随着超大规模集成电路(VLSI)技术的高速发展,对所用衬底材料的表面精度提出了更高的要求,需要晶片表面达到纳米级的面形精度和亚纳米级的表面粗糙度。目前集成电路(IC)制造中应用最为广泛的是化学机械平坦化(CMP)技术,其研究主要涉及原子级材料的去除机理。然而,现有关纳米抛光机理的实验研究主要在CMP抛光机上进行,目的在于揭示各个工艺参数对晶圆平坦化质量的影响,缺乏单个抛光粒子对被抛光材料去除过程和机理的科学认识。因此,本论文针对纳米抛光中的关键摩擦学问题,开展了半导体关键材料—单晶硅表面原子级材料去除的现象和机理的初步研究。其结果不仅可以丰富纳米摩擦学的基础理论,而且也有助于推动CMP技术和IC制造的发展进程。本论文使用原子力显微镜(AFM),采用曲率半径为1μm的SiO2球形针尖和尖端曲率半径为0.3μm的金刚石锥形针尖,分别在不同环境气氛(干燥空气和不同湿度潮湿空气等)和实验工况(载荷和循环次数等)下开展了单晶硅(原始硅—表面覆盖有自然氧化层；疏水硅—去除自然氧化层)表面的层状面磨损实验,研究了单晶硅表面原子级材料去除的规律,并对其机理进行了初步的探讨。本文得到的主要结论如下：1.原始硅(有自然氧化层)表面的摩擦化学磨损随载荷的增加逐渐加剧,其磨损深度随载荷的变化呈现出台阶状趋势。当载荷小于1州时,原始硅表面无明显的损伤产生；随着载荷从1州增大至3州,其磨损深度从～1.5nm增至～2.0nm。(第三章)2.当原始硅表面的自然氧化层经预先去除后,疏水硅表面的摩擦化学磨损随载荷的增加表现出材料的原子层状去除趋势。此外,疏水硅的纳米磨损深度随着速度的增加逐渐变浅；随着扫描行间距的减小而逐渐加深；随着湿度的增加则表现为先加深而后保持不变。(第四章)3.当接触压力低于材料屈服极限时,借助摩擦化学作用可实现单晶硅表面的原子层状去除。随着摩擦耗散能的增加,单晶硅表面磨损深度逐渐增大。(第五章)