中國粉體網訊 隨著半導體器件集成度的不斷提升，電子產品的表面平整度、厚度均勻性及工藝可靠性要求日益嚴格。晶圓表面極其微小的不平整都可能導致電路短路、信號延遲甚至器件失效，對產品性能和產品良率產生深遠影響。在這一背景下，化學機械拋光（CMP）技術憑借其卓越的材料去除能力、高精度平坦化效果及良好的工藝兼容性，成為半導體制造領域的重要表面加工方法。
CMP工藝的基本原理
來源：劉海軍.電子產品制造過程中CMP材料的應用研究
影響CMP拋光效果的因素眾多，其中，拋光液是影響拋光效果的決定因素。一般來說，拋光液由磨料、氧化劑、pH調節劑、分散劑和去離子水組成。磨料是拋光液的主要成分，磨料的種類、物理化學性質、粒徑尺寸、均勻性及穩定性直接影響著晶圓的表面質量和材料去除率。
拋光液中常用的磨料為二氧化硅、氧化鋁和二氧化鈰。其中，氧化鋁磨料硬度很大，拋光時易對工件造成嚴重損傷，通常需要對表面進行改性，用于一些硬度較大材料的拋光，如碳化硅。鈰元素具有多種價態且不同價態間易轉化，容易將玻璃表面物質氧化，因此廣泛應用于手機屏幕、光學玻璃等的拋光。納米二氧化硅是應用最廣泛的拋光磨料，硬度適中、形狀規則，拋光后可獲得較好的表面質量，而且二氧化硅顆粒在水中或溶劑中形成的硅溶膠分散性好、穩定性好易儲存，由二氧化硅磨料組成的拋光液已廣泛應用于半導體、藍寶石、合金、陶瓷等襯底的拋光。
來源：嵩山硼業
納米SiO2從形貌上可以分為球形和非球形，其形貌影響著拋光速率和晶圓表面粗糙度，決定著晶圓最終的拋光效果。隨著硅襯底晶圓尺寸越來越大，集成電路集成度進一步增加，對晶圓的表面質量也提出了更高的要求。同時芯片的需求增加導致襯底晶圓的需求增加，而傳統的單一球形納米SiO2磨料拋光速率較慢，無法滿足高效襯底晶圓加工，所以目前國際上主流趨勢是對球形磨料進行組份、結構和形貌改性，以期在表面粗糙度不變的情況下，提高磨料的拋光速率。
非球形納米SiO2磨料
非球形納米SiO2磨料由于其形貌的不規則性，因此比表面積較大，拋光速率高于球形磨料，但由于非球形磨料一般表面帶有棱角，在CMP中易對晶圓表面造成劃傷，導致晶圓表面粗糙度升高，表面平整度變差。目前已成功制備的不規則形狀磨料包括花瓣形、啞鈴形、橢圓形、棒形、繭形、柱形等多種形狀，實驗表明其有效提高了硅尤其是硬脆材料等襯底晶圓的CMP速率。
球形納米SiO2磨料
球形納米SiO2磨料是半導體襯底晶圓精拋的主要磨料，其CMP后晶圓表面粗糙度明顯優于非球形納米SiO2磨料，而傳統球形納米SiO2磨料的CMP速率已無法滿足現階段加工需求，因此，迫切需要對球形磨料進行性能改進。目前國內外主流趨勢是對磨料進行介孔或摻雜處理，以此提高晶圓的拋光速率，使其具有更高的加工效率。
來源：孫運乾.不同形貌納米二氧化硅磨料在硅晶圓CMP中的機理研究
介孔納米SiO2通過增大比表面積和與化學試劑的接觸面積，促進化學反應，從而提高磨料的CMP性能，增大其應用價值。摻雜是將某種元素摻雜到納米SiO2中，可以在原有的CMP性能基礎上疊加摻雜元素的化學或物理性能，即復合磨料，復合磨料的出現，使得球形磨料的研磨性能獲得大幅提升。
球形納米SiO2磨料誕生時間較早，研究眾多，已經大面積成熟地應用于襯底晶圓CMP中，但球形磨料的拋光速率始終較慢，無法滿足襯底晶圓的高效生產，仍需對球形磨料不斷進行改性研究。
總之，CMP作為半導體晶片表面加工的關鍵技術之一，拋光液中金屬等雜質的含量對集成電路的成品率、電性能及可靠性有十分重要的影響。納米二氧化硅磨料是影響CMP性能的決定性因素，二氧化硅基拋光液在半導體制造領域中發揮關鍵作用，其通過化學反應與機械磨損相結合的方式，能夠去除晶圓表面材料，滿足晶圓表面極高的平整度要求，確保后續工藝的順利進行。
參考來源：
孔慧停.硅溶膠的可控制備及其在化學機械拋光中的應用
劉海軍.電子產品制造過程中CMP材料的應用研究
孫運乾.不同形貌納米二氧化硅磨料在硅晶圓CMP中的機理研究
（中國粉體網編輯整理/初末）
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