中國粉體網訊 化學機械拋光（CMP）技術能夠消除芯片表面的高點及波浪形。CMP通過拋光液中化學試劑的化學腐蝕和機械磨削的雙重耦合作用，在原子水平上去除表面缺陷，獲得全局平坦化表面，因此，拋光液對拋光效果起到至關重要的影響。
CMP工藝 來源：何潮等，半導體材料CMP過程中磨料的研究進展
CMP拋光液作為影響化學機械拋光質量和拋光效率的關鍵因素，其組分一般包括磨料、氧化劑和其它添加劑。添加劑一般包括絡合劑、螯合劑、緩蝕劑、表面活性劑，以及pH調節(jié)劑等。通常根據被拋光材料的物理化學性質及對拋光性能的要求，來選擇所需的成分配置拋光液。
化學機械拋光液各組分 來源：王東哲等，化學機械拋光液的研究現(xiàn)狀
化學機械拋光液各組分
1. 磨料
作用：磨料是CMP拋光液中最直接參與去除材料的部分。它們通過物理摩擦作用，幫助去除工件表面因氧化劑反應生成的軟質薄膜。
粒徑和硬度的影響：
粒徑：磨料的大小直接影響到拋光效率和表面質量。過大粒徑會增加劃痕和其他表面損傷的風險；而過小粒徑雖然可以提供更好的表面光滑度，但會顯著降低材料去除率。
硬度：磨料的硬度需要與被拋光材料相匹配。過硬可能導致表面刮傷或產生更多缺陷；過軟則會導致材料去除率低下。
選擇：根據具體應用場景選擇合適的磨料類型（如SiO2、Al2O3、CeO2等），并精確控制其粒徑分布及硬度。
不同尺寸的CeO2顆粒
來源：范永宇，CeO2復合磨料制備及其在化學機械拋光中的應用
2. pH調節(jié)劑
作用：通過調整拋光液的酸堿度來優(yōu)化化學反應條件，確�；瘜W反應按照預期進行。
酸性拋光液：適用于金屬材料拋光，具有較強的溶解能力和較高的拋光效率。然而，它對設備有較高要求，并可能缺乏良好的選擇性。
堿性拋光液：更適合非金屬材料，擁有較好的選擇性和較低的腐蝕性，但在尋找高效氧化劑方面存在挑戰(zhàn)。
應用：根據待拋光材料特性和所需表面特性選擇適當pH值范圍內的拋光液。
3.氧化劑
作用：氧化劑與工件表面發(fā)生化學反應，形成一層容易被機械移除的軟質物質，從而實現(xiàn)高效且均勻的材料去除。
重要性：正確選擇氧化劑對于保證拋光過程的有效性和最終產品質量至關重要。不同材料對應不同的最佳氧化劑。
考慮因素：除了活性外，還需要考慮到與其他成分之間的兼容性以及對環(huán)境的影響等因素。
4.抑制劑
作用：抑制劑用來控制化學侵蝕的程度，使得整個拋光過程更加可控和平穩(wěn)。它可以提高局部區(qū)域的選擇性蝕刻效果，同時減少對設備本身的損害。
效果：通過添加特定類型的抑制劑，可以在一定程度上改善拋光液的選擇性，使其能夠更好地適應復雜結構的處理需求。
5.表面活性劑
選擇合適的表面活性劑可以同時起到磨料分散、表面潤濕、去污、腐蝕抑制等多種效果，應用潛能巨大。
第一，可以改善磨料的分散性。堿性拋光液中CeO2磨料帶負電荷，加入陰離子表面活性劑可以增強其Zeta電位，增大磨料間靜電斥力，實現(xiàn)拋光液穩(wěn)定。此外，非離子型表面活性劑的結構中有聚合的長鏈，吸附在磨料表面可以形成較強的空間位阻，同樣能增加不溶性磨料的懸浮穩(wěn)定性。
第二，增強拋光液對工件的潤濕性。通過降低表面張力，增強對工件表面的潤濕，使拋光液與凹陷表面充分接觸并發(fā)揮作用，提高拋光性能。
第三，減少工件表面的污染。拋光后工件表面會殘留大量磨料和有機試劑，且吸附方式會慢慢從物理吸附轉變?yōu)榛瘜W吸附，增大去除難度。合適的表面活性劑可優(yōu)先于污染物吸附在工件表面，從源頭減少污染，提高拋光潔凈度。第四，降低腐蝕速率。在硅襯底的拋光中加入FA/O表面活性劑使得去除凸起部位過程中，對表面凹陷進行類似腐蝕抑制劑的緩蝕保護，避免過度腐蝕。
拋光液種類繁多，大多是根據客戶的工藝進行定制化
根據研磨顆粒，大致分為二氧化硅拋光液、氧化鈰拋光液、氧化鋁拋光液和納米金剛石拋光液。
• 二氧化硅拋光液：以高純度硅粉為原料，經特殊工藝生產的一種高純度低金屬離子型拋光產品。廣泛用于多種材料納米級的高平坦化拋光。
• 氧化鈰拋光液：穩(wěn)定性能好，顆粒均勻，平均粒徑100納米，用于光學玻璃拋光。
• 氧化鋁拋光液：氧化鋁拋光液以分級后氧化鋁微粉為原料，按特殊配方充分混合制備而成，用于各類工件粗拋、中拋、精拋工序。
• 納米金剛石拋光液：由優(yōu)質金剛石微粉、復合分散劑和分散介質組成，配方多樣化，適用性強，廣泛用于硬質材料的研磨和拋光。
來源：上海蔡康光學儀器有限公司
根據應用領域，大致分為硅拋光液、銅及銅阻擋層拋光液、鎢拋光液、鈷拋光液、層間介質層拋光液、淺槽隔離層拋光液和3D封裝硅通孔拋光液。
• 硅拋光液：用于單晶硅/多晶硅的拋光，主要用于硅晶圓初步加工。
• 銅及銅阻擋層拋光液：芯片中銅及阻擋層的去除和平坦化。生產邏輯、存儲芯片需大量使用。
• 鎢拋光液：芯片中鎢塞和鎢通孔的平坦化。生產存儲芯片需大量使用，邏輯芯片只用于部分工藝。
• 鈷拋光液：用于10nm節(jié)點以下芯片中鈷的去除和平坦。
• 介質層拋光液：用于集成電路制造工藝中層間電介質和金屬間電介質的去除和平坦化
• 淺槽隔離層(STI)拋光液：用于集成電路制造工藝中淺槽隔離的拋光。
• 3D封裝硅通孔(TSV)拋光液：用于對硅通孔(TSV)的拋光。
來源：東菀市創(chuàng)力半導體科技有限公司
參考來源：
[1] 雷紅等，化學機械拋光（CMP）技術的發(fā)展、應用及存在問題
[2] 嚴嘉勝等，硅晶片化學機械拋光液的研究進展
[3] 何潮等，半導體材料CMP過程中磨料的研究進展
[4] 燕禾等，化學機械拋光技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
[5] 王東哲等，化學機械拋光液的研究現(xiàn)狀
[6] 范永宇，CeO2復合磨料制備及其在化學機械拋光中的應用
[7] 中國科學院半導體研究所、芯小虎
[8] 上海蔡康光學儀器有限公司官網、東菀市創(chuàng)力半導體科技有限公司官網、吉致電子科技有限公司官網
（中國粉體網編輯整理/山林）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除！
