中國粉體網(wǎng)訊 7月9日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2024高端研磨拋光材料技術(shù)大會”在河南鄭州成功召開。會議期間，我們邀請到多位專家學者、企業(yè)家代表做客“對話”欄目，圍繞高端研磨拋光材料的技術(shù)與應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向進行了訪談交流。本期，我們分享的是河南工業(yè)大學栗正新教授的專訪。
粉體網(wǎng)：請問栗教授，相比傳統(tǒng)的硅襯底，碳化硅襯底的加工難點有哪些？
栗教授：碳化硅晶圓襯底的莫氏硬度在9以上，屬于硬脆的難加工材料，加工精度要求很高，包括形狀、尺寸和表面精度都屬于超精密范圍，例如TTV達到微米級，Ra要達到0.2nm以下。因此，碳化硅襯底對加工技術(shù)要求非常高，包括切割、磨削和拋光，從工具到工藝和裝備都具有很大的難度。
粉體網(wǎng)：目前碳化硅襯底在切磨拋工序中，存在哪些問題？
栗教授：目前碳化硅襯底的成本占整個產(chǎn)業(yè)鏈成本的50%左右，其中碳化硅襯底的加工難度大，是它成本占比較高的一個重要原因。從切割、減薄磨削到拋光，現(xiàn)在都還存在著很多問題。切割工序的高效率、高質(zhì)量目前還是降本增效的瓶頸�，F(xiàn)有金剛石微粉砂漿切割工藝正像光伏硅大發(fā)展前期一樣，游離磨粒加工帶來的低效率和TTV、Ra以及表面損傷層厚度的質(zhì)量問題，使得碳化硅襯底的成本和良品率難以改善。
在減薄工序目前有固結(jié)磨具、研磨液的單面和雙端面加工工藝。固結(jié)磨具包括氣孔、陶瓷結(jié)合劑和金剛石磨粒三要素，其鋒利度、耐用度尤其是形狀精度保持能力在磨削硬脆和加工精度要求很高的場景下很難調(diào)控，也是瓶頸問題。
在后面的研磨和拋光工序，最終要達到超平坦超光滑的表面，Ra為0.2nm。這樣便帶來了一個棘手的問題，前道工序帶來的加工余量會較大。所以每片的拋光周期在3-5天，造成它的成本高。
粉體網(wǎng)：目前碳化硅襯底主流的切割技術(shù)、減薄技術(shù)和拋光技術(shù)分別有哪些？
栗教授：目前碳化硅襯底的主流切割技術(shù)仍然是料漿切割，就是用金屬絲把金剛石微粉做的料漿不斷的帶入到切縫進行切割。光伏硅晶體的技術(shù)發(fā)展表明這種切割技術(shù)效率低、成本高、質(zhì)量差。至于它的發(fā)展趨勢，一個是用固結(jié)的金剛石切割線，還有一個是采用水導激光，又叫冷激光來進行切割，這是它的發(fā)展趨勢。
在減薄磨削方面，目前固結(jié)磨具代替研磨液是一大趨勢。固結(jié)磨具可以實現(xiàn)高速度、高效率、高精度加工，優(yōu)勢顯而易見。線速度達到120s/m，砂輪的轉(zhuǎn)速會越來越高，但是這對磨床和磨具就提出了一個很高的要求。
拋光方面，因為CMP的效率非常低，目前的主要問題是如何從切割、磨削、研磨到拋光的系統(tǒng)化研究，實現(xiàn)加工質(zhì)量、效率和成本的最優(yōu)化。提高拋光液的氧化化學作用、激光輔助、超聲輔助等技術(shù)都是發(fā)展方向。拋光工序之前工藝實現(xiàn)高精度加工就會留給拋光階段的小加工余量，從而提高效率。
目前SiC襯底產(chǎn)能過剩導致價格大幅下滑，影響了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的能力，在降本增效的主題中，切割、磨削和拋光如何提高效率是當前面臨的主要技術(shù)問題
粉體網(wǎng)：據(jù)您了解，在碳化硅襯底切磨拋設(shè)備及材料方面，國內(nèi)廠商能否滿足實際需求？
栗教授：來自于國內(nèi)比較權(quán)威的機構(gòu)的數(shù)據(jù)表明，目前我國從裝備到工具對國外的依賴度仍達到90%左右。現(xiàn)在我們國內(nèi)研發(fā)的企業(yè)很多，但是真正能夠完全替代進口，目前還沒有形成一個大的趨勢，但是將來肯定是要替代的。
粉體網(wǎng)：請問栗教授，您的研究方向有哪些，近年來取得的研究成果有哪些？
栗教授：河南工大材料學院的超硬材料磨料磨具專業(yè)是1956年成立的，近70年的發(fā)展形成了有實力的超硬材料研究團隊，這個團隊主要研究金剛石和立方氮化硼的合成以及制品制備，包括金剛石在難加工硬脆材料磨削加工方面的應(yīng)用等。近幾年在金剛石功能性材料，即在聲光熱電方面應(yīng)用也形成了一批成果。
在碳化硅晶圓襯底的加工方面，我們成立了一個跨學科的團隊。包括材料、機械兩個方向。2022年11個產(chǎn)學研用單位合作，申報承擔了一個河南省重大科技專項，主要的研究方向就是SiC襯底的高精度、高效率和低成本的加工技術(shù)，目前我們已經(jīng)取得了一些成果，還需要一段時間項目結(jié)題。我們從切割到磨、拋的體系優(yōu)化的集成研究，能夠使整個環(huán)節(jié)加工精度、效率和成本得到有效的控制。我們將進一步加快進度，希望盡快解決目前第三代半導體碳化硅襯底加工的卡脖子問題和瓶頸問題，為我們國家半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大做出我們的一些貢獻。
粉體網(wǎng)：好的，栗教授，今天的采訪就到這里，謝謝。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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