纳米级工艺！苏大学生团队研发出首台电场+化学机械抛光装备
发表时间：2024-04-14
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半导体晶圆是制造芯片的重要原材料。在芯片光刻过程中，往往要求半导体晶圆表面极致的光滑和平坦。但是，如何促使半导体拥有宛如镜面般光滑的表面，一直是制约我国芯片产业发展的关键核心技术之一。
近期，苏州大学一支超精密抛光团队将电场引入传统的化学机械抛光（CMP）工艺中，研发出国内外首台电化学机械抛光（ECMP）装备，实现了无损伤、高精度、高效率的半导体抛光工艺。通过对第三代半导体材料进行加工实验，半导体材料的表面粗糙度可降至0.22nm以下，达到纳米级加工的标准，抛光加工的效率可以提升到现有CMP技术的5倍，提升芯片企业的生产效益130%—160%。同时，该工艺可有效提升32%的磨料利用率，显著降低抛光液成本70%以上（约4.6万/吨）。
据悉，该项“黑科技”来自于苏州大学机电工程学院的学生科研团队，这支学生团队由2名博士生，2名硕士生和4名本科生组成。2023级研究生彭洋从本科阶段就开展了超精密抛光的技术研究，并在几年间迅速成长为团队负责人。“超精密抛光是半导体芯片制造中最为关键的制程之一，直接决定了芯片表面质量。在研究初期，我们实地走访了国内众多的芯片制造厂商，了解到传统的化学机械抛光技术存在抛光效率低、抛光液消耗成本高昂的问题。我们团队将现有的化学机械抛光技术和电场进行良好复合，成功实现了第三代难加工半导体的无损超精密抛光。”彭洋介绍说。
通过对深层次机理的潜心研究，团队于2021年攻克了电场压力场的匹配难题，设计出了第一代产品。经过不断更新改良，于2023年完成了第三代产品，其装备性能达到行业领先水平，松山湖材料实验室检测报告显示，该团队研发的抛光设备实现高效、无损抛光SIC、GaN等第三代难加工、硬脆半导体材料，具有很高的应用价值。
目前，该团队已与苏州江锦自动化科技有限公司、临汾博利士纳米材料有限公司等展开战略合作。团队所设计的ECMP抛光机在客户端已连续高效工作4个月以上，有效提升第三代半导体材料抛光效率，领先市面上传统的CMP设备。行业技术专家、大连理工大学教授、国家级人才计划入选者张振宇评价该项目：“芯光未来团队的ECMP装备突破了半导体超精密抛光行业的瓶颈问题，相信他们的技术将对第三代半导体超精密抛光行业的产业优化提升起到关键作用。”
据悉，团队已经申请发明专利7项（授权2项），在国际知名期刊上发表SCI论文10篇，并通过科技查新认证技术全国首创。“半导体的超精密加工技术，对实现产业转型升级具有重要的意义，青年学生应勇担科技强国的责任使命。”该科研团队指导老师、机电工程学院教授王永光在谈到未来发展时说：“团队将致力于多能场复合抛光技术的研发，除了引入电场外，还会探索引入磁场，同时继续拓展产品的应用场景，进一步探索多能场超精密抛光技术在高铁、航空航天、5G通讯等领域的应用。”
近期，苏州大学一支超精密抛光团队将电场引入传统的化学机械抛光（CMP）工艺中，研发出国内外首台电化学机械抛光（ECMP）装备，实现了无损伤、高精度、高效率的半导体抛光工艺。通过对第三代半导体材料进行加工实验，半导体材料的表面粗糙度可降至0.22nm以下，达到纳米级加工的标准，抛光加工的效率可以提升到现有CMP技术的5倍，提升芯片企业的生产效益130%—160%。同时，该工艺可有效提升32%的磨料利用率，显著降低抛光液成本70%以上（约4.6万/吨）。
据悉，该项“黑科技”来自于苏州大学机电工程学院的学生科研团队，这支学生团队由2名博士生，2名硕士生和4名本科生组成。2023级研究生彭洋从本科阶段就开展了超精密抛光的技术研究，并在几年间迅速成长为团队负责人。“超精密抛光是半导体芯片制造中最为关键的制程之一，直接决定了芯片表面质量。在研究初期，我们实地走访了国内众多的芯片制造厂商，了解到传统的化学机械抛光技术存在抛光效率低、抛光液消耗成本高昂的问题。我们团队将现有的化学机械抛光技术和电场进行良好复合，成功实现了第三代难加工半导体的无损超精密抛光。”彭洋介绍说。
通过对深层次机理的潜心研究，团队于2021年攻克了电场压力场的匹配难题，设计出了第一代产品。经过不断更新改良，于2023年完成了第三代产品，其装备性能达到行业领先水平，松山湖材料实验室检测报告显示，该团队研发的抛光设备实现高效、无损抛光SIC、GaN等第三代难加工、硬脆半导体材料，具有很高的应用价值。
目前，该团队已与苏州江锦自动化科技有限公司、临汾博利士纳米材料有限公司等展开战略合作。团队所设计的ECMP抛光机在客户端已连续高效工作4个月以上，有效提升第三代半导体材料抛光效率，领先市面上传统的CMP设备。行业技术专家、大连理工大学教授、国家级人才计划入选者张振宇评价该项目：“芯光未来团队的ECMP装备突破了半导体超精密抛光行业的瓶颈问题，相信他们的技术将对第三代半导体超精密抛光行业的产业优化提升起到关键作用。”
据悉，团队已经申请发明专利7项（授权2项），在国际知名期刊上发表SCI论文10篇，并通过科技查新认证技术全国首创。“半导体的超精密加工技术，对实现产业转型升级具有重要的意义，青年学生应勇担科技强国的责任使命。”该科研团队指导老师、机电工程学院教授王永光在谈到未来发展时说：“团队将致力于多能场复合抛光技术的研发，除了引入电场外，还会探索引入磁场，同时继续拓展产品的应用场景，进一步探索多能场超精密抛光技术在高铁、航空航天、5G通讯等领域的应用。”
