半导体加工用陶瓷结合剂金刚石磨具研究现状与趋势

摘要

陶瓷结合剂金刚石磨具凭借其低温烧结特性（≤800℃）、可控多孔结构（孔隙率15%～75%）及优异的热化学稳定性，在半导体单晶材料（硅片、SiC、蓝宝石）的超精密加工中具有不可替代的优势。本文聚焦材料设计、结构创新、界面机理、应用验证及前沿拓展五大核心方向，综述了关键研究进展：（1）通过调控Li₂O/SiO₂比例、碱金属氧化物配比及添加剂（如ZnF₂、Al₂O₃、ZrSiO₄），优化结合剂低温烧结行为与力学性能（抗弯强度最高达169 MPa）;（2）利用增材制造、凝胶注模及造孔剂技术，实现磨粒有序排布与多孔/蜂窝结构精准调控（孔隙率>75%），显著提升散热性、容屑能力及自锐性；（3）借助表面改性（SiO₂覆膜、化学镀层）与元素扩散键合（V–C键、Si–N键），增强金刚石—结合剂界面结合力，工具寿命提升22%～45%;（4）应用验证表明，优化磨具可降低硅片亚表面损伤（<3μm）、控制Si C晶片圆度误差（≤3.02μm），并使蓝宝石加工的表面粗糙度Ra降至1 nm左右。未来发展趋势涵盖纳米增强材料、增材制造多梯度结构及磨粒微区有序化设计，以满足第三代半导体大尺寸、低损伤加工需求。

关键词

陶瓷结合剂金刚石磨具 / 半导体加工 / 研究现状 / 发展趋势

基金资助

国家自然科学基金(52565037); 江西省教育厅项目(20252BAC240336)