中國粉體網(wǎng)訊 SiC作為襯底材料，單晶SiC的表面粗糙度直接影響其在電子器元件中工作的效果與性能。為確保單晶SiC在半導體、襯底材料中的應用的穩(wěn)定性，其表面粗糙度往往要達到納米級或以下（工業(yè)要求Ra<0.3nm）。
眾所周知，SiC很硬且脆，同時其具有較高的化學穩(wěn)定性，這些性能使得SiC單晶加工困難。因此，解決SiC單晶加工問題，才能使其應用不受限制。
SiC晶圓超精拋光
SiC加工工序主要分為：定向切割、晶片粗磨、精磨、機械拋光與超精拋光，其中超精拋光技術作為最后一步，直接決定了SiC晶圓的表面粗糙度及使用性能。在半導體領域通過超精拋光后達到的超光滑、無缺陷的表面是高質(zhì)量應用的前提，目前使SiC晶圓達到超光滑表面常用的方式主要有五種。
磁流變拋光（MRF）：納米金剛石磁流變拋光過程的原理是塑性剪性去除，材料以剪性刮擦的形式去除。即在磨粒法向受力斷裂時，在材料表面或亞表面形成損傷，并且使得材料表面凸起橫向斷裂，從而達到拋光效果的一種方法。
等離子體輔助拋光（PAP）：是一種借助等離子體進行表面改性，結(jié)合軟磨粒拋光技術實現(xiàn)SiC表面材料高效去除的拋光方法。兩者結(jié)合極大地提高了SiC的加工效率，并且不會產(chǎn)生亞表面損傷。
電化學機械復合拋光（ECMP）：近年來，國內(nèi)學者發(fā)現(xiàn)，通過電化學機械復合拋光可以進一步提高CMP的拋光效率。當進行電化學拋光時，作為陽極的SiC晶圓表面發(fā)生強烈的氧化反應，從而降低表面硬度，改善表面質(zhì)量，同時可以通過控制電流大小來改變氧化速率進一步調(diào)整拋光效率。
化學機械拋光（CMP）：該方法是目前在單晶SiC晶圓拋光加工領域最常用的超精密拋光技術。
紫外輔助化學機械拋光（PCMP）：通過紫外光的激發(fā)與光催化劑中電子激發(fā)躍遷提供的能量，催化H2O2、KMnO4等強氧化劑，使其提供具有強氧化性的自由基，與SiC反應生成較軟的氧化層，以此來提高拋光效率。近些年發(fā)現(xiàn)，其提供的羥基自由基（-OH）也可應用在單晶SiC的拋光加工中，以達到較好的拋光加工效果。
化學機械拋光原理圖
納米金剛石拋光液在超精拋光中的應用
金剛石拋光液主要分為多晶金剛石拋光液、單晶金剛石拋光液和納米金剛石拋光液。在電子化信息技術及半導體行業(yè)中，要求加工表面粗糙度小，表面性能好。從磨料挑選角度出發(fā)，納米金剛石完全符合該精密加工的要求。
近些年我國人造金剛石產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，占世界產(chǎn)值八成以上，且價格逐漸降低，利用納米金剛石作為磨料不僅能提高加工效率，成本也進一步降低。納米金剛石無疑是精加工碳化硅、藍寶石等硬脆晶體材料的最佳選擇。使用納米金剛石進行加工，不僅可以提高加工效率，縮短加工時間，還可以使表面粗糙度達到納米級。
金剛石研磨液，來源：圣戈班
在納米金剛石拋光液應用中，良好的拋光液粒徑控制是獲得好的加工效果的重要保障。但是，由于比表面積大、比表面能高，納米金剛石處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，顆粒間極易發(fā)生團聚，并且這種團聚往往很難被破壞。要想實現(xiàn)納米金剛石拋光液中磨料粒徑的可控，首先要對納米金剛石顆粒間的團聚進行破壞，實現(xiàn)納米金剛石的分散。
納米粉體的分散過程就是納米顆粒均勻分布的過程，其主要通過物理分散法與化學分散法對納米顆粒進行分散。
（1）物理分散法
物理分散法主要是分為機械分散和超聲分散兩種方法。機械分散是最簡單的分散方法，如研磨分散、膠體磨分散、球磨分散等等，通過簡單的物理行為對納米金剛石團聚的大顆粒進行破壞，從而進行分散。單獨依靠機械分散很難使納米金剛石達到穩(wěn)定分散，因此該法常常與其他分散方法聯(lián)用，以達到較好分散的效果。超聲分散是利用液體中空化氣泡的形成、生長和急劇崩潰，來對顆粒進行打散，破壞顆粒的硬團聚。使用超聲波分散的好處是在制備過程中，不會引入其他雜質(zhì)。
（2）化學分散法
化學分散法主要分為分散劑分散法和化學改性分散法。分散劑分散主要是通過改變粒子表面來對其進行分散的方法，只是改善了分散性，在分散過程中需要施加驅(qū)動力，使得粒子分散。化學改性分散法通過化學溶劑處理納米金剛石表面，降低納米金剛石表面電位，從而改善團聚現(xiàn)象，是目前對于納米粉體分散較為常見的一種處理方法。其通過對納米金剛石表面基團進行改性，增加納米金剛石表面的基團，或?qū){米金剛石表面基團進行修改，以此來改善納米金剛石在介質(zhì)中的電位分布，達到改善分散性的目的。
小結(jié)
納米金剛石拋光液在日本和歐美已在一定范圍內(nèi)得到了應用，已開發(fā)出水溶性、油溶性和氣霧劑的納米金剛石拋光劑。美國、英國、德國、日本等國家具備了納米金剛石拋光液的生產(chǎn)能力，企業(yè)如Engis公司、All公司等，能夠提供多種類型的拋光產(chǎn)品。國內(nèi)在拋光液制備領域的研究起步較晚，技術水平與國外相比還有一定的差距。
由于目前對單晶4H-SiC晶圓的超精拋光存在效率低、拋光表面粗糙度高的問題，很難高效獲得高質(zhì)量表面，而使用等離子體拋光、電化學機械拋光等手段雖然可以降低表面粗糙度，但成本過高，設備要求高。相較其他手段，利用紫外光輔助化學機械拋光具有加工成本低、加工效率高的優(yōu)點，同時利用納米金剛石做磨料，可以進一步提高加工效率。目前大多只是實現(xiàn)了較大粒徑的分散控制，獲取的拋光液產(chǎn)品整體粒度尺寸較大。小粒徑產(chǎn)品，比如單顆粒的納米金剛石分散產(chǎn)品較少，因此，開發(fā)更細粒徑、質(zhì)量穩(wěn)定的納米金剛石拋光液是科研工作者今后研究的方向。
來源：
孟汝浩：納米金剛石拋光液及SiC晶圓超精拋光技術
靳洪允等：納米金剛石拋光液制備及應用
王沛等：納米金剛石拋光液中磨料的可控性團聚研究現(xiàn)狀
圣戈班官網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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