中國粉體網(wǎng)訊  化學機械拋光（CMP）技術(shù)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(guān)重要的影響。

CMP工藝  來源：何潮等，半導(dǎo)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(zhì)量和拋光效率的關(guān)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(luò)合劑、螯合劑、緩蝕劑、表面活性劑，以及pH調(diào)節(jié)劑等。通常根據(jù)被拋光材料的物理化學性質(zhì)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(yīng)生成的軟質(zhì)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(zhì)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(dǎo)致表面刮傷或產(chǎn)生更多缺陷；過軟則會導(dǎo)致材料去除率低下。

選擇：根據(jù)具體應(yīng)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(fù)合磨料制備及其在化學機械拋光中的應(yīng)用

2. pH調(diào)節(jié)劑

作用：通過調(diào)整拋光液的酸堿度來優(yōu)化化學反應(yīng)條件，確保化學反應(yīng)按照預(yù)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(shè)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(yīng)用：根據(jù)待拋光材料特性和所需表面特性選擇適當pH值范圍內(nèi)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(yīng)，形成一層容易被機械移除的軟質(zhì)物質(zhì)，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(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。不同材料對應(yīng)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(shè)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(yīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(jù)客戶的工藝進行定制化

根據(jù)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(jīng)特殊工藝生產(chǎn)的一種高純度低金屬離子型拋光產(chǎn)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(zhì)金剛石微粉、復(fù)合分散劑和分散介質(zhì)組成，配方多樣化，適用性強，廣泛用于硬質(zhì)材料的研磨和拋光。

來源：上海蔡康光學儀器有限公司

根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)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(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)層拋光液：用于集成電路制造工藝中層間電介質(zhì)和金屬間電介質(zhì)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(dǎo)體科技有限公司

參考來源：

[1] 雷紅等，化學機械拋光（CMP）技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)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(dǎo)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(shù)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(fù)合磨料制備及其在化學機械拋光中的應(yīng)用

[7] 中國科學院半導(dǎo)體研究所、芯小虎

[8] 上海蔡康光學儀器有限公司官網(wǎng)、東菀市創(chuàng)力半導(dǎo)體科技有限公司官網(wǎng)、吉致電子科技有限公司官網(wǎng)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山林）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！