中國粉體網(wǎng)訊 2024年12月24日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2024半導(dǎo)體行業(yè)用金剛石材料技術(shù)大會”在河南鄭州濱河假日酒店隆重召開。會議期間，我們邀請到多位業(yè)內(nèi)專家學(xué)者做客“對話”欄目，就金剛石材料在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用進展以及技術(shù)現(xiàn)狀進行了訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網(wǎng)對廣東工業(yè)大學(xué)路家斌教授的專訪。
廣東工業(yè)大學(xué)路家斌教授
粉體網(wǎng)：路教授，首先請您介紹一下您的研究方向。
路教授：最近十年來，我主要研究的是半導(dǎo)體材料的超精密加工，尤其是針對第三代半導(dǎo)體（碳化硅、氮化鎵等）和第四代半導(dǎo)體（氧化鎵、金剛石等）的研磨拋光的方法、工藝和耗材。在制造過程中，由于研磨拋光工藝、操作等相對直觀且容易被模仿，所以目前我們更多是想開發(fā)一些研磨拋光耗材，比如做成固相反應(yīng)的研磨盤、拋光盤、拋光墊或拋光液等。
粉體網(wǎng)：目前金剛石的表面超精密拋光技術(shù)有哪些？
路教授：由于金剛石的硬度非常高，所以加工難度非常大，目前加工金剛石的方法很多，包括從傳統(tǒng)的機械拋光、砂輪拋光到現(xiàn)在CMP技術(shù)等。從原理的角度來說，金剛石的加工方法主要分為兩類：
一類是通過直接輸入能量的方式，打破金剛石的C-C共價鍵來實現(xiàn)材料去除，如機械拋光是通過直接輸入機械能的方式使C-C鍵發(fā)生破裂；而激光加工則是通過輸入激光能量的方式。直接輸入能量方法的最大優(yōu)點是效率非常高，缺點就是損傷會比較大，比如，機械拋光可能會產(chǎn)生一些機械損傷，而激光拋光會產(chǎn)生一些熱損傷。
另外一種方法是采用CMP拋光，也就是以化學(xué)反應(yīng)的方式來進行拋光。最典型就是CMP，除此之外，摩擦化學(xué)通過高溫摩擦產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，還有等離子體拋光等這些方法。
粉體網(wǎng)：激光誘導(dǎo)石墨化輔助CMP拋光方法是如何拋光單晶金剛石的？涉及的原理又是什么？
路教授：激光誘導(dǎo)石墨化輔助CMP拋光方法準確來說是采取兩個步驟來實現(xiàn)金剛石的拋光。
激光誘導(dǎo)石墨化部分通過直接通過輸入能量的方式來對金剛石進行材料去除，這個部分主要用于粗拋光。這種方法的優(yōu)勢在于效率非常高，但是很難讓它表面粗糙度達到原子級的精度。
目前我們激光單次加工效果最好的是50nm，未來我的目標是想通過激光誘導(dǎo)石墨化能夠達到10nm左右。
激光誘導(dǎo)石墨化最大的優(yōu)點就是可以快速地進行整平，假設(shè)一個粗糙不平的金剛石，如果一開始就完全用CMP拋光或研磨去把它整平的話，不僅難度極大，而且效率也非常低。
但是通過激光誘導(dǎo)石墨化之后，就可以快速地對其進行粗加工，達到整平并且控制損傷，最后再采用CMP拋光的方式進行精拋光，進一步降低粗糙度和減少損傷層。對于金剛石的CMP拋光，我們也研究多種原理的化學(xué)反應(yīng)，最后選擇利用紫外光催化和芬頓反應(yīng)的協(xié)同作用來顯著提高強氧化性的羥基自由基（•OH）濃度，從而增強金剛石的化學(xué)反應(yīng)，達到提高拋光效率的目的，實現(xiàn)金剛石的高效率、高精度拋光。
實際上，在金剛石的激光誘導(dǎo)石墨化和CMP拋光中還存在協(xié)同問題，激光誘導(dǎo)石墨化后會產(chǎn)生熱損傷，著有可能會加快后期CMP的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生協(xié)同作用。關(guān)于這方面的問題，目前我們還在進一步研究中。
粉體網(wǎng)：在您看來，未來金剛石表面拋光技術(shù)發(fā)展的重點是什么？
路教授：最主要的還是降低加工成本。首先從成本角度來說，激光加工是一個非常有前途的方法，但激光加工后的最終粗糙度很難降低是需要關(guān)注的問題，未來還需要進一步研究如何優(yōu)化激光加工，進一步降低粗糙度。其次，我認為CMP仍然是目前最重要也是關(guān)鍵的拋光工藝，要進一步大力發(fā)展，因為最終要達到原子級的粗糙度，甚至是實現(xiàn)無表面或者亞表面損傷，都必須最后要用到CMP。未來，這兩部分一定會實現(xiàn)的。
此外，目前還有一個比較流行的原子級的拋光方法就是等離子體拋光，最早是由日本學(xué)者提出，現(xiàn)在國內(nèi)也有很多地方開始做等離子體拋光，如南方科技大學(xué)的鄧輝教授在這方面做的非常好，這也是未來的發(fā)展方向之一。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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