中國粉體網(wǎng)訊 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，由于特征尺寸的減小和高密度器件的實現(xiàn)，集成電路材料層之間的平坦度變得越來越關(guān)鍵，對半導(dǎo)體制程中的超精密表面處理效率和表面質(zhì)量的要求也越來越高。
化學(xué)機械拋光(CMP)是目前實現(xiàn)全局平坦化的唯一方法，是制造半導(dǎo)體芯片多層互連的重要技術(shù)。CMP通過結(jié)合化學(xué)作用和機械作用，實現(xiàn)材料去除。在CMP過程中，拋光液和材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并在表面形成軟質(zhì)層，拋光液中的磨料在材料表面反復(fù)研磨、滾動或滑動，將軟質(zhì)層去除�；瘜W(xué)反應(yīng)與機械作用相結(jié)合,可以獲得高表面質(zhì)量，同時保持高材料去除速率。
據(jù)了解，CMP拋光材料在半導(dǎo)體材料中價值量占比達7%，拋光液在CMP拋光材料成本中占比達49%，而磨料約占拋光液成本的50%-70%。
從成本占比就可以看出磨料在半導(dǎo)體制程中有多重要，當(dāng)前，最常用的磨料主要有SiO2、CeO2、Al2O3三種。
SiO2
納米SiO2由于其優(yōu)異的穩(wěn)定性、耐溫性及懸浮性，廣泛應(yīng)用于化學(xué)機械拋光領(lǐng)域，從形貌上可以分為球形與非球形。
球形納米SiO2磨料
球形納米SiO2磨料是半導(dǎo)體襯底晶圓精拋的主要磨料，其CMP后晶圓表面粗糙度明顯優(yōu)于非球形納米SiO2磨料，而傳統(tǒng)球形納米SiO2磨料的CMP速率已無法滿足現(xiàn)階段加工需求，因此，迫切需要對球形磨料進行性能改進。目前國內(nèi)外主流趨勢是對磨料進行介孔或摻雜處理，以此提高晶圓的拋光速率，使其具有更高的加工效率。
非球形納米SiO2磨料
非球形納米SiO2磨料由于其形貌的不規(guī)則性，因此比表面積較大，拋光速率高于球形磨料。目前已成功制備的不規(guī)則形狀磨料包括花瓣形、啞鈴形、橢圓形、棒形、繭形、柱形等多種形狀。但由于非球形磨料一般表面帶有棱角，在CMP中易對晶圓表面造成劃傷，導(dǎo)致晶圓表面粗糙度升高，表面平整度變差。
整體來說，SiO2具有良好的穩(wěn)定性和分散性，不會引入金屬陽離子污染，其硬度與單質(zhì)硅接近，對基底材料造成的刮傷、劃痕較少，適合用于軟金屬、硅等材料的拋光，是目前應(yīng)用最廣泛的拋光液磨料。
Al2O3
氧化鋁拋光液可用于集成電路生產(chǎn)過程中層間鎢、鋁、銅等低膨脹系數(shù)的金屬作為半導(dǎo)體布線材料及薄膜材料的平坦化加工以及高級光學(xué)玻璃、石英晶體及各種寶石的拋光。氧化鋁拋光液的應(yīng)用范圍日益廣泛，與氧化硅共同成為拋光液磨料的兩大支柱。
CeO2
氧化鈰可以被用于陰極射線管玻璃的拋光、光學(xué)玻璃拋光、平板玻璃拋光、電子和計算機原件的化學(xué)機械拋光以及光掩模拋光。納米氧化鈰因其具有強氧化作用，作為層間SiO2介電層拋光的研磨離子，具有平整質(zhì)量高拋光速率快、選擇性好的優(yōu)點，成為拋光磨料研究領(lǐng)域中新一代寵兒。
在傳統(tǒng)的CMP工藝中，常用的磨粒如二氧化硅（SiO2）、氧化鋁（Al2O3）、氧化鈰（CeO2）等，在材料去除和表面平坦化方面發(fā)揮了重要作用。然而，隨著先進封裝技術(shù)對芯片表面質(zhì)量要求的不斷提高，傳統(tǒng)磨粒逐漸暴露出一些局限性。一方面，單一成分的傳統(tǒng)磨粒在面對復(fù)雜的芯片材料體系（如多種金屬、合金、介質(zhì)材料的混合）時，難以實現(xiàn)對不同材料的高效、選擇性去除，容易導(dǎo)致材料過度腐蝕或去除不均勻，影響芯片的性能；另一方面，傳統(tǒng)磨粒的粒徑分布、形狀控制相對有限，在拋光過程中可能會在芯片表面產(chǎn)生劃痕、凹坑等缺陷，降低芯片的良品率。為克服這些局限性，復(fù)合磨粒應(yīng)運而生。
復(fù)合磨粒通過將不同成分、不同功能的材料進行復(fù)合，使其兼具多種特性，能夠更好地適應(yīng)先進封裝CMP工藝中對材料去除效率、選擇性和表面質(zhì)量的嚴格要求。因此，研究復(fù)合磨粒在先進封裝CMP中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景。
2025年3月27日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2025第三屆集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會”將在江蘇東海召開，屆時行業(yè)資深專家王寧，將做題為《復(fù)合磨粒在先進封裝CMP中的應(yīng)用研究》的報告。
參考來源：
王東哲等，化學(xué)機械拋光液的研究現(xiàn)狀
何潮，牛新環(huán)等.半導(dǎo)體材料CMP過程中磨料的研究進展
趙曉媛.氧化鋁系化學(xué)機械拋光磨料的制備及顆粒分級
戴蒙姣.氧化鈰磨粒的可控制備及其拋光性能研究
程佳寶等，CMP拋光液中SiO2磨料分散穩(wěn)定性的研究進展
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/九思)
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