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(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(jī)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(jī)械拋光是通過直接輸入機(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(jī)械拋光可能會產(chǎn)生一些機(jī)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(jìn)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(zhǔn)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(jìn)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(dá)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(biāo)是想通過激光誘導(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)點就是可以快速地進(jìn)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(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(dá)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(jìn)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(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,，因為最終要達(dá)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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