化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）是將機(jī)械削磨和化學(xué)腐蝕組合的技術(shù)，它借助超微粒子的研磨作用以及漿料的化學(xué)腐蝕作用，在被研磨的介質(zhì)表面（如單晶硅片、集成電路上氧化物薄膜、金屬薄膜等）上形成光潔的平面，它克服了傳統(tǒng)的化學(xué)拋光所具有的拋光速度慢、容易導(dǎo)致拋光霧斑以及機(jī)械拋光所具有的易產(chǎn)生機(jī)械損傷、拋光精度低的缺點(diǎn)，現(xiàn)已成為半導(dǎo)體加工行業(yè)的主導(dǎo)技術(shù)。
硅晶圓
化學(xué)機(jī)械拋光作為目前僅有的全局化平坦技術(shù)，廣泛應(yīng)用于藍(lán)寶石、集成電路、硬盤(pán)、光學(xué)玻璃等材料的表面精密加工。隨著半導(dǎo)體行業(yè)飛速發(fā)展，器件尺寸減小，銅線互聯(lián)層數(shù)增加，新材料如Ⅲ-V族半導(dǎo)體材料、摻雜氧化物材料和新結(jié)構(gòu)如MEMS、TSV、3D結(jié)構(gòu)和新型納米器件等的出現(xiàn)，對(duì)化學(xué)機(jī)械拋光提出了更多的要求和挑戰(zhàn)。
CMP設(shè)備簡(jiǎn)圖
01磨料在拋光液中的作用
磨料是CMP漿料中的主要成分，在CMP過(guò)程中起到的兩個(gè)作用為：（1）機(jī)械作用的實(shí)施者，起機(jī)械磨削作用；（2）傳輸物料的功能，不僅將新鮮漿料傳輸至拋光墊與被拋材料之間，還將反應(yīng)物帶離材料表面，使得材料新生表面露出，進(jìn)一步反應(yīng)去除。選擇磨料時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮分散性好，流動(dòng)性好，硬度適中，易于清洗的磨料。
02二氧化硅溶膠的優(yōu)勢(shì)
目前，在CMP工藝中，常用的磨料主要包括二氧化硅溶膠、二氧化鈰和氧化鋁，其中二氧化鈰的優(yōu)點(diǎn)是其拋光速率快、硬度小、穩(wěn)定性好，但目前采用的二氧化鈰大都是機(jī)械研磨形成的，其顆粒粒徑分散度大，粘度也較大，此外，它拋光時(shí)的高低選擇比也比較差，價(jià)格也較為昂貴。氧化鋁則因?yàn)槠溆捕容^大，對(duì)軟質(zhì)工件進(jìn)行拋光時(shí)易劃傷工件表面，不太適用于較軟質(zhì)地工件的拋光。而二氧化硅溶膠其膠粒尺寸在1-100nm，其膠粒具有較大的比表面積，高度的分散性和滲透性，因此拋光工件表面的損傷層極微；另外，二氧化硅的硬度和硅片的硬度相近，因此也常用于對(duì)半導(dǎo)體硅片的拋光。總的來(lái)說(shuō)二氧化硅溶膠具有粒徑可控、硬度適中、粘度較小、粘附性低、拋光后易清洗等優(yōu)點(diǎn)。
不同類(lèi)型的拋光液（從左到右依次為二氧化硅拋光液、二氧化鈰拋光液和氧化鋁拋光液）
03研制國(guó)產(chǎn)CMP拋光液迫在眉睫
隨著電子消費(fèi)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，全球CMP市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)大，對(duì)CMP消耗品的需求也在不斷增加，而在CMP拋光材料中拋光液的價(jià)值量占比無(wú)疑是巨大的。然而在全球CMP拋光液市場(chǎng)中，中國(guó)起步較晚，安集微電子在全球CMP拋光液的市場(chǎng)占有率也僅有2%。
2014-2020年全球CMP消耗品市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)圖
（左）CMP拋光材料價(jià)值量占比圖；（右）全球CMP拋光液市場(chǎng)格局圖
貿(mào)易爭(zhēng)端加劇，國(guó)內(nèi)CMP材料企業(yè)應(yīng)抓住國(guó)產(chǎn)替代良機(jī)。18年中興事件、19年華為被禁等，極大地推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。以中芯國(guó)際為代表的國(guó)內(nèi)下游晶圓制造廠商為了產(chǎn)業(yè)鏈安全可控，在半導(dǎo)體材料方面給予了國(guó)內(nèi)企業(yè)更多的機(jī)會(huì)。由于集成電路設(shè)備和原材料具有較高的技術(shù)要求和較長(zhǎng)的認(rèn)證門(mén)檻，CMP拋光液的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程只能采取循序漸進(jìn)的過(guò)程，從小批量送樣開(kāi)始，逐步過(guò)渡到大批量替代，從而完成全部的國(guó)產(chǎn)化過(guò)程。
國(guó)產(chǎn)替代路徑
參考來(lái)源：
（1）新型CMP用二氧化硅研磨料，劉玉嶺、張建新。
（2）藍(lán)寶石襯底的化學(xué)機(jī)械拋光工藝研究，趙之雯。
（3）納米磨料在二氧化硅介質(zhì)CMP中的作用分析，檀柏梅、牛新環(huán)、時(shí)慧玲、劉玉嶺、崔春翔。
（4）化學(xué)機(jī)械拋光液的發(fā)展現(xiàn)狀與研究方向，彭進(jìn)、夏琳、鄒文俊。
（5）氧化鋁/二氧化硅復(fù)合磨料的制備及其CMP性能研究，汪亞軍。
（6）二氧化硅磨粒結(jié)構(gòu)對(duì)單晶硅表面微觀去除的影響研究，齊亞瓊。
（7）新型硅基拋光磨料的研究進(jìn)展，王丹、秦飛、劉衛(wèi)麗、孔慧、宋志棠、施利毅。
（8）藍(lán)寶石晶片化學(xué)機(jī)械拋光液的研制，李樹(shù)榮。
（9）科技創(chuàng)新大時(shí)代，半導(dǎo)體CMP核心材料迎來(lái)國(guó)產(chǎn)化加速期，國(guó)信證券經(jīng)濟(jì)研究所。
（10）半導(dǎo)體材料系列報(bào)告（3）：拋光液/墊：CMP工藝關(guān)鍵耗材，中信建投證券研究發(fā)展部。
聲明：轉(zhuǎn)載此文是出于傳遞更多信息之目的。若有來(lái)源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請(qǐng)作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將及時(shí)更正、刪除，謝謝。
來(lái)源：中國(guó)粉體網(wǎng)