中國粉體網(wǎng)訊 CMP拋光液作為“卡脖子”技術(shù)之一，工藝復(fù)雜，種類繁多，根據(jù)工件的拋光需求不斷磨合得到合適的拋光液配方，是目前主要的技術(shù)難題。
拋光液：缺一不可
化學(xué)機(jī)械拋光液生產(chǎn)過程為配方型復(fù)配工藝，以常溫常壓下復(fù)配、混合、過濾為主，不涉及復(fù)雜劇烈的化學(xué)反應(yīng)。工藝如下:
工藝關(guān)鍵流程包括加料、混合、過濾等，每一個關(guān)鍵步驟都會影響產(chǎn)品的性能質(zhì)量。拋光液廠商不斷優(yōu)化加料方式、加料順序、加料速度、加料時間、混合方式、過濾時間、過濾方式、過濾速度、過濾器型號等步驟來探索最佳的工藝流程，形成核心技術(shù)。
拋光液工藝是一個整體工藝流程，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能讓工件的殘品率大幅提高，工件性能的需求也要求不同配方的拋光液，這都是拋光液的研發(fā)難點。
化學(xué)機(jī)械拋光液的各組分
01.選對研磨顆粒很重要
研磨顆粒是CMP拋光液生產(chǎn)關(guān)鍵原材料，其是利用高硬度磨料的切磨和低硬磨料的拋磨作用來實現(xiàn)工件的平坦化，拋光液磨料可分為單一磨料、混合磨粒以及復(fù)合磨粒。研磨顆粒本身并不是CMP拋光液的核心技術(shù)，但對研磨顆粒的深刻了解和應(yīng)用是核心技術(shù)的保證。
研磨顆粒的粒徑大小是影響拋光效果的重要參數(shù)之一，粒徑過大或者過小，都容易影響拋光質(zhì)量及拋光效率降低。因此很難同時實現(xiàn)高材料去除率（MRR）和低拋光表面粗糙度（Ra）。MRR和Ra之間的平衡也是拋光液研發(fā)最重要的問題之一。
常見CMP拋光液磨料
02.pH調(diào)節(jié)劑：適合自己的才是最好的
拋光液pH值的大小會對硅片表面的生成物、材料的去除以及拋光液的黏性等產(chǎn)生影響, 通過調(diào)節(jié)拋光液的pH值，為拋光過程提供一個穩(wěn)定的拋光環(huán)境。根據(jù)pH值不同，拋光液分為酸性和堿性兩類，堿性拋光液腐蝕性較弱，一般用于非金屬材料；酸性拋光液腐蝕性強(qiáng)，氧化劑種類多，拋光效率高，一般用于金屬材料。因此需要根據(jù)材料的物化性質(zhì)來選擇性添加合適的pH調(diào)節(jié)劑。
03.分散劑：團(tuán)聚不存在
微納米磨粒極易團(tuán)聚，形成的大顆粒會對工件的表面產(chǎn)生劃痕缺陷，拋光液的磨粒如果要均勻分散在基體中，需要加入一定量的分散劑，其作用是改善磨粒與介質(zhì)之間的相容性。拋光液磨料的懸浮性和分散性與分散劑的用量和種類相關(guān)，需要根據(jù)磨粒粒徑和含量來調(diào)整分散劑的使用方法�？傊�，分散劑對于拋光液的保存時效、拋光效果、成本控制等方面都起到了至關(guān)重要的作用。
04.氧化劑：“輔助”能力強(qiáng)
氧化劑可促使工件表面在化學(xué)機(jī)械拋光過程中形成一層氧化膜，該氧化膜結(jié)合力較弱，有利于發(fā)揮磨粒的磨削作用。氧化劑的種類選擇要根據(jù)不同襯底材料的性質(zhì)具體對待。比如，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的SiC使用氧化性較強(qiáng)的高錳酸鉀可以有效地提高拋光效率；而化學(xué)性質(zhì)活潑的鋁合金使用低濃度氧化性較弱的H2O2的拋光效果更好。
拋光工藝除了選對研磨粒以外，pH調(diào)節(jié)劑、分散劑及氧化劑的選擇性添加也尤為重要。這些化學(xué)助劑不僅使得整個拋光過程中化學(xué)作用和機(jī)械作用相輔相成，還保證了拋光液的穩(wěn)定性，有效提高工件表面的材料去除速率，得到理想的拋光表面。
拋光液研發(fā)難點
一款拋光液的性能參數(shù)主要有：去除速率（MRR）、腐蝕電流密度、選擇性、拋光片平整度、粗糙度（Ra）、缺陷。因此拋光液研發(fā)的最終目標(biāo)是：根據(jù)應(yīng)用對象不同，通過對拋光液的不同組份進(jìn)行調(diào)控，平衡好化學(xué)作用和機(jī)械作用的關(guān)系，找到兩者之間理想的結(jié)合點，以獲得穩(wěn)定性好、去除速率理想、表面質(zhì)量好、平坦化性能強(qiáng)的拋光液。
應(yīng)用廣，試錯多
根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同，如下圖拋光液種類很多。因此要根據(jù)工藝和材料要求的不同，對研磨顆粒、氧化劑、絡(luò)合劑、表面活性劑以及pH調(diào)節(jié)劑等組份種類的選擇、含量調(diào)控以及工藝優(yōu)化進(jìn)行不斷的試錯，才能研發(fā)出一款合適的拋光液。
精度高，難度大
CMP技術(shù)隨著芯片制程技術(shù)不斷進(jìn)步，如果晶圓制造過程中無法做到納米級全局平坦化，既無法重復(fù)進(jìn)行光刻、刻蝕、薄膜和摻雜等關(guān)鍵工藝，也無法將制程節(jié)點縮小至納米級的先進(jìn)領(lǐng)域。隨著超大規(guī)模集成電路制造的線寬不斷細(xì)小化，制造工藝不斷向先進(jìn)制程節(jié)點發(fā)展，平坦化的精度要求也不斷提高，CMP步驟也會不斷增加，從而大幅刺激了集成電路制造商對CMP設(shè)備及材料的采購和升級需求。
產(chǎn)品專一
拋光液廠商與下游客戶聯(lián)合開發(fā)成為成功的先決條件。即使是同一技術(shù)節(jié)點，不同客戶的集成技術(shù)不同，對拋光液的需求也不同。因此，廠商在研發(fā)一款拋光液時需與客戶深度“綁定”，這也促使拋光液產(chǎn)品更加“專一”。一般龍頭廠商產(chǎn)品布局更為齊全，可為晶圓廠提供全套耗材解決方案，后進(jìn)入者產(chǎn)品需求無法做到龍頭一樣的覆蓋面，致使替換難度較高。
全球拋光液供應(yīng)商為卡博特(Cabot)、日立(Hitachi)、FUJIMI、慧瞻材料(Versum)等，全球合計近65%的市場份額，較為分散。
國內(nèi)外龍頭廠商產(chǎn)品情況
中國CMP拋光液行業(yè)目前主要依賴于國外進(jìn)口，美國日本等全球CMP拋光液龍頭企業(yè)均在中國市場有所布局。安集科技作為中國CMP拋光液的龍頭企業(yè)，在中國大陸市場占據(jù)了較大的市場份額，同時多樣化布局產(chǎn)品線滿足了企業(yè)的需求，實現(xiàn)了中國CMP拋光液國產(chǎn)替代的發(fā)展。
小結(jié)
未來光電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展必定離不開超精密拋光技術(shù)，化學(xué)機(jī)械拋光液是超精密拋光技術(shù)的核心之一。國內(nèi)半導(dǎo)體和集成電路產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展也將加快拋光液研發(fā)的進(jìn)程，同時化學(xué)機(jī)械拋光液中的組分將更側(cè)重于安全、穩(wěn)定、高效、環(huán)保的方向。
來源：
王東哲等：化學(xué)機(jī)械拋光液的研究現(xiàn)狀
雪域資本：國產(chǎn)替代風(fēng)潮-CMP拋光液的興起
集成電路材料研究：拋光液的技術(shù)與工藝
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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