中國(guó)粉體網(wǎng)訊  2024年12月24日,，由中國(guó)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(huì)”在河南鄭州濱河假日酒店隆重召開(kāi),。會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到多位業(yè)內(nèi)專家學(xué)者做客“對(duì)話”欄目，就金剛石材料在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展以及技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了訪談交流,。本期為您分享的是中國(guó)粉體網(wǎng)對(duì)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(qǐng)您介紹一下您的研究方向,。

路教授：最近十年來(lái)，我主要研究的是半導(dǎo)體材料的超精密加工,，尤其是針對(duì)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(guò)程中，由于研磨拋光工藝,、操作等相對(duì)直觀且容易被模仿,，所以目前我們更多是想開(kāi)發(fā)一些研磨拋光耗材，比如做成固相反應(yīng)的研磨盤(pán),、拋光盤(pán),、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(jī)械拋光,、砂輪拋光到現(xiàn)在CMP技術(shù)等。從原理的角度來(lái)說(shuō),，金剛石的加工方法主要分為兩類：

一類是通過(guò)直接輸入能量的方式,，打破金剛石的C-C共價(jià)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)材料去除，如機(jī)械拋光是通過(guò)直接輸入機(jī)械能的方式使C-C鍵發(fā)生破裂,；而激光加工則是通過(guò)輸入激光能量的方式,。直接輸入能量方法的最大優(yōu)點(diǎn)是效率非常高，缺點(diǎn)就是損傷會(huì)比較大,，比如,，機(jī)械拋光可能會(huì)產(chǎn)生一些機(jī)械損傷，而激光拋光會(huì)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(lái)進(jìn)行拋光,。最典型就是CMP，除此之外,，摩擦化學(xué)通過(guò)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(zhǔn)確來(lái)說(shuō)是采取兩個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)金剛石的拋光。

激光誘導(dǎo)石墨化部分通過(guò)直接通過(guò)輸入能量的方式來(lái)對(duì)金剛石進(jìn)行材料去除,，這個(gè)部分主要用于粗拋光,。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于效率非常高，但是很難讓它表面粗糙度達(dá)到原子級(jí)的精度,。

目前我們激光單次加工效果最好的是50nm,，未來(lái)我的目標(biāo)是想通過(guò)激光誘導(dǎo)石墨化能夠達(dá)到10nm左右。

激光誘導(dǎo)石墨化最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以快速地進(jìn)行整平,，假設(shè)一個(gè)粗糙不平的金剛石,，如果一開(kāi)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(guò)激光誘導(dǎo)石墨化之后，就可以快速地對(duì)其進(jìn)行粗加工,，達(dá)到整平并且控制損傷,，最后再采用CMP拋光的方式進(jìn)行精拋光，進(jìn)一步降低粗糙度和減少損傷層,。對(duì)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(lái)顯著提高強(qiáng)氧化性的羥基自由基（•OH）濃度,，從而增強(qiáng)金剛石的化學(xué)反應(yīng),，達(dá)到提高拋光效率的目的,，實(shí)現(xiàn)金剛石的高效率,、高精度拋光。

實(shí)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(wèn)題,，激光誘導(dǎo)石墨化后會(huì)產(chǎn)生熱損傷，著有可能會(huì)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(wèn)題，目前我們還在進(jìn)一步研究中。

粉體網(wǎng)：在您看來(lái),，未來(lái)金剛石表面拋光技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)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(lái)說(shuō),，激光加工是一個(gè)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(wèn)題，未來(lái)還需要進(jìn)一步研究如何優(yōu)化激光加工,，進(jìn)一步降低粗糙度,。其次，我認(rèn)為CMP仍然是目前最重要也是關(guān)鍵的拋光工藝,，要進(jìn)一步大力發(fā)展,，因?yàn)樽罱K要達(dá)到原子級(jí)的粗糙度，甚至是實(shí)現(xiàn)無(wú)表面或者亞表面損傷,，都必須最后要用到CMP,。未來(lái)，這兩部分一定會(huì)實(shí)現(xiàn)的,。

此外,，目前還有一個(gè)比較流行的原子級(jí)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(guó)內(nèi)也有很多地方開(kāi)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(lái)的發(fā)展方向之一,。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）

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