“卡脖子”技术：国内抛光液行业如何突破？

中国粉体网讯  CMP抛光液作为“卡脖子”技术之一，工艺复杂，种类繁多，根据工件的抛光需求不断磨合得到合适的抛光液配方，是目前主要的技术难题。

抛光液：缺一不可

化学机械抛光液生产过程为配方型复配工艺，以常温常压下复配、混合、过滤为主，不涉及复杂剧烈的化学反应。工艺如下:

工艺关键流程包括加料、混合、过滤等，每一个关键步骤都会影响产品的性能质量。抛光液厂商不断优化加料方式、加料顺序、加料速度、加料时间、混合方式、过滤时间、过滤方式、过滤速度、过滤器型号等步骤来探索最佳的工艺流程，形成核心技术。

抛光液工艺是一个整体工艺流程，任何一个环节出现问题，都可能让工件的残品率大幅提高，工件性能的需求也要求不同配方的抛光液，这都是抛光液的研发难点。

化学机械抛光液的各组分

01.选对研磨颗粒很重要

研磨颗粒是CMP抛光液生产关键原材料，其是利用高硬度磨料的切磨和低硬磨料的抛磨作用来实现工件的平坦化，抛光液磨料可分为单一磨料、混合磨粒以及复合磨粒。研磨颗粒本身并不是CMP抛光液的核心技术，但对研磨颗粒的深刻了解和应用是核心技术的保证。

研磨颗粒的粒径大小是影响抛光效果的重要参数之一，粒径过大或者过小，都容易影响抛光质量及抛光效率降低。因此很难同时实现高材料去除率（MRR）和低抛光表面粗糙度（Ra）。MRR和Ra之间的平衡也是抛光液研发最重要的问题之一。

常见CMP抛光液磨料

02.pH调节剂：适合自己的才是最好的

抛光液pH值的大小会对硅片表面的生成物、材料的去除以及抛光液的黏性等产生影响, 通过调节抛光液的pH值，为抛光过程提供一个稳定的抛光环境。根据pH值不同，抛光液分为酸性和碱性两类，碱性抛光液腐蚀性较弱，一般用于非金属材料；酸性抛光液腐蚀性强，氧化剂种类多，抛光效率高，一般用于金属材料。因此需要根据材料的物化性质来选择性添加合适的pH调节剂。

03.分散剂：团聚不存在

微纳米磨粒极易团聚，形成的大颗粒会对工件的表面产生划痕缺陷，抛光液的磨粒如果要均匀分散在基体中，需要加入一定量的分散剂，其作用是改善磨粒与介质之间的相容性。抛光液磨料的悬浮性和分散性与分散剂的用量和种类相关，需要根据磨粒粒径和含量来调整分散剂的使用方法。总之，分散剂对于抛光液的保存时效、抛光效果、成本控制等方面都起到了至关重要的作用。

04.氧化剂：“辅助”能力强

氧化剂可促使工件表面在化学机械抛光过程中形成一层氧化膜，该氧化膜结合力较弱，有利于发挥磨粒的磨削作用。氧化剂的种类选择要根据不同衬底材料的性质具体对待。比如，化学性质稳定的SiC使用氧化性较强的高锰酸钾可以有效地提高抛光效率；而化学性质活泼的铝合金使用低浓度氧化性较弱的H₂O₂的抛光效果更好。

抛光工艺除了选对研磨粒以外，pH调节剂、分散剂及氧化剂的选择性添加也尤为重要。这些化学助剂不仅使得整个抛光过程中化学作用和机械作用相辅相成，还保证了抛光液的稳定性，有效提高工件表面的材料去除速率，得到理想的抛光表面。

抛光液研发难点

一款抛光液的性能参数主要有：去除速率（MRR）、腐蚀电流密度、选择性、抛光片平整度、粗糙度（Ra）、缺陷。因此抛光液研发的最终目标是：根据应用对象不同，通过对抛光液的不同组份进行调控，平衡好化学作用和机械作用的关系，找到两者之间理想的结合点，以获得稳定性好、去除速率理想、表面质量好、平坦化性能强的抛光液。

应用广，试错多

根据应用领域不同，如下图抛光液种类很多。因此要根据工艺和材料要求的不同，对研磨颗粒、氧化剂、络合剂、表面活性剂以及pH调节剂等组份种类的选择、含量调控以及工艺优化进行不断的试错，才能研发出一款合适的抛光液。

精度高，难度大

CMP技术随着芯片制程技术不断进步，如果晶圆制造过程中无法做到纳米级全局平坦化，既无法重复进行光刻、刻蚀、薄膜和掺杂等关键工艺，也无法将制程节点缩小至纳米级的先进领域。随着超大规模集成电路制造的线宽不断细小化，制造工艺不断向先进制程节点发展，平坦化的精度要求也不断提高，CMP步骤也会不断增加，从而大幅刺激了集成电路制造商对CMP设备及材料的采购和升级需求。

产品专一

抛光液厂商与下游客户联合开发成为成功的先决条件。即使是同一技术节点，不同客户的集成技术不同，对抛光液的需求也不同。因此，厂商在研发一款抛光液时需与客户深度“绑定”，这也促使抛光液产品更加“专一”。一般龙头厂商产品布局更为齐全，可为晶圆厂提供全套耗材解决方案，后进入者产品需求无法做到龙头一样的覆盖面，致使替换难度较高。

全球抛光液供应商为卡博特(Cabot)、日立(Hitachi)、FUJIMI、慧瞻材料(Versum)等，全球合计近65%的市场份额，较为分散。

国内外龙头厂商产品情况

中国CMP抛光液行业目前主要依赖于国外进口，美国日本等全球CMP抛光液龙头企业均在中国市场有所布局。安集科技作为中国CMP抛光液的龙头企业，在中国大陆市场占据了较大的市场份额，同时多样化布局产品线满足了企业的需求，实现了中国CMP抛光液国产替代的发展。

小结

未来光电子信息产业的高速发展必定离不开超精密抛光技术，化学机械抛光液是超精密抛光技术的核心之一。国内半导体和集成电路产业的蓬勃发展也将加快抛光液研发的进程，同时化学机械抛光液中的组分将更侧重于安全、稳定、高效、环保的方向。

来源：

王东哲等：化学机械抛光液的研究现状

雪域资本：国产替代风潮-CMP抛光液的兴起

集成电路材料研究：抛光液的技术与工艺

（中国粉体网编辑整理/空青）

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