韩国国内开发出一项能够将半导体表面加工到原子级均匀度的技术。其核心是在纳米技术层面上扩展使表面变得光滑的“砂纸”概念。这项技术有望在高带宽存储器（HBM）等尖端半导体工艺中提升表面质量和加工精度。
韩国科学技术院（KAIST）表示，机械工学系教授 Kim Sanha 研究团队开发出了利用碳纳米管作为磨料的“纳米砂纸”，相关成果已于11日公布。
砂纸是通过摩擦使表面变得光滑的日常工具，但在像半导体这样需要极高精度表面加工的领域，却难以直接应用。这是因为普通砂纸是通过黏合剂固定磨料颗粒制成，在均匀固定微细颗粒方面存在结构性局限。
为弥补这一问题，半导体行业一直采用将磨料颗粒分散在液体中的化学溶液（即所谓浆料）进行平坦化的化学机械抛光工艺（Chemical Mechanical Polishing，CMP）。但这种方式不仅需要额外的清洗工序，还会产生大量废弃物，带来较大的环境负担。
与此相反，研究团队开发的纳米砂纸被评价为一种新型平坦化技术，不仅比现有半导体制造工艺能够更精密地加工表面，还能在工艺过程中降低环境负担。
为消除使用浆料的平坦化工艺的缺点，研究团队将砂纸的概念扩展至“纳米”尺度。他们将比头发丝还细的碳纳米管垂直排列后固定在聚氨酯内部，仅让一部分暴露于表面，从而成功实现了“纳米砂纸”。
这种结构在结构层面抑制磨料脱落，不会造成表面损伤，即使反复使用也能稳定保持性能。
尤其是从磨料密度来看，纳米砂纸的水平比市售中最细的砂纸还要高出“50万倍”。
砂纸的精密度通常用表示表面磨料颗粒排列紧密程度的“磨料密度（粒度数）”来衡量。这一数值被用作反映砂纸单位面积内磨料颗粒数量的指标。
例如，日常使用的砂纸粒度数通常仅在40至3000之间，而纳米砂纸的粒度数则超过10亿。这意味着其结构极为致密，可将表面精确加工到数纳米（相当于数个原子厚度）级别。
研究团队通过实际实验也验证了纳米砂纸的效果。利用纳米砂纸可以将铜表面加工到数纳米级的光滑度，在对半导体图形进行平坦化实验时，产生的凹陷（dishing）缺陷较既有化学机械抛光工艺最多减少了67%。
所谓凹陷缺陷，是指布线中央出现塌陷的现象，被视为影响HBM等尖端半导体性能和可靠性的主要缺陷之一。
纳米砂纸的结构是将磨料固定在砂纸表面，无需像既有工艺那样持续供应浆料溶液，因此可以减少清洗工序，也不会产生废浆料，有望使半导体制造工艺向更加环保的方向转变。
研究团队期待，这项技术未来可应用于用于人工智能服务器的HBM等尖端半导体平坦化工艺，以及备受关注的下一代半导体互连技术——混合键合工艺。
此次研究的另一成果在于，将日常砂纸的概念扩展为纳米精密加工技术，提出了获取半导体制造所需源头技术的可能性。
Kim 教授表示：“本研究是一个将日常常用的砂纸概念扩展到纳米尺度，并证明其可应用于超微细半导体制造的独创性案例”，“期待纳米砂纸技术不仅能提升半导体性能，还将推动实现更加环保的制造工艺”。
此次研究由KAIST机械工学系博士 Kang Seokgyeong 作为第一作者参与。研究成果（论文）近日已发表于复合材料及纳米工学领域国际学术期刊《Advanced Composites and Hybrid Materials》在线版。
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