从单晶硅到金刚石:半导体衬底的“原子级”表面,是怎么磨出来的?


来源:中国粉体网   山林

[导读]  从单晶硅到金刚石:半导体衬底的“原子级”表面,是怎么磨出来的?

中国粉体网讯  随着集成电路技术的发展,特别是进入亚微米工艺之后,由于特征尺寸的减小和高密度器件的实现,集成电路材料层之间的平坦度变得越来越关键,对半导体衬底的超精密表面处理效率和表面质量的要求也越来越高。

 

超精密抛光工艺可大致分为机械抛光和非机械抛光者主要是选择硬度较高的磨粒,通过磨粒的机械作用去除材料,此类方法包括超声辅助抛光、磁流变抛光、流体喷射抛光等;后者主要是通过化学反应、高强度电磁或等离子能量去除材料,此类方法包括电解抛光、激光抛光、离子束抛光等。随着科技的进步,单一的抛光方法与工业的需求目标产生了很大的差距。因此,将机械和化学方法相结合的化学机械抛光技术得到了广泛的关注与应用。

 

当前,化学机械抛光技术(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是唯一可以实现全局平坦化的关键技术,随着集成电路元件的最小特征尺寸缩小到 7nm甚至 5nm,CMP 技术在过去的几十年中得到了突飞猛进的发展,其抛光工艺已达到纳米级,被广泛应用于半导体加工制程,成为纳米级集成电路制造的标准过程,促进了集成电路技术和摩尔定律的稳步发展。

 

CMP过程中,首先将待抛光材料固定在载样盘上,并且安装抛光垫。抛光盘和待抛光材料均以其自身的对称轴旋转。另外,将抛光液运送到抛光垫上面。通过抛光液和待抛光材料之间的化学反应、磨粒和待抛光材料之间的机械作用,使得材料去除并获得表面全局平坦化。

 

CMP过程含有两种动态过程,即化学动态过程和机械动态过程。化学作用太强,工件表面生成大量的化学产物对化学作用的进行将产生阻碍作用,并且易于在工件表面形成腐蚀坑。机械作用太强,将会导致工件表面产生划痕,出现表面或亚表面损伤,影响工件表面质量,只有当这两种动态过程达到平衡时,抛光性能才会最理想。

 

2026年1015中国粉体网将在江苏•苏州举办2026半导体与光学材料超精密加工技术及应用大会”。届时,我们邀请到清华大学天津高端装备研究院润滑技术研究所常务副所长戴媛静出席本次大会并作题为《半导体衬底材料原子级超精加工及研究进展》的报告。报告中将介绍针对各种半导体衬底材料的理化和使用性能特点,选择了化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)为其原子级超精加工方法,对不同半导体衬底材料的原子级制造原理和工艺路径进行了研究、设计与实验考察,包括:硅衬底化学机械抛光机理与工艺研究、碳化硅的表面超精抛光与抛光液分析、单晶金刚石原子级去除机理及工艺路径探讨等。

 

 

 

专家简介

 

戴媛静,无党派人士,教授级高工,天津市十百千工程人才,清华大学天津高端装备研究院润滑技术研究所常务副所长,研究方向包括:原子级芯片制造、工业润滑介质及其无害化处理、特种润滑油脂及核心功能添加剂合成等。工作期间主持和参与了多项国家/地方/军内科研项目,包括国家科技重大专项(04专项)、国家重点研发计划、国防科工局基础科研、国家自然科学基金原创/重点项目、科技部国际合作项目、京津冀科技成果转化项目等;发表了70余篇中英文论文,申请了60余项发明专利(其中授权33项);主编了专业技术书籍1本,参与制定国标、团体标准多项;获得了省部级科研奖励4项,获得 “天津市三八红旗手”、天津市“131”创新型人才、天津市“十百千工程”人才等荣誉称号。

 

参考来源:

中国粉体网、鼎龙股份


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