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单晶硅精密研抛的分子动力学仿真及试验研究（硕士学位论文），共93页。
【摘要】 硬脆材料普遍具有一般金属材料所无法比拟的特点。如：强度高、硬度好、高脆性、抗磨损、隔热性优良及较好的化学稳定性等，所以被广泛应用在很多领域，硬脆材料的弹性极限基本接近其强度极限，所以当材料所承受的外力稍微大于其弹性极限时就可能会引发断裂破坏，形成表面缺陷，产生微裂纹和凹坑等，这些现象表明硬脆材料的可加工性较差。大部分半导体材料都是硬脆材料，如单晶硅等。而单晶硅的表面质量，直接影响着器件的性能、集成度、可靠性以及成品率等，随着技术的发展，相应的技术要求也随之提高很多。从单晶硅的制备到单晶硅片的加工制造，需要很多的工艺过程，包括机械和化学的加工过程，如切、磨、抛等。这些过程中难免就会造成硅片表面的瑕疵，如表面残余应力、微裂纹、微划痕和晶格畸变等我们不希望产生的加工损伤。这些硅片的表面损伤，或者加工表面层的物理化学性质微小改变都会导致半导体器件的报废。虽然化学机械抛光（CMP）目前被认为是最好的全局平坦化技术，在IC制造中应用广泛，但深入探讨材料去除机理和获得较好的表面质量和较高的生产效率是机械制造领域永恒的课题。本文首先对基本的研磨抛光理论及经典的材料去除模型进行相应的介绍和论述，以及超精密研磨抛光技术尤其是化学机械抛光（CMP）技术的发展趋势进行了阐述，然后对单晶硅的精密研抛过程进行了试验研究和分子动力学仿真。本文的试验是通过改变研磨抛光过程中的主要工艺参数，如研抛压力、转速、研磨抛光时间、磨粒粒径、磨粒浓度等方面，对单晶硅片的材料去除率和表面粗糙度进行定量研究和仿真分析，得到一些相对优化的工艺参数。结果表明：本试验比较适合的研磨转速为：20r/min；比较合适的研磨液浓度为12%；抛光过程的转速不宜超过50r/min。本文借助分子动力学模拟，探究了单晶硅纳米切削过程中的加工变形机理，并对其研磨加工过程进行了分子动力学模拟。通过对单晶硅在不同磨削颗粒几何参数、不同研磨条件下的加工过程，并对磨削力、原子势能、影响层深度等方面的差异进行了解释和说明以及通过对切削过程中能量的演化、磨削力、应力的变化等方面的分析，分别揭示了转动速度过程的影响。研究表明：随着研抛颗粒转速的变大，在颗粒前方堆积的材料减少，材料的去除机理由推挤挤压方式转变为粘附磨损方式。研磨颗粒转速的变化，将直接影响加工表面的加工质量和研磨颗粒的磨损程度。
【关键词】 单晶硅片； 研磨抛光； 材料去除率； 表面粗糙度； 分子动力学仿真；

摘要1
第一章 绪论1
11 研究的背景和意义 1
12 国内外的研究现状 2
121 硬脆材料的研磨/抛光技术 4
122 化学机械抛光技术 8
123 国内研究现状 9
13 本文的研究内容 10
14 本章小结 10
第二章 试验方法和试验设备13
21 单晶硅材料 13
211 单晶硅片的结构特性 13
212 单晶硅片的外形种类 15
213 单晶硅的断裂特性 16
22 单晶硅片试件 17
23 碳化硅磨料 18
24 主要试验设备及测试仪器 19
241 装置介绍 19
25 工件制备方法及工艺准备 20
251 单晶硅片的制备方法 20
252 研磨的工艺流程 22
253 研磨工件平整度的保持 23
26 试验原料和试剂 24
27 本章小结 25
第三章 硅片超精密研磨的试验研究27
31 硅片超精密研磨加工原理 27
32 超精密研磨的关系式 28
33 超精密研磨试验 30
331 磨料粒度对材料去除率和表面粗糙度的影响 30
332 研磨压力对材料去除率和表面粗糙度的影响 33
333 研磨盘转速对材料去除率和表面粗糙度的影响 35
334 磨料浓度对材料去除率和表面粗糙度的影响 38
335 不同晶向硅片的研磨去除率和粗糙度的影响 40
35 本章小结 43
第四章 硅片抛光的试验研究45
41 单晶硅表面材料抛光去除模型和机理 45
42 硅片抛光的试验条件 49
43 抛光的影响因素 50
431 抛光压力对材料去除率和表面粗糙度的影响 50
432 抛光转速对表面粗糙度和去除率的影响 51
433 抛光液供给量对材料去除率和表面粗糙度的影响 53
434 抛光时间对表面粗糙度的影响 54
44 本章小结 55
第五章 分子动力学研抛仿真57
51 分子动力学方法的基本原理和理论基础 57
52 边界条件 58
53 原子间的相互作用势 60
531Morse 势函数 61
532Tersoff 势函数 61
54 宏观统计量的提取 62
541．径向分布函数 62
542．温度 63
543．压力 63
55 经典三维纳米研磨加工模型的建立 63
56 仿真模拟的流程图 67
57 研磨过程中材料的去除以及表面质量的研究 67
571 相同磨削前进速度，不同磨粒转速条件下的仿真模拟 68
572 不同磨削速度下的仿真模拟 70
58 本章小结： 72
第六章 结论与展望73
61 结论 73
62 展望 74
参考文献77
作者成果简介81
致谢83