金刚石衬底抛光难！如何破局？

中国粉体网讯  全球人造金刚石行业主要有高温高压法（HTHP）和化学气相沉积法（CVD）两种制备方法，其中CVD法制备人造金刚石因其耐高压、大射频、低成本、耐高温等诸多优势，被普遍认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件的最优材料。

CVD法人造金刚石根据原子排列方式不同又分为多晶金刚石及单晶金刚石，其中多晶金刚石多用于半导体领域热沉材料的制造（散热片）；单晶金刚石因其原子规则排列、一致性强等优势，有望在半导体衬底等多领域大幅应用。

半导体单晶金刚石衬底制备工艺流程

应用于半导体领域或是集成电路的金刚石需要具备一定的形状和面型精度，从半导体用大尺寸单晶金刚石衬底的常规制备工艺流程中可见晶体的微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)制备、晶圆切割和研磨抛光是单晶金刚石衬底制备过程的关键工序。 

而在金刚石抛光中，存在以下两大难点：一方面，金刚石硬度极高，通常需要大抛光载荷才能形成材料去除，因而在抛光过程中容易产生划痕、坑点等表面/亚表面损伤；另一方面，金刚石弹性极限与强度极限非常接近，当所承受的载荷超过弹性极限时就会发生断裂破坏，因而金刚石抛光加工时极易破碎。故实现金刚石高质量、高效率的超光滑无损伤表面的加工非常困难。

为提高去除效率和改善抛光表面质量，基于机械、化学和热学作用相结合的多种金刚石抛光技术在近几十年得到了飞速发展。虽然我国有一些高校和实验室已经开展了一些关于大尺寸单晶金刚石生长、切割及研磨抛光的工艺研究，但工艺和装备研发上还与国外存在较大差距，制备的大尺寸晶圆虽然可应用于热沉和光学领域，但是仍然无法满足电子级半导体领域的商业化应用需求。 

2024年7月9日，中国粉体网将在郑州举办“2024高端研磨抛光材料技术大会”。届时，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将带来《第四代金刚石衬底材料表面超精抛光工艺探讨》的报告，戴院长将对金刚石衬底表面超精抛光机理与工艺进行探讨，目标是实现金刚石晶圆的大尺寸、高效率、亚纳米级高精度、全局平坦化超精制造。

专家简介

戴媛静同志，无党派人士，教授级高工，天津市三八红旗手，中国表面工程协会防锈润滑分会副秘书长，研究方向包括：IC制造化学机械抛光、环保型工艺润滑介质及全寿命管理、节能润滑油及核心添加剂开发等，主持和参与了多项国家/地方/军队科研项目，包括国家科技重大专项（04专项）、国家重点研发计划、国家自然科学基金、科技部国际合作、京津冀科技成果转化、国防科工委基础科研项目等；发表40余篇中英文论文，申请30余项发明专利（授权28项）；主编专业技术书籍1本，制定团体标准1项；获得了2022年度中国石油和化学工业联合会科技进步奖、2023年度中国发明协会创业创新奖等科技奖项。

来源：

刘俊杰等：半导体用大尺寸单晶金刚石衬底制备及加工研究现状

邓辉：单晶金刚石的抛光与平坦化：现状与展望

（中国粉体网编辑整理/空青）

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