基于薄片电极并列放电的第三代半导体晶圆高效精密电火花多片切割新方法研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51905255
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:27.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0509.加工制造
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
The third-generation semiconductor has entered a period of explosive growth, and the demand for wafers as the key core material is constantly rising. Their hardness, however, is several times higher than that of silicon semiconductor, which makes them very difficult to machine. The traditional sawing method for wafer fabrication is not only inefficient and of high cost, but also causes a large kerf loss. Multi-wire electrical discharge machining (EDM) is a very potential wafer slicing method as it has no limitation of material hardness. However, the risk of wire breakage is high in this method, and using thinner wire requires decrease of discharge current and wire tension when processing, which leads to reduction of processing speed and accuracy. In this project, a new parallel-discharge EDM method based on thin-foil electrodes, which can take both large current and tension, is proposed, with the aim to realize high-efficiency and high-precision slicing of the high hardness third-generation semiconductor wafers. The principle of thin-foil EDM slicing and the method of multi-foil simultaneous slicing are systematically studied, and the mechanism and control method of multi-foil parallel-discharge machining based on electrostatic induction is revealed. The fundamental experiments of slicing wafers by multi-foil parallel-discharge method are completed, and the optimization scheme of process parameters is put forward. The study provides both theoretical and technical basis for high-efficiency and high-precision fabrication of the high hardness third-generation semiconductor wafers, and the research results will promote not only the application and popularization of the third-generation semiconductor materials, but also the development of EDM technology.
第三代半导体已进入爆发式增长期,对作为关键核心材料的晶圆需求不断高涨,但其硬度高于硅半导体数倍,使用传统的锯切晶圆制造方法不仅加工困难、加工效率低,而且切缝损失大且成本很高;多线电火花线切割不受材料硬度限制,是一种很有潜力的晶圆加工方法,但是其断线风险高,且细线化需要以减小放电电流和线张力为代价,进而导致加工速度和精度的降低。本项目以第三代半导体晶圆的高效精密加工为目标,提出基于可以同时施加大电流和大张力的薄片电极的电火花切割加工新方法,系统研究薄片电极电火花切割加工的原理和多薄片同时切割加工的工艺方法,揭示基于静电感应的多薄片并列放电加工机理和控制方法,完成多薄片并列放电切割晶圆的基础实验,并提出过程参数的优化方案,从而为实现高硬度第三代半导体晶圆的高效率高精度切割加工提供理论依据并奠定技术基础。本项目的研究成果将促进第三代半导体材料的应用普及,同时推动电火花加工技术的发展。
结项摘要
第三代半导体材料普遍具有硬度高、脆性强、化学性质稳定等特点,导致传统的晶圆机械加工方法难以适用于第三代半导体晶圆的制造。电火花加工方法依靠放电等离子体对材料进行非接触去除,是一种有潜力的第三代半导体晶圆制造技术。本项目以第三代半导体晶圆的高效精密加工为目标,以单晶SiC作为对象开展了系统的基础研究与工艺开发工作。具体内容包括:1)通过单脉冲放电实验解析不同能量密度的脉冲放电波形对单发放电凹坑的形貌和尺寸影响,基于传热学和放电等离子体理论建立放电过程的有限元仿真模型,分析工件内部温度场的经时演变,为不同加工需求下的工艺参数选择提供了理论依据;2)研究了SiC的体阻抗及其与金属夹具接触界面上形成的肖特基势垒对极间放电电压的影响,并探究其高放电维持电压对放电状态检测、脉冲能量控制与伺服进给稳定性的影响;3)探明了SiC表面产生脆性破裂痕迹的原因,提出了抑制SiC放电脆性断裂的工艺参数窗口,以提高晶圆放电加工的表面完整性;4)研究了SiC放电亚表面损伤层的形成和抑制方法,解析了亚表面的材料相变和损伤类型,及其对后续晶圆加工工序的影响;5)探究了放电所能加工的最小晶圆厚度,实现了厚度30 μm的晶圆加工; 6)研究了基于静电诱导放电原理的多线并列放电切割方法,研制基于薄片电极的晶圆切片加工试验系统,分析了放电等效电路模型及工艺方法,验证了并列放电切片的可行性和有效性;7)拓展研究了基于静电诱导放电原理的半导体晶圆减薄方法,通过对静电诱导放电回路建立理论数值模型,分析讨论了极间大电容、半导体内部与界面的阻抗特性对放电加工的影响规律及机理,验证了双极性放电互磨方法的有效性。本项目丰富和完善了半导体晶圆高效和精密加工的理论和工艺方法体系,可为典型难加工的第三代半导体材料提供新的制造方法选择。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Phenomena and mechanism of local oxidation microlithography of 4H–SiC via electrochemical jet anodisation
电化学喷射阳极氧化4H·SiC局部氧化微光刻现象及机理
- DOI:10.1016/j.ceramint.2022.11.029
- 发表时间:2022
- 期刊:Ceramics International
- 影响因子:5.2
- 作者:Bangyan Dong;Shunda Zhan;Jiajun Lu;Zhaojie Chen;Yonghua Zhao
- 通讯作者:Yonghua Zhao
Dual-wafer intergrinding thinning by bipolar-discharge EDM with a capacity-coupled pulse generator considering large gap capacitance and minimization of discharge energy
考虑大间隙电容和放电能量最小化的双极放电电火花加工双晶片互磨减薄与电容耦合脉冲发生器
- DOI:10.1016/j.rineng.2022.100526
- 发表时间:2022
- 期刊:Results in Engineering
- 影响因子:5
- 作者:Junming Guan;Yonghua Zhao
- 通讯作者:Yonghua Zhao
Plasma-enabled electrochemical jet micromachining of chemically inert and passivating material
化学惰性和钝化材料的等离子体电化学喷射微加工
- DOI:10.1088/2631-7990/ac84b3
- 发表时间:2022
- 期刊:International Journal of Extreme Manufacturing
- 影响因子:14.7
- 作者:Jiajun Lu;Shunda Zhan;Bowen Liu;Yonghua Zhao
- 通讯作者:Yonghua Zhao
Non-contact grinding/thinning of silicon carbide wafer by pure EDM using a rotary cup wheel electrode
使用旋转杯轮电极通过纯 EDM 对碳化硅晶圆进行非接触式研磨/减薄
- DOI:10.1016/j.precisioneng.2021.12.001
- 发表时间:2021
- 期刊:Precision Engineering
- 影响因子:--
- 作者:Junming Guan;Yonghua Zhao
- 通讯作者:Yonghua Zhao
A novel approach for bulk micromachining of 4H-SiC by tool-based electrolytic plasma etching in HF-free aqueous solution
在无 HF 水溶液中通过基于工具的电解等离子蚀刻对 4H-SiC 进行体微加工的新方法
- DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2021.04.012
- 发表时间:2021
- 期刊:Journal of the European Ceramic Society
- 影响因子:5.7
- 作者:Shunda Zhan;Bangyan Dong;Hongqiang Wang;Yonghua Zhao
- 通讯作者:Yonghua Zhao
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- 通讯作者:蔡健
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