Anspruch, und das Schleifwerkzeug würde unweigerlich zusätzlichen Verschleiß während des Abrichtprozesses erleiden. Dies ist nicht nur zeitaufwendig, sondern könnte auch zu einer schnellen Abnahme der Schleiffähigkeit des Werkzeugs führen.

Was bringt HIT Ultraschallbearbeitung für das Schleifen von Siliziumcarbid (SiC)?

Ultraschall-Hochfrequenz-Oszillation

Die von HIT unterstützte Ultraschallbearbeitungstechnologie bietet die Überlagerung der Werkzeugrotation mit einer Hochfrequenzoszillation in Längsrichtung, die über 20.000 Mikrovibrationen pro Sekunde erzeugt. Dieser Mechanismus hilft, die Schleifkräfte zu reduzieren und erleichtert die Abführung von Keramikpartikeln (Materialrückstände).

Die Hochfrequenzoszillation in Längsrichtung ermöglicht einen intermittierenden Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück. Dies hilft, die akkumulative Hitze um das Schleifwerkzeug zu eliminieren, was zu einer erheblichen Reduzierung des Werkzeugverschleißes führt.

Reduzierung der Schleifkräfte

Die Reduzierung der Schleifkräfte verringert nicht nur die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück, sondern ermöglicht auch eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit und des Vorschubrats. Dieser Mechanismus trägt auch dazu bei, die während des Bearbeitungs Prozesses erzeugte Wärme zu senken. Dies verbessert die Werkstückqualität und Stabilität der Werkzeuglebensdauer erheblich und spart eine enorme Menge an Energie und Gesamtprozesszeit.

Bessere Partikelflushing

Die Erleichterung des Keramikpartikel-Flushing reduziert auch die Reibung sowohl am Werkzeug als auch am Werkstück, die durch übermäßige Keramikpartikel (Materialrückstände), die am Schleifwerkzeug/-rad haften, verursacht werden. Wenn die Poren (zwischen den Schleifmitteln) des Schleifwerkzeugs mit akkumulierten Keramikpartikeln gefüllt sind, würde das Werkzeug schnell seine Schleiffähigkeit verlieren.

Die Hochfrequenz-Mikrovibration des Ultraschalls sorgt für ein besseres Partikelflushing, das hilft, den Selbstschärfungsmechanismus (abgenutzte Schleifkörner fallen ab und neue Diamantkörner treten heraus, um weiter zu schleifen) des Schleifwerkzeugs/-rads zu erzeugen. Dies kann die Zeit und den Werkzeugverschleiß durch den Werkzeugabrichtprozess erheblich reduzieren.

Vorteile der HIT-Ultraschallbearbeitung beim Schleifen von Siliziumcarbid (SiC)

Beim Schleifen von Siliziumkarbid hilft die von HIT unterstützte Ultraschall Bearbeitungs Technologie, die Schleifkräfte zu reduzieren und sorgt für ein besseres Keramik partikelflushing. Dieser Mechanismus trägt zu einer deutlich kürzeren Prozesszeit (Eliminierung des Werkzeug abricht prozesses), einer besseren Werkstückqualität (reduzierte Kantenrisse und bessere Oberflächenqualität) und einer längeren Werkzeuglebensdauer (Eliminierung des Werkzeug abricht prozesses und Verhinderung von akkumulierten Keramikpartikeln) bei.

💡 Weitere Informationen zur Ultraschallbearbeitung Technologie von HIT

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