用于SIC晶片的减薄多孔陶瓷复合结合剂、金刚石刀头、砂轮及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种用于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。本发明专利技术的砂轮用于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。高的特点。高的特点。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及半导体芯片制造
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于SIC晶片的减薄多孔陶瓷复合结合剂、金刚石、砂轮及其制造方法，以解决现行传统制造工艺中存在的以下问题：（1）陶瓷结合剂的烧结温度过高，导致金刚石颗粒的碳化，致使其强度损失。以及强度过高，不适宜高硬度SIC晶片的减薄加工。（2）超细金刚石颗粒（20um以下粒径）的团聚现象，不能在陶瓷结合剂中的充分均匀分散，导致在磨削过程中由于团聚体的存在，而划伤工件，导致废品率过高。（3）气孔的形状不规则，大小不均匀，气孔率难于量化控制，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。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：设计一种用于SIC晶片的复合陶瓷结合剂，包括如下重量份的原料：包括如下重量份的原料：陶瓷结合剂25～60份、辅助磨料15～45份、造孔剂5～15份。
[0008]一种用于制造SIC晶片金刚石砂轮的多孔陶瓷复合结合剂金刚石刀头，包括如下重量份的原料：陶瓷结合剂25～60份、辅助磨料15～45份、金刚石微粉20～50份，造孔剂5～15份。
[0009]优选的，所述陶瓷结合剂包括如下重量份的原料：二氧化硅20～28份、三氧化二铝10～20份、碳酸钾4～8份、碳酸钠10～25份、硼酸30～50份，所述辅助磨料为碳化硅微粉，其粒径为1～1.5um，所述造孔剂为球状聚甲基丙烯酸甲酯，其粒径为30～100um。
[0010]一种多孔陶瓷复合结合剂金刚石刀头的制备方法，包括如下步骤：1）将上述的陶瓷结合剂、辅助磨料、金刚石微粉和氧化锆陶瓷球和无水乙醇混匀，其中氧化锆陶瓷球和无水乙醇为混料介质；2）将步骤1）所混合的物料脱水干燥；3）将步骤2）制得的粉末加入造孔剂，反复过筛后混匀；4）将步骤3）制得的均匀物料装入模具中冷压成型，得到金刚石刀头生坯；5）将步骤4）得到的生坯放入烧结炉以内烧结，自然冷却至室温，得到金刚石刀头。
[0011]优选的，在步骤1）中，陶瓷结合剂、辅助磨料和金刚石微粉的混合物：陶瓷球：无水乙醇的体积比为1～2：2～4：6～8；在所述步骤2）中，控制干燥脱水条件为在75～85
°
C的温度下，干燥8～12小时；在所述步骤4）中，控制冷压成型的压力为8～12MPa。
[0012]在所述步骤5）中，在烧结时控制升温速度为5～8
°
C/min,烧结温度为660～700
°
C，保温时间为3～5小时。
[0013]一种上述制得的多孔陶瓷复合结合剂金刚石刀头，所述金刚石刀头的金刚石粒径为6～8um，气孔率20～60vol%。
[0014]一种多孔陶瓷复合结合剂金刚石砂轮的制备方法，包括如下步骤：1）将上述制得的金刚石刀头用粘结剂均匀粘结在已制得的砂轮基座上，室温下至少自
然固化24小时；2）将步骤1）得到的金刚石砂轮进行端面精加工，得到多孔陶瓷复合结合剂金刚石砂轮。
[0015]优选的，所述粘结剂为环氧树脂和Cu粉均匀混合胶液，环氧树脂与Cu粉的体积比为8～10：1。
[0016]优选的，包括砂轮基座和粘附在砂轮基座上圆周面上的上述的多个金刚石刀头。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果在于：1.本专利技术采用的陶瓷结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于SIC晶片的复合陶瓷结合剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：陶瓷结合剂25～60份、辅助磨料15～45份、造孔剂5～15份。2.一种用于制造SIC晶片金刚石砂轮的多孔陶瓷复合结合剂金刚石刀头，其特征在于，包括如下重量份的原料：陶瓷结合剂25～60份、辅助磨料15～45份、金刚石微粉20～50份，造孔剂5～15份。3.根据权利要求1或2所述的用于SIC晶片的多孔陶瓷粘合剂或金刚石刀头，其特征在于，所述陶瓷结合剂包括如下重量份的原料：二氧化硅20～28份、三氧化二铝10～20份、碳酸钾4～8份、碳酸钠10～25份、硼酸30～50份，所述辅助磨料为碳化硅微粉，其粒径为1～1.5um，所述造孔剂为球状聚甲基丙烯酸甲酯，其粒径为30～100um。4.一种多孔陶瓷复合结合剂金刚石刀头的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）将权利要求2所述的陶瓷结合剂、辅助磨料、金刚石微粉和氧化锆陶瓷球和无水乙醇混匀，其中氧化锆陶瓷球和无水乙醇为混料介质；2）将步骤1）所混合的物料脱水干燥；3）将步骤2）制得的粉末加入造孔剂，反复筛后混匀；4）将步骤3）制得的均匀物料装入模具中冷压成型，得到金刚石刀头生坯；5）将步骤4）得到的生坯放入烧结炉以内烧结，自然冷却至室温，得到金刚石刀头。5.根据权利要求4所述的多孔陶瓷复合结合剂金刚石刀头的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡永强，郑昆鹏，刘新建，刘鹏辉，
申请(专利权)人：河南科恩超硬材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：