问题描述
面向7nm以下节点芯片制造，探索纳米精度表面加工的新原理与新方法。揭示多元异质表面的原子级材料去除机理，建立异质表面智能化抛光理论与工艺方法为纳米精度表面制造提供理论和技术支撑。主要有以下两个方面：
（1）纳米精度多元异质表面制造的原子级材料去除机理。建立力、热、光、电以及化学介质等多物理场耦合作用下，纳米级精度多元异质结构的原子级去除理论，构建多场耦合的材料去除模型和量化控制方法，预测纳米精度异质表面的结构损伤；调控多能场协同作用，优化纳米精度表面制造装备的结构与工艺，实现大物理化学性质跨度异质材料的原子级可控去除，提供纳米精度异质表面制造和损伤控制的理论依据。（2）芯片复杂立体异质表面高均匀性抛光原理。研究复杂立体异质表面抛光机理，建立对应的抛光理论与工艺方法，消除异质表面不同空间结构、不同材质、不同晶体结构间的材料去除性能差异，提高表面平整度。面向7nm以下节点芯片制造，探索纳米精度表面加工的新原理与新方法。揭示多元异质表面的原子级材料去除机理，建立异质表面智能化抛光理论与工艺方法为纳米精度表面制造提供理论和技术支撑。具体有以下两方面待解决问题：纳米精度多元异质表面制造的原子级材料去除机理；芯片复杂立体异质表面高均匀性抛光原理。问题背景
芯片产业是国民经济和社会发展的先导性、支柱性行业，已成为当前国际竞争的焦点和衡量国家综合国力的重要标志。芯片制造业受关键技术、生产工艺和生产装备影响较大，已经成为集成电路领域发展的“卡脖子”环节。化学机械抛光（CMP）是芯片制造的关键步骤，可实现复杂微纳结构大表面无缺陷、原子级光滑、高平坦度和高完整性的加工，是芯片制造过程中表面全局和局部平坦化的唯一使能技术。目前我国芯片制造行业已经发展到14nm技术节点，7nm技术正在研发中。突破亚7nm CMP技术的关键技术瓶颈，为我国IC产业实现“弯道超车”提供助力，契合我国优先发展集成电路产业这一国家重大需求。
最新进展（截止问题发布年度）
芯片产业是国民经济和社会发展的先导性、支柱性行业，是支撑中国发展的战略物资，已成为当前国际竞争的焦点和衡量国家综合国力的重要标志。我国作为全球电子制造业大国，通用处理器95%的高端专用芯片、70%以上智能终端处理器以及绝大多数存储芯片依赖进口，也因此被业界称为“缺芯之痛”。自2000年国务院18号文发布《鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策》以来，我国芯片产业进入了飞速发展时期；从世界格局来看，芯片行业的“战场”已经由欧美向亚洲转移，是我国芯片产业实现“弯道超车”的绝佳机会。2015年国务院颁发的《中国制造2025》行动纲领中，明确提出“推动集成电路及专用装备发展”，把集成电路产业放在重点聚焦发展的十大领域的首位；目前，我国IC产业规模不断壮大，形成芯片三业“设计、制造、封装”产业格局，其中IC制造业（也称“晶圆制造业”）受关键技术、生产工艺和生产装备影响较大，已经成为芯片产业的“卡脖子”环节。目前，台积电、三星等海外晶圆代工厂已经步入亚7nm时代；我国实现14nm芯片成熟量产落后国外技术2~3代。实现芯片制造水平飞跃式发展的关键在于提高自主研发能力，形成自主知识产权，攻克关键技术、探索前沿技术，提高制造工艺发展自主权，打破生产工艺对外依存度高的现状。
立体栅技术是7nm技术节点晶体管的主流先进结构。使用高介电常数介质来改善栅极漏电问题，同时采用新型金属栅解决费米能级钉扎和多晶硅栅耗尽问题。其中一个重要技术要求为实现栅极高度的精准控制，通常要求晶圆内、晶圆间的栅极高度非均匀性小于±50Å。金属栅的化学机械抛光作为立体栅制造的最后一步，可以实现晶圆表面全局和局部平坦化，决定栅级的最终高度，因此立体栅制造过程中的关键制造工艺。化学机械抛光（chemical mechanical polishing，CMP）的基本原理为：晶圆表面材料与抛光液中的化学物质反应形成软化层，在晶圆与抛光垫接触压力的作用下实现软化层的去除；在此过程中，化学反应和磨粒的机械磨损均瞬时发生、交替进行，在二者的协同作用下实现晶圆表层材料的去除和亚纳米级的抛光后表面质量。化学机械抛光贯穿于晶圆制造的各个环节，几乎应用于晶圆制造的每一个关键层，用于实现具有复杂三维微纳结构大表面无缺陷、纳米级精度表面光滑、高平坦度和高完整性的加工，为不断涌现的新技术的实现提供可能性。目前7nm节点芯片表面需要实现纳米级超光滑的表面加工质量，需要对多元异质材料表面实现原子级材料去除，但其实现工艺和作用机理尚不清楚，国内此方面技术目前处于空白，亟需开发成套工艺和机理研究，以实现7nm技术下晶圆表面的超平整加工。重要意义
7nm以下技术节点芯片制造需要实现多元异质材料复杂表面的纳米精度均匀化可控去除。针对上述纳米精度表面加工的共性基础问题，需要揭示多能场作用下纳米精度多元异质表面材料去除机理,助推纳米精度表面制造工艺达到高精度、高稳定性及高可靠性的要求，实现关键共性技术重大突破，促使基础研究成果向工业应用转化。
