硬核軟殼納米複合磨粒的半固結柔性加工技術基礎研究

《硬核軟殼納米複合磨粒的半固結柔性加工技術基礎研究》是依託華僑大學，由陸靜擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：硬核軟殼納米複合磨粒的半固結柔性加工技術基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陸靜
• 依託單位：華僑大學

項目摘要

第三代半導體基片單晶碳化矽和藍寶石的加工，沿用傳統矽晶圓游離磨料研磨和化學機械拋光的方法，存在效率低、磨料消耗大、環境污染嚴重的問題。本項目提出硬核軟殼納米複合磨粒半固結柔性拋光新方法，用於單晶碳化矽和藍寶石的高效率超精密無損傷綠色加工。重點解決活性納米氧化物殼層在亞微米金剛石核上的水解塗覆，依據第一性原理計算指導殼層的種類和結構設計，明確納米複合磨粒與晶片不同晶型晶面的機械化學作用和去除機理。以海藻酸鈉溶膠凝膠反應為基礎，選用乾燥控制添加劑和活性劑，在保證拋光膜機械性能的基礎上，提高生物高分子基材對納米複合磨粒的浸潤和把持，研究界面的分子鍵合和橋連機制。通過工具和晶片的表面三維粗糙度特徵參量提取控制工藝過程，實現單晶碳化矽和藍寶石的機械化學高效柔性加工，為新型硬脆性耐腐蝕半導體基片的加工提供系統的理論和技術指導。

結題摘要

碳化矽和藍寶石襯底的硬度高、脆性大並且化學性能穩定，被視為典型的難加工材料。其超精密拋光技術沿用傳統矽晶圓的加工方式，面臨著加工效率低，加工成本高，且磨料易團聚，酸鹼性拋光廢液污染環境等一系列問題。本項目採用硬核軟殼納米複合磨粒半固結柔性拋光新方法，實現了單晶碳化矽和藍寶石的高效率超精密無損傷綠色加工。解決了活性納米氧化物殼層在亞微米金剛石核上的水解塗覆，明確了納米複合磨粒與碳化矽和藍寶石晶片的機械化學作用和去除機理。以海藻酸鈉溶膠凝膠反應為基礎，選用乾燥控制添加劑和造孔劑，在保證拋光膜機械性能的基礎上，提高了生物高分子基材對納米複合磨粒的浸潤和把持，研究了表面修飾對界面的分子鍵合和橋連機制。採用直接拉拔法和抗拉強度法測量了磨粒在凝膠基體中的界面結合強度，並通過磨粒在軟質基盤表面的壓痕分布量化了磨粒的容沒尺度。通過複合磨料柔性拋光單晶碳化矽和藍寶石材料，去除率大於0.8 μm/h，平面度低於2 μm，表面粗糙度優於0.3 nm，材料分別以氧化矽和富鋁紅柱石的形式去除。本項目的實施不僅是第三代半導體基片加工的新技術和新理論，同時還能廣泛用於各種硬脆性材料的超精密加工，完善超細磨粒加工去除機理和柔性拋光理論。還能為納米複合粉體的可控制備、物化性能研究及表面改性、界面反應和加工檢測等方面的研究提供共性的理論及技術指導。