圆满落幕!碳化硅、金刚石衬底加工技术现状与趋势如何?12月6-7日,超硬材料与超精密加工论坛,Carbontech,陪伴行业发展

DT半导体材料 2024-12-11 19:49

Part.I

感谢支持Carbontech 2024 成功举办

12月5-7日一年一度的碳材料产业盛会在上海新国际博览中心圆满落幕。

第八届国际碳材料大会暨产业展览会(Carbontech 2024)由DT新材料联合北京先进材料产业促进会、中国超硬材料网、甬江实验室、中国科学院宁波材料技术与工程研究所等众多单位携手打造,为期3天,150+嘉宾,800+单位,40000+观众,2000+碳材料领域最顶尖的专家、学者、企业家及政府代表齐聚上海,围绕“宽禁带半导体、金刚石、超精密加工、碳纤维、新能源碳、石墨烯等专题展开深入探讨携手共助碳材料前沿科技与产业的发展!

Carbontech 2024针对半导体与加工主题,设置3个论坛:宽禁带半导体与创新应用论坛、金刚石前沿应用论坛、超硬材料与超精密加工论坛,针对第三代半导体、第四代半导体研发和产业化难题进行深入交流,从市场应用需求倒推,深度剖析行业发展问题,将从多元视角,共同共商“材料——器件——加工——应用”产业链,推动碳科技新质生产力进程。

Carbontech





Part.II

超硬材料与超精密加工论坛

走在科研前列,从科学问题到工程问题,从科学研究到技术创新,从学术到应用到产业需要走过哪些历程?

超精密加工技术已成为机械制造技术的前沿标志,它反映着一个工业国家机械加工的水平,是保障材料、器件、新兴功能化应用产业发展的基础目重要环节。在当今科技飞速发展的时代,超精密加工技术的重要性愈发凸显。

超精密加工工艺如何协同创新,是保障这些新型半导体材料的功能化应用实现的基础。超精密加工及其材料和装备在半导体产业链上也占据关键一环。尤其是衬底加工质量。衬底质量,决定着终端器件的性能、可靠性和稳定性。从了晶体生长、衬底的制备和加工,以及后续的表面处理技术,每一个步骤都对最终产品的质量和性能有着深远的影响

Carbontech 2024超硬材料及超精密加工论邀请浙江工业大学,袁巨龙教授、吉林大学,姚明光教授、哈尔滨工业大学,赵清亮教授、河北工业大学,张保国教授、河南工业大学,栗正新教授、清华大学天津高端装备研究院常务副所长,戴媛静教授

、湖南大学,尹韶辉教授、大连理工大学,高尚教授、华侨大学,陆静教授、南方科技大学,邓辉研究员、上海交通大学,孙方宏教授、南方科技大学,李庚卓助理研究员、印度Sahajanand Technologies Private Limited公司,Dhruv Rajguru先生、河南信瑞达环保科技有限公司首席技术官,范建增总经理,从第三代半导体碳化硅、第四代半导体金刚石等新型半导体晶圆切磨抛、键合集成等一系列产业发展关键工序入手,分享最新进展与剖析产业难题,并给出发展建议。

开幕式上,浙江工业大学,袁巨龙教授,开幕致辞

袁巨龙教授表示,近年来,半导体产业迅速发展,已经渗透到我们生活的方方面面。从智能手机到智能家居,从医疗设备到汽车电子,半导体技术无处不在,成为推动现代社会进步的核心力量之一。而在这一庞大且复杂的半导体产业链中,超精密加工及其相关材料和装备宛如一条坚韧的纽带,紧密地串联起各个环节,为半导体产业的高质量发展奠定了坚实基础。例如,晶圆切割、衬底抛磨、晶圆激光剥离、3D 集成、先进封装以及器件微细加工等一系列关键工序,无一不高度依赖超精密加工技术。可以说,超精密加工是保障这些新型半导体材料的功能化应用实现的基础,其中切磨抛在半导体产业链上的作用尤为关键。

与此同时,“低空经济” 作为一个新兴的领域,正逐渐崭露头角,成为国家级政策及高层会议的热议焦点,超硬材料与超精密加工技术在这一领域同样有着广阔的施展空间,其能够为 “低空经济” 产业的关键零部件加工提供高精度、高效率、高可靠性的解决方案,助力低空飞行器在性能、质量与安全性等方面实现质的飞跃。

总的来说,半导体产业与“低空经济”产业对超硬材料与超精密加工技术存在迫切需求与巨大挑战。

大连理工大学,高尚教授分享《半导体基片超精密加工技术与装备》。

报告中指出,半导体制造是世界各国经济和科技发展的重要战略领域之一,半导体器件在计算机、通讯设备、消费电子、电力控制、电能转换、光伏发电、照明显示和传感器等领域具有广泛应用。硅半导体一直是半导体技术主流,99%以上IC芯片采用硅片,近年来,以金刚石为代表的新一代半导体材料的半导体技术正在加速发展,这对半导体基片超精密加工技术具有更高要求。例如,晶片大尺寸化、超平整、超光滑、低损伤等要求。一般来说晶片存在硬脆特性,大径厚比,弱刚性等特点,这也造成易变形、易损伤、易破碎等加工难题。大连理工大学团队在大尺寸基片超精密磨削技术、半导体基片的超精密磨削装备等方面进行了深入研究,并获得一系列进展。

南方科技大学,李庚卓助理研究员分享《大口径晶圆椭圆超声辅助磨抛减薄技术研究》。

报告中提到,随着三维集成电路的快速发展,对超薄硅晶圆的需求大幅增加,而传统的先背面磨削后化学机械抛光(CMP)的减薄工艺中,背面磨削依赖高精度高刚性设备的恒进给运动实现材料去除,其后的CMP用于应力消除,但恒进给磨削设备昂贵,游离磨粒的CMP又导致加工效率低、面形精度差。南方科技大学团队提出了一种创新的晶圆减薄方法,结合椭圆超声辅助恒压金刚石磨削与椭圆超声辅助固结磨粒CMP,通过超声改善材料去除和表面质量。

哈尔滨工业大学,赵清亮教授分享《金刚石的超精密加工技术现状与发展》。
赵教授分享中提到,随着单晶和多晶金刚石元件的尺寸越来越大,表面轮廓愈加复杂,其超精密加工技术的低效低质问题愈加突出。报告从金刚石元件超精密加工的进展情况进行分析,以未来金刚石元件的加工需求为牵引,围绕激光平整化、超精密磨削和抛光技术进行精度和效率的综合分析,并对未来大尺寸金刚石元件的超精密加工技术发展趋势进行探讨。

河南工业大学材料科学与工程学院,栗正新教授分享《金刚石加工碳化硅晶圆衬底技术现状与趋势》。

报告中提到,SiC衬底成本的50%是金刚石工具。未来10年对金刚石及工具的需求将达到千亿级。目前SiC衬底的超平坦、超光滑加工技术仍然是卡脖子技术。如何满足下游降本增效是问题的关键。栗院长从碳化硅衬底切磨抛技术现状、切割技术现状与发展趋势、磨削与抛光技术现状与发展以及行业建议四个角度进行分享。最后栗院长提出4条产业发展建议:(1)产业链合作研发,SiC加工技术体系化协同创新;(2)高速、高效、高精为目标的持续创新;(3)SiC衬底产能过剩价格下滑对切磨抛领域的高性价比要求下,加强超硬材料单晶-微粉-磨具-磨削-磨床的协同创新。;(4)实施专精特新的发展模式,产业联盟协同。

印度Sahajanand Technologies Private Limited公司,Dhruv Rajguru先生分享《通过尖端激光创新推动工业和宝石应用发展》。

Dhruv Rajguru先生在报告中分享了STPL基于人工智能的尖端激光技术对工业金刚石和首饰培育钻石的应用与市场反馈。激光加工在半导体制造、晶圆加工、医疗工具生产和工业工具钻头切割等领域精密切割的具有重要地位。通过利用创新的激光系统加工金刚石,可以实现更高的效率,耐用性和加工精度;提高金刚石的生产质量和价值的同时,也在各个行业开辟了新的可能性。

湖南大学无锡半导体先进制造创新中心执行院长,尹韶辉教授分享《碳化硅晶圆减薄磨削装备及砂轮技术》。

报告中提到,加工后碳化硅晶片的表面质量和表面精度决定了半导体器件的性能,这就要求晶圆表面必须做到超平坦、表面晶格完整无缺陷、无表面或亚表面损伤,才能满足后续的使用要求。目前的主流减薄工艺是通过超细粒度金刚石砂轮和高稳定性超精密减薄设备对晶圆进行减薄,可实现大尺寸晶圆的高精度、高效率、高稳定性无损伤表面加工,尹教授重点介绍了减薄装备及减薄砂轮的研究进展及相关技术。

清华大学天津高端装备研究院常务副所长,戴媛静教授分享《金刚石衬底化学机械抛光原子级去除机理探讨》。

报告中提到,2023年全球金刚石半导体基材市场价值为1.51亿美元,预计到2030年底市场规模将达到3.42亿美元,2024-2030年的预测复合年增长率为12.3%(Virtuemarket数据)。通过高效抛光技术获得高质量表面一直是金刚石研究的重点内容,但金刚石的超高硬度、极强化学惰性和各向异性为表面原子级平坦化带来极大挑战!目前化学机械抛光(CMP)是目前唯一能够实现大尺度晶圆全局平坦化的工艺技术。

清华大学团队调研了国内外金刚石纳米级超精加工的研究进展,并从原子尺度出发,采用仿真计算、实验研究等手段对金刚石衬底化学机械抛光的原子级去除机理进行了探讨,提出了实现大面积、原子级精度高效制造的可能途径。

华侨大学,陆静教授,分享《金刚石晶圆的磨抛一体化加工研究进展》。

陆教授团队,针对单晶金刚石衬底的磨粒诱导反应加工技术及应用进行研究,利用自旋转磨削加工手段,以活性磨料和硬质磨料对金刚石的机械化学反应磨削为基础,研发制备并利用磨抛砂轮进行高质高效磨抛一体化加工实现金刚石抛光。将表面粗糙度数百纳米金刚石加工至低于0.3 nm,加工时间仅用数十分钟,实现了单片与多片单晶金刚石的高效率低损伤加工。其团队孵化的公司苏州赛尔科技有限公司,主要提供半导体划片刀、减薄砂轮等产品,为行业提供了先进工具与技术。

河北工业大学,张保国教授分享《SiC衬底加工过程面临的挑战与对策》。

张教授在报告中,对单晶碳化硅材料的市场应用前景进行回顾与展望。针对碳化硅晶圆加工过程中,存在金属离子污染、亚表层损伤等关键技术问题,题进行详细探讨与分析。从设备、工艺、材料等方面,提出可能的解决方案。另外,张教授针对碳化硅加工技术未来发展给出以下5点建议:

(1)针对目前复杂多变国际形势,加快碳化硅加工设备及耗材国产化;(2)碳化硅CMP使用KMnO4等强氧化剂,尽快研发耐强酸腐蚀的抛光垫;(3)在努力提高衬底质量的同时,衬底与外延工艺matching非常重要;(4)衬底-外延-器件的贯通思维,解决关键技术问题;(5)针对目前碳化硅器件的成本主要是衬底和外延,建议立项“对国内外厂家的衬底质量进行全面评估及客观评价”,找到问题根源及发展方向。

南方科技大学,邓辉研究员分享《金刚石超光滑与平坦化工艺路径探索》。

报告中提到,面向大口径单晶金刚石晶圆高效超精密抛光需求,南方科技大学团队开发了基于载能束的金刚石超精密加工工艺链。基于等离子体原子选择刻蚀技术,可高效率获得原子级超光滑表面;基于等离子体原子层抛光技术,有望实现大口径金刚石的全局平坦化;最终,采用气体团簇离子束加工技术,有望实现大口径金刚石面形误差的超精密修正加工。目前,金刚石的平坦化目前尚缺少有效技术方案,采用等离子体和气体团簇离子束的金刚石修形加工技术尚有待探索。

上海交通大学,孙方宏教授,分享《化学气相法制备单晶微刃金刚石磨料及工具新技术》。

孙教授分享道,精密磨削主要是靠磨具表面磨粒微刃的微切削作用获得高精度、低表面粗糙度的被磨削表面,由于金刚石磨粒具有极高的硬度和耐磨性,很难通过砂轮修整在表面产生微切削刃。上海交通大学团队采用热丝气相法,针对游离的单晶金刚石磨粒,通过金刚石磨粒同质外延生长,形成磨粒表面均匀等高多晶微刃结构,实现了新型单晶微刃金刚石磨料批量化制备。进一步针对单层钎焊金刚石磨具,成功制备了新型CVD金刚石涂层镍基钎焊磨具,钎焊磨粒表面实现了均匀等高微刃化。

研究表明,采用化学气相法实现了金刚石磨粒微刃化与单层金刚石磨具的有序化,所制备的磨粒磨具有效提高了金刚石磨粒的锋利度,显著降低磨削表面粗糙度,为硬脆材料的精密超精密磨削提供了一种新型磨料和磨具。

河南信瑞达环保科技有限公司首席技术官,范建增总经理分享《第三代半导体切割废砂浆的回收和利用》。

报告中提到,随着第三代半导体的蓬勃发展,作为危废存在的碳化硅晶圆切割废砂浆的回收、利用应该是一个值得关注 的领域。范建增总经理从与环境和谐共存、利用工艺、优化切割环节参数等的角度,阐述了第三代半导体切割废砂浆变废为宝的技术难点攻克、工艺创新,设备设计;从而为行业绿色发展、持续发展提供一种新的思路和解决方案,打通企业循环经济通道,提高资源利用效率,推动第三代半导体衬底行业经济和生态双向流动。

Part.III

产业最新进展展示&产学研交流

聚集来自金刚石、碳化硅及超精密加工产业链上下游的生产商、仪器检测设备、器件研究、终端器件应用等各展商,在Carbontech 2024的现场展示他们最新的产品与解决方案,为产业界和学术界搭建一座沟通桥梁。大家络绎不绝,咨询产业最新进展!与此同时,针对半导体CMP抛光难题,各位专家学者围绕科研、产业进展,进行交流,分享观点与建议。

欢迎晚宴

Part.IV

建议反馈&下一届主题由您定制

Carbontech2024宽禁带半导体与创新应用论坛圆满落幕,不足的地方请提出您的宝贵意见和建议,我们将不断完善优化,给行业提供搭建一个产学研交流平台!我们竭尽所能做好产学研对接服务~

感谢一路有您的支持与陪伴!

再次感谢,所有与会人员,我们携手各位与会人员,陪伴半导体与加工行业发展!

2024,再见
期待,2025


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