Aluminiumnitrid für die Halbleiterindustrie
Aluminiumnitrid (AlN) mit hoher Festigkeit, hoher Durchgangswiderstand, hohe Isolationsspannung, Wärmeausdehnungskoeffizient, und Silikon passen gut zusammen, etc., nicht nur als strukturelle Keramiksinterzusätze oder Verstärkungsphase verwendet, insbesondere im Bereich keramischer elektronischer Substrate und Verkapselungsmaterialien in den letzten Jahren, Seine Leistung ist weitaus höher als die von Aluminiumoxid.
Aluminiumnitrid-Materialien im Bereich Elektronik und Elektrizität, Lokomotiven, Luft- und Raumfahrt, Landesverteidigung und Militärindustrie, Kommunikation und viele Industriebereiche bieten breite Anwendungsaussichten und ein breites Spektrum potenzieller Märkte. High-End-Anwendungen sind mit der Entwicklung von Aluminiumnitrid-Kristallmaterialien immer beliebter geworden. Darunter, Die Anwendung von Aluminiumnitrid im Halbleiterbereich hat große Aufmerksamkeit erregt.
Aluminiumnitrid für die Halbleiterindustrie
Leistungsmerkmale von Aluminiumnitridmaterialien
Aluminiumnitrid (AlN) ist eine kovalent gebundene Verbindung mit einer hexagonal fibrillierten Zinkitstruktur und einem Gitterparameter von a = 3.114 und c = 4.986. Reines Aluminiumnitrid hat eine bläulich-weiße Farbe, und Aluminiumnitrid verhält sich im Normalzustand normalerweise in einer grauen oder cremefarbenen Farbe. Als Material mit großem Potenzial, Aluminiumnitrid besitzt diese Leistungsmerkmale:
① Thermische Eigenschaften
Die theoretische Wärmeleitfähigkeit von AlN beträgt 320 W/m-K, und die Wärmeleitfähigkeit des tatsächlich hergestellten polykristallinen AlN beträgt im Allgemeinen 100–260 W/m-K. Die Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur beträgt das 10- bis 15-fache der von Al2O3, was dem von BeO nahe kommt (die theoretische Wärmeleitfähigkeit beträgt 350W/m-K), und die Wärmeleitfähigkeit ist besser als die von Berylliumoxid, wenn die Temperatur höher als 200 °C ist. Im Bereich von 25 bis 400 °C, das reine AIN hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 4,4×10-6K-1, das dem von Silizium ähnelt (3.4×10-6K-1).
② Elektrische Eigenschaften
Die Elektronegativität von reinem AIN bei Raumtemperatur beträgt mehr als 1014 Ω-cm, Das ist ein gutes Isoliermaterial; Die Dielektrizitätskonstante beträgt ca 8.0 (1Beständigkeit gegen Korrosion und Erosion), was mit dem von Al2O3 vergleichbar ist; der dielektrische Verlust beträgt 10-4 (1Beständigkeit gegen Korrosion und Erosion), und die isolierende Spannungsfestigkeit beträgt 14KV-mm-1, und es hat einen hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten (0.8%), Piezoelektrizität und Pro-Negativität.
③ Mechanische Eigenschaften
Zimmertemperatur, Dichte AIN-Keramik mit einer Vickers-Härte von 12 GPa, Mohshärte 7 ~ 8, Young-Modul von 308 GPa, Biegefestigkeit von bis zu 350 MPa, Stärke mit dem Temperaturanstieg und der Rückgang ist relativ langsam, 1300 ℃ Hochtemperaturfestigkeit als die Raumtemperaturfestigkeit von etwa 20% untere, beim Heißpressen von Si3N4, Al2O3 generell zu reduzieren 50%.
④ Chemische Eigenschaften
AIN weist eine ausgezeichnete Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit auf, nicht durch Aluminium unterwandert, Kupfer, Silber, führen, Nickel und viele andere Metalle, aber auch in bestimmten geschmolzenen Salzen, wie Galliumarsenid in der Salzschmelze von der Stabilität der Existenz des AIN; AIN weist eine starke Hygroskopizität auf, und reagiert sehr leicht mit dem Wasserdampf in der Luft; in der Luft, die anfängliche Oxidation der AIN-Temperatur von 700 ~ 800 ℃. Bei atmosphärischem Druck, AIN schmilzt nicht, unterliegt jedoch einer thermischen Zersetzung bei 2260-2500℃.
Anwendung von Aluminiumnitrid im Halbleiterbereich
① Trägermaterialien und Verpackungsmaterialien
Mit der boomenden Entwicklung der Mikroelektronik und Halbleitertechnologie, Die aktuellen Leistungshalbleitergeräte müssen beide Hochspannung haben, hoher Strom, hohe Leistungsdichte, geringe Größe und andere Eigenschaften, Die Wärmeflussdichte des elektronischen Substrats hat dramatisch zugenommen, Die Aufrechterhaltung einer stabilen Betriebsumgebung innerhalb des Geräts ist zu einem zentralen Anliegen der technischen Probleme geworden. Aus diesem Grund, Die Substratmaterialien in integrierten Leistungsschaltkreisen müssen sowohl eine gute mechanische Zuverlässigkeit als auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Aluminiumnitrid für die Halbleiterindustrie
Derzeit, Die Verpackungssubstratmaterialien werden hauptsächlich in Aluminiumoxidkeramik oder Polymermaterialien verwendet, Allerdings mit immer höheren Anforderungen an das Trägersubstrat elektronischer Bauteile, Ihre Wärmeleitfähigkeit entspricht nicht den Anforderungen der Industrie, und AlN-Keramik gilt als eine neue Generation von Wärmeableitungssubstraten und ist aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit ideal für die Kapselung elektronischer Geräte, Der Wärmeausdehnungskoeffizient kommt den Eigenschaften von Silizium nahe, es bildet sich ein Kupfer-Sauerstoff-Eutektikum, das sowohl an Kupfer als auch an die als Substrate verwendeten Oxide erfolgreich bindet, chemische Stabilität und Umweltschutz Ungiftigkeit Material.
Im Vergleich zu Al2O3-Keramiksubstrat und Si3N4-Keramiksubstrat, AlN-Keramiksubstrat hat diese Vorteile: die Verwendung von AlN-Keramiksubstrat als Träger für den Chip, Der Chip kann vom Modul-Wärmeableitungssubstrat getrennt werden, Die Mitte des Substrats aus einer AlN-Keramikschicht kann die Isolationsfähigkeit des Moduls effektiv verbessern (Isolationsspannung der Keramikschicht > 2.5KV), und das Aluminiumnitrid-Keramiksubstrat weist eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, Wärmeleitfähigkeit Zusätzlich, Der Ausdehnungskoeffizient des AlN-Keramiksubstrats ist dem von Silizium ähnlich, verursacht keine Belastungsschäden am Chip, Schälfestigkeit des Aluminiumnitrid-Keramiksubstrats> 20N/mm2, verfügt über hervorragende mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, nicht leicht zu verformen, kann in einem weiten Temperaturbereich eingesetzt werden.
② Waferbearbeitung mit elektrostatischen Saugnäpfen
Moderner Halbleiterfertigungsprozess bei der Bearbeitung von Wafern mit einer Vielzahl von Verfahren, Wafer müssen zwischen Hunderten von Prozessgeräten hin und her transportiert werden, Daher besteht Bedarf an einer Vorrichtung zum Festklemmen der Wafer. Elektrostatische Saugnäpfe können durch elektrostatische Adsorption auf dem Wafer befestigt werden, Die Adsorptionskraft ist gleichmäßig und stabil, Der Wafer verzieht sich nicht und verformt sich nicht, um sicherzustellen, dass die Waferverarbeitung präzise und sauber ist. Derzeit, Die übliche elektrostatische Saugnapftechnologie basiert hauptsächlich auf Aluminiumoxidkeramik oder Aluminiumnitridkeramik als Hauptmaterial. Für die normale Siliziumwaferbearbeitung, hochreines Aluminiumoxid oder Saphir können die Anforderungen erfüllen, aber wenn es bei der Verarbeitung von Siliziumkarbid-Wafern verwendet wird, Die Wärmeleitfähigkeit ist unzureichend, Um die Anforderungen zu erfüllen, muss Aluminiumnitrid verwendet werden.
Aluminiumnitrid für die Halbleiterindustrie
Die Vorteile von elektrostatischen Saugnäpfen aus Aluminiumnitridkeramik sind: kann seinen Volumenwiderstand steuern, Erhalten Sie einen großen Temperaturbereich und eine vollständige Adsorption, Mit elektrostatischen Saugnäpfen lässt sich durch den hohen Freiheitsgrad des Heizkörperdesigns eine gute Temperaturgleichmäßigkeit erreichen; Aluminiumnitrid durch den einteiligen Co-Firing-Typ, es kommt zu keiner Verschlechterung der Elektrode durch die Zeitumstellung, das Maximum, um die Produktqualität zu schützen; in der Plasma-Halogen-Vakuumatmosphäre, um das Aluminiumnitrid unter einer Plasma-Halogen-Vakuumatmosphäre betreiben zu können, um den anspruchsvollsten Prozessumgebungen von Halbleitern und Mikroelektronik standzuhalten, und es kann auch eine stabile Adsorptionskraft und Temperaturkontrolle bieten. Man hört, dass die Anwendung von Aluminiumnitrid im Bereich der Halbleiter im Ausland zum Hauptmarkt für Aluminiumnitridkeramik geworden ist, Das höchste Ende der elektrostatischen Saugnäpfe kann sogar für Hunderttausende bis Millionen Yuan verkauft werden, sehr „Gold“.
③ Substratmaterialien
AlN-Kristall ist GaN, AlGaN- und AlN-Epitaxiematerial ideales Substrat. Im Vergleich zu Saphir- oder SiC-Substrat, AlN ist thermisch und chemisch besser mit GaN verträglich, und die Spannung zwischen dem Substrat und der Epitaxieschicht ist kleiner. Das aus ultradünnem Verbundsubstrat mit hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften, AlN-Kristalle, bei Verwendung als GaN-Epitaxiesubstrate, kann die Defektdichte im Gerät deutlich reduzieren, die Leistung des Geräts verbessern, und haben gute Anwendungsaussichten bei der Herstellung von Hochtemperaturprodukten, Hochfrequenz, elektronische Hochleistungsgeräte.
Aluminiumnitrid für die Halbleiterindustrie
Zusätzlich, Verwendung von AlN-Kristallen als Substrat für epitaktische AlGaN-Materialien mit hohem Aluminiumgehalt (Al) Die Zusammensetzung kann auch die Defektdichte in der Nitrid-Epitaxieschicht wirksam reduzieren, Dadurch wird die Leistung und Lebensdauer von Nitrid-Halbleiterbauelementen erheblich verbessert. Hochwertige Day-Blind-Detektoren auf AlGaN-Basis wurden erfolgreich eingesetzt.
④ Dünnschichtmaterialien
Aufgrund der großen Bandlücke und der starken Polarisation von AlN, mit einer verbotenen Bandbreite von 6,2 eV, Die daraus hergestellten Aluminiumnitrid-Dünnschichtmaterialien weisen viele hervorragende physikalisch-chemische Eigenschaften auf, wie z. B. eine hohe Durchschlagsfeldstärke, AlN-Keramik-Aluminiumnitrid-Teil_1, hoher elektrischer Widerstand, hohe chemische und thermische Stabilität sowie gute optische und mechanische Eigenschaften, und werden häufig als Isolationsmedien und Isoliermaterialien bei der Verpackung elektronischer Geräte und integrierter Schaltkreise verwendet.
Hochwertige AlN-Folie verfügt außerdem über eine sehr hohe Ultraschallübertragungsgeschwindigkeit, kleiner akustischer Verlust, erhebliche piezoelektrische Kopplungskonstante, und Si, GaAs ähnelt dem Wärmeausdehnungskoeffizienten, etc., Einzigartige Eigenschaften machen es in der Mechanik aus, Mikroelektronik, Fabrikpreis und Versand innerhalb, sowie elektronische Komponenten, Oberflächenwellen-Akustikgeräte, Fertigung und Hochfrequenz-Breitbandkommunikation sowie andere Bereiche haben ein breites Anwendungsspektrum.
Aluminiumnitrid für die Halbleiterindustrie
Derzeit, Die Herstellung des Aluminiumnitridfilms befindet sich noch im Stadium komplexer Ausrüstung, teuer und schwer zu kommerzialisieren, und das zur Herstellung des Films verwendete Verfahren erfordert normalerweise, dass das Substrat auf eine höhere Temperatur erhitzt wird. Die derzeitige Niedertemperaturpräparation von Aluminiumnitrid-Dünnfilmen ist noch unausgereift und unvollständig. Die Entwicklung integrierter optischer Geräte, andererseits, erfordert eine Filmvorbereitung bei niedrigeren Temperaturen, um thermische Schäden am Substratmaterial zu vermeiden. Es gibt noch viel zu tun, um die Herstellungsmethode von Aluminiumnitridfilmen zu verbessern und eine höhere Dichte zu erzielen, einheitlicher, Aluminiumnitridfilme mit höherer Reinheit und geringeren Kosten bei niedrigeren Temperaturen und einfacheren Prozessbedingungen.
Aluminiumnitrid für die Halbleiterindustrie
