中國粉體網(wǎng)訊 大約從前年開始，我國氧化鋁產(chǎn)能過剩的苗頭初現(xiàn)，直至當(dāng)前，產(chǎn)能過剩已愈發(fā)顯現(xiàn)。截止到2022年，我國氧化鋁總建成產(chǎn)能達(dá)9695萬噸，而電解鋁建成產(chǎn)能4516.1萬噸。按照一噸電解鋁消耗1.925噸的氧化鋁來計(jì)算，國內(nèi)的氧化鋁過剩產(chǎn)能達(dá)到了1002萬噸。即便考慮到精細(xì)氧化鋁生產(chǎn)消耗量，我國的氧化鋁產(chǎn)能仍嚴(yán)重過剩。
價格方面，目前冶金級氧化鋁價格在2700-3220元/噸。據(jù)中粉資訊·粉體價格指數(shù)最新數(shù)據(jù)顯示，我國精細(xì)氧化鋁主產(chǎn)區(qū)山東地區(qū)普通煅燒α氧化鋁原粉價格在3320-3500元/噸，普通微粉價格在3650-3850元/噸，相比進(jìn)口高純氧化鋁動輒幾十萬元每噸的價格，可謂是差距巨大，即便是國產(chǎn)的高純氧化鋁產(chǎn)品，其均價也與高端進(jìn)口價格相差10萬元/噸左右。
來源：中粉資訊·粉體價格指數(shù)
而據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，從國外進(jìn)口的用于拋光行業(yè)并對產(chǎn)品指標(biāo)有細(xì)致要求的高純納米氧化鋁，價格可高達(dá)100萬元/噸以上。
最頂級、唯一的平坦化拋光技術(shù)——化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)
首先我們來認(rèn)識一項(xiàng)拋光技術(shù)：化學(xué)機(jī)械拋光。
20世紀(jì)70年代開始，多層金屬化技術(shù)引入到集成電路制造工藝中，使得芯片的立體空間得到了高效利用，提高了器件的集成度。然而這項(xiàng)技術(shù)使得硅片表面不平整加劇，并且由此引發(fā)的一系列問題，嚴(yán)重影響了大規(guī)模集成電路的發(fā)展。
化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）是半導(dǎo)體先進(jìn)制程中的關(guān)鍵技術(shù)，其主要工作原理是在一定壓力下及拋光液的存在下，被拋光的晶圓對拋光墊做相對運(yùn)動，借助納米磨料的機(jī)械研磨作用與各類化學(xué)試劑的化學(xué)作用之間的高度有機(jī)結(jié)合，使被拋光的晶圓表面達(dá)到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。根據(jù)不同工藝制程和技術(shù)節(jié)點(diǎn)的要求，每一片晶圓在生產(chǎn)過程中都會經(jīng)歷幾道甚至幾十道的CMP工藝步驟。與傳統(tǒng)的純機(jī)械或純化學(xué)的拋光方法不同，CMP工藝是通過表面化學(xué)作用和機(jī)械研磨的技術(shù)結(jié)合來實(shí)現(xiàn)晶圓表面微米/納米級不同材料的去除，從而達(dá)到晶圓表面的高度（納米級）平坦化效應(yīng)，使下一步的光刻工藝得以進(jìn)行。
在1988~1991年間，IBM公司在DRAM的生產(chǎn)過程中多次運(yùn)用CMP技術(shù)。從此以后，CMP技術(shù)廣泛應(yīng)用于集成電路制造領(lǐng)域。CMP是目前在半導(dǎo)體工業(yè)中唯一能夠?qū)崿F(xiàn)全局平坦化的技術(shù)，其技術(shù)的發(fā)展對集成電路的發(fā)展有著重要的影響。
高純納米氧化鋁已成為CMP拋光液的重要磨料
拋光液的性能是影響化學(xué)機(jī)械拋光質(zhì)量和拋光效率的關(guān)鍵因素之一。拋光液具有技術(shù)含量高、保密性強(qiáng)、不可回收等特點(diǎn)，這使其成為CMP技術(shù)中成本最高的部分。
藍(lán)寶石氧化鋁拋光液，實(shí)物來源：蘇州納迪微
拋光液主要由磨料、溶劑和添加劑組成，其種類、性質(zhì)、粒徑大小、顆粒分散度及穩(wěn)定性等與最終拋光效果緊密相關(guān)。目前市場上使用最為廣泛的幾種磨料是SiO2、CeO2、Al2O3。SiO2拋光液選擇性、分散性好，機(jī)械磨損性能較好，化學(xué)性質(zhì)活潑，并且后清洗過程處理較容易；缺點(diǎn)為在拋光過程中易產(chǎn)生凝膠，對硬底材料拋光速率低。CeO2拋光液的優(yōu)點(diǎn)是拋光速率高，材料去除速率高；缺點(diǎn)是黏度大、易劃傷，且選擇性不好，后續(xù)清洗困難。α-Al2O3硬度大、性能穩(wěn)定、不溶于水、不溶于酸堿，對于硬底材料如藍(lán)寶石、碳化硅襯底等卻具有優(yōu)良的去除速率。隨著LED藍(lán)寶石襯底、硅晶片的需求日益增長以及碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的興起，Al2O3拋光液在CMP中的應(yīng)用顯得更為重要。
高純納米氧化鋁的制備方法簡介
高純納米氧化鋁常見的制備方法可分為三大類：固相法、氣相法、液相法。
固相法中的碳酸鋁銨熱解法、改良拜爾法、爆炸法等是比較成熟的制備方法。固相法制備超細(xì)粉末的流程簡單，無需溶劑，產(chǎn)率較高，但生成的粉末易產(chǎn)生團(tuán)聚，且粒度不易控制，難以得到分布均勻的小粒徑的高質(zhì)量納米粉體。
氣相法主要有化學(xué)氣相沉淀法，通過加熱等方式改變物質(zhì)形態(tài)，在氣體狀態(tài)下發(fā)生反應(yīng)，之后在冷卻過程中形成顆粒。氣相法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件可以控制、產(chǎn)物易精制，顆粒分散性好、粒徑小、分布窄，但產(chǎn)出率低，粉末難收集。
液相法常見的有醇鋁水解、噴霧干燥、溶膠凝膠、乳化等幾種方法，其中醇鋁水解法是最常用的制備技術(shù)，該法是將異丙仲丁醇或異丙醇鋁的醇溶液加入水中水解，通過控制水解產(chǎn)物的縮聚過程控制產(chǎn)生的顆粒大小，經(jīng)過高溫煅燒制得高純納米氧化鋁。
制備之后還需改性
由于納米α-氧化鋁的硬度很高，因此拋光時易對工件表面造成嚴(yán)重的損傷，而且納米氧化鋁的表面能比較高，粒子易團(tuán)聚，也會造成拋光工件的劃痕、凹坑等表面缺陷。為了提高拋光工件的表面質(zhì)量和粒子的分散穩(wěn)定性，需要對納米氧化鋁進(jìn)行了表面改性。復(fù)雜的生產(chǎn)及加工技術(shù)也使得此種氧化鋁得以“天價”出售。
對納米氧化鋁表面改性的目的是提高顆粒表面規(guī)則度，減少拋光劃痕和凹坑，同時提高氧化鋁磨料分散度和拋光液穩(wěn)定性。常見的處理方法為利用偶聯(lián)劑、有機(jī)物、無機(jī)物等在硬度較高的氧化鋁粒子表面包覆一層較軟的物質(zhì)以減少拋光劃痕和凹坑等缺陷，進(jìn)而改善氧化鋁拋光液的穩(wěn)定性和分散性，同時能有效提高拋光磨料的耐磨性能。此外，還可以通過改變氧化鋁顆粒Zeta電位來提高拋光液的穩(wěn)定性。
小結(jié)
目前高純納米市場仍被國外企業(yè)壟斷，如住友化學(xué)、法國Baikowski、日本大明化學(xué)等，其中住友化學(xué)是市場份額最大的企業(yè)。這幾年，從國家層面到產(chǎn)業(yè)界均認(rèn)識到高純納米氧化鋁的重要性，開始了追趕之路，生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量也達(dá)到幾十家，但受限于資本和技術(shù)門檻的限制，這些企業(yè)的產(chǎn)品主要集中在中低端市場，市場競爭力也要弱很多，尤其在CMP拋光用氧化鋁方面，仍依賴于進(jìn)口，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已成為支撐經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)的今天，實(shí)現(xiàn)高純氧化鋁等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)材料的自主可控勢在必行。
參考來源：
[1]彭進(jìn)等.化學(xué)機(jī)械拋光液的發(fā)展現(xiàn)狀與研究方向
[2]孟凡寧等.化學(xué)機(jī)械拋光液的研究進(jìn)展
[3]吳俊星等.氧化鋁拋光液磨料制備及其穩(wěn)定性研究進(jìn)
[4]安集科技2022年度報(bào)告
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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