CMP拋光液作為“卡脖子”技術之一，工藝復雜，種類繁多，根據(jù)工件的拋光需求不斷磨合得到合適的拋光液配方，是目前主要的技術難題。

       1拋光液：缺一不可

       化學機械拋光液生產(chǎn)過程為配方型復配工藝，以常溫常壓下復配、混合、過濾為主，不涉及復雜劇烈的化學反應。工藝如下:

       工藝關鍵流程包括加料、混合、過濾等，每一個關鍵步驟都會影響產(chǎn)品的性能質(zhì)量。拋光液廠商不斷優(yōu)化加料方式、加料順序、加料速度、加料時間、混合方式、過濾時間、過濾方式、過濾速度、過濾器型號等步驟來探索最佳的工藝流程，形成核心技術。

       拋光液工藝是一個整體工藝流程，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能讓工件的殘品率大幅提高，工件性能的需求也要求不同配方的拋光液，這都是拋光液的研發(fā)難點。

       01.選對研磨顆粒很重要

       研磨顆粒是CMP拋光液生產(chǎn)關鍵原材料，其是利用高硬度磨料的切磨和低硬磨料的拋磨作用來實現(xiàn)工件的平坦化，拋光液磨料可分為單一磨料、混合磨粒以及復合磨粒。研磨顆粒本身并不是CMP拋光液的核心技術，但對研磨顆粒的深刻了解和應用是核心技術的保證。

       研磨顆粒的粒徑大小是影響拋光效果的重要參數(shù)之一，粒徑過大或者過小，都容易影響拋光質(zhì)量及拋光效率降低。因此很難同時實現(xiàn)高材料去除率（MRR）和低拋光表面粗糙度（Ra）。MRR和Ra之間的平衡也是拋光液研發(fā)最重要的問題之一。

       02.pH調(diào)節(jié)劑：適合自己的才是最好的

       拋光液pH值的大小會對硅片表面的生成物、材料的去除以及拋光液的黏性等產(chǎn)生影響, 通過調(diào)節(jié)拋光液的pH值，為拋光過程提供一個穩(wěn)定的拋光環(huán)境。根據(jù)pH值不同，拋光液分為酸性和堿性兩類，堿性拋光液腐蝕性較弱，一般用于非金屬材料；酸性拋光液腐蝕性強，氧化劑種類多，拋光效率高，一般用于金屬材料。因此需要根據(jù)材料的物化性質(zhì)來選擇性添加合適的pH調(diào)節(jié)劑。

       03.分散劑：團聚不存在

       微納米磨粒極易團聚，形成的大顆粒會對工件的表面產(chǎn)生劃痕缺陷，拋光液的磨粒如果要均勻分散在基體中，需要加入一定量的分散劑，其作用是改善磨粒與介質(zhì)之間的相容性。拋光液磨料的懸浮性和分散性與分散劑的用量和種類相關，需要根據(jù)磨粒粒徑和含量來調(diào)整分散劑的使用方法。總之，分散劑對于拋光液的保存時效、拋光效果、成本控制等方面都起到了至關重要的作用。

       04.氧化劑："輔助”能力強

       氧化劑可促使工件表面在化學機械拋光過程中形成一層氧化膜，該氧化膜結合力較弱，有利于發(fā)揮磨粒的磨削作用。氧化劑的種類選擇要根據(jù)不同襯底材料的性質(zhì)具體對待。比如，化學性質(zhì)穩(wěn)定的SiC使用氧化性較強的高錳酸鉀可以有效地提高拋光效率；而化學性質(zhì)活潑的鋁合金使用低濃度氧化性較弱的H2O2的拋光效果更好。

       拋光工藝除了選對研磨粒以外，pH調(diào)節(jié)劑、分散劑及氧化劑的選擇性添加也尤為重要。這些化學助劑不僅使得整個拋光過程中化學作用和機械作用相輔相成，還保證了拋光液的穩(wěn)定性，有效提高工件表面的材料去除速率，得到理想的拋光表面。

       2拋光液研發(fā)難點

       一款拋光液的性能參數(shù)主要有：去除速率（MRR）、腐蝕電流密度、選擇性、拋光片平整度、粗糙度（Ra）、缺陷。因此拋光液研發(fā)的最終目標是：根據(jù)應用對象不同，通過對拋光液的不同組份進行調(diào)控，平衡好化學作用和機械作用的關系，找到兩者之間理想的結合點，以獲得穩(wěn)定性好、去除速率理想、表面質(zhì)量好、平坦化性能強的拋光液。

       應用廣，試錯多

       根據(jù)應用領域不同，如下圖拋光液種類很多。因此要根據(jù)工藝和材料要求的不同，對研磨顆粒、氧化劑、絡合劑、表面活性劑以及pH調(diào)節(jié)劑等組份種類的選擇、含量調(diào)控以及工藝優(yōu)化進行不斷的試錯，才能研發(fā)出一款合適的拋光液。

       精度高，難度大

       CMP技術隨著芯片制程技術不斷進步，如果晶圓制造過程中無法做到納米級全局平坦化，既無法重復進行光刻、刻蝕、薄膜和摻雜等關鍵工藝，也無法將制程節(jié)點縮小至納米級的先進領域。隨著超大規(guī)模集成電路制造的線寬不斷細小化，制造工藝不斷向先進制程節(jié)點發(fā)展，平坦化的精度要求也不斷提高，CMP步驟也會不斷增加，從而大幅刺激了集成電路制造商對CMP設備及材料的采購和升級需求。

       產(chǎn)品專一

       拋光液廠商與下游客戶聯(lián)合開發(fā)成為成功的先決條件。即使是同一技術節(jié)點，不同客戶的集成技術不同，對拋光液的需求也不同。因此，廠商在研發(fā)一款拋光液時需與客戶深度“綁定”，這也促使拋光液產(chǎn)品更加“專一”。一般龍頭廠商產(chǎn)品布局更為齊全，可為晶圓廠提供全套耗材解決方案，后進入者產(chǎn)品需求無法做到龍頭一樣的覆蓋面，致使替換難度較高。

       全球拋光液供應商為卡博特(Cabot)、日立(Hitachi)、FUJIMI、慧瞻材料(Versum)等，全球合計近65%的市場份額，較為分散。

       中國CMP拋光液行業(yè)目前主要依賴于國外進口，美國日本等全球CMP拋光液龍頭企業(yè)均在中國市場有所布局。安集科技作為中國CMP拋光液的龍頭企業(yè)，在中國大陸市場占據(jù)了較大的市場份額，同時多樣化布局產(chǎn)品線滿足了企業(yè)的需求，實現(xiàn)了中國CMP拋光液國產(chǎn)替代的發(fā)展。

       小結

       未來光電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展必定離不開超精密拋光技術，化學機械拋光液是超精密拋光技術的核心之一。國內(nèi)半導體和集成電路產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展也將加快拋光液研發(fā)的進程，同時化學機械拋光液中的組分將更側(cè)重于安全、穩(wěn)定、高效、環(huán)保的方向。

       來源：

       王東哲等：化學機械拋光液的研究現(xiàn)狀

       雪域資本：國產(chǎn)替代風潮-CMP拋光液的興起

       集成電路材料研究：拋光液的技術與工藝