半导体材料

半导体材料

半导体材料是一种功能材料，其价值在于它的光学、电学、磁学特性可充分地应用于器件。新型半导体材料是指具有新型光学、电学、磁学特性的材料。自硅开始替代锗，直到2000年，甚至以后很长一段时间里，硅仍是大规模集成电路的主材料。

硅是实用上十分重要的半导体材料。它的化合物遍布于自然界中，不像锗要考虑资源问题。硅之所以使人们感兴趣，主要还在于它有比较大的禁带宽度(硅的禁带宽度为1.21电子伏，锗为0.75电子伏)，从而导致两个十分重要的结果。首先，由于硅有较大的禁带宽度，能在更高的温度(>200℃)才变成本征性，因此硅半导体器件能在锗不能长期使用的温度范围工作。其次，它的P-N结的反向电流比锗要低三个数量级，这一性质在许多电路应用中是很重要的。

然而，提纯硅却比提纯锗困难得多。这是因为硅的熔点较高（锗的熔点是936℃，硅是1420℃)，熔融时有高度的化学活泼性。硅中的某些杂质有比较大的分布系数，使区域熔化这样一个极有效的提纯方法失去效用。实际上，我们不可能制得完全没有杂质和晶格缺陷的半导体，即本征性半导休。半导体中杂质电离所需的能量比本征激发所需的能量小，在普通温度下，载流子往往来自杂质，所以如何减低杂质浓度是半导体材料中的重要课题。经各国大力从事硅的提纯研究，现今已能制得和锗同等纯度的硅了。

锗的电子迁移率是3900厘米2/伏·秒，空穴迁移率是1900厘米2/伏·秒；硅的电子迁移率是1200厘米2/伏·秒，空穴迁移率是500厘米2/伏·秒（以上数值皆是在300 0K）。硅的电子和空穴迁移率比锗低，这一缺点对制作高频性能的三极管是不利的。但是自从固态扩散法的进步，提供了精确地制造高频操作所必需的基极和势垒区域的方法以后，现已能用硅制作性能优良的较大功率的高频三极管。

硅的本征载流子密度在3000K时是1.4x1010厘米-3，相应地在300 0K时其本征电阻率是3x105欧姆·厘米。这就意味着如果要制备本征性硅，对电学性质有影响的那些杂质的浓度应低于1010厘米-3。这比制造本征性锗所容许的最大杂质浓度低三个数量级（锗在300 0K时的本征载流子密度是2.5x1013厘米-3）。目前已被制出的最高纯度的硅比本征性所需的纯度尚差二个数量极。

如前所述，我们希望制得仅含十亿分之一（1 x 10-9）杂质元素的硅。硅中主要杂质元素硼的分布系数为0.9，用区域熔化法几乎不能除去，因此人们着重于化学提纯的研究，期望不经过物理方法的提纯也能制出高纯度硅，以满足半导体器件的要求。

硅的化学性质：在常温下很稳定，在高温下比较活泼，能与氧、水反应生成二氧化硅：

Si+2H2O=SiO2+2H2↑(900~1200℃)

Si+O2=SiO2 （1050~1150℃）

8Si +2N2=Si2N4 (1400℃)

Si+4HCl=SiCl4 + 2H2↑(1300℃左右)

外延工艺中就是用此反应在外延前对硅进行抛光。将干燥的氯化氢气体通入外延炉的反应管内的硅片作用，使硅片表面受到均匀而轻微的腐蚀，以除去表面的损伤层而达到抛光的目的。这种方法称氯化氢气象抛光法。

通常条件下，硅对硝酸、硫酸以及盐酸都是稳定的，和氢氟酸也不反应。但硅和硝酸、氢氟酸的混合液却起作用，反应式如下：

Si+4HNO3=SiO2+2H2O+4NO2↑

SiO2 +6HF=H2[SiF6] +2H2O

上述反应，首先是硝酸将硅氧化成二氧化硅，二氧化硅进一步和氢氟酸作用生成易溶于

水的络合物—六氟硅酸，从而使硅溶解。所以工艺中常用这种混合液作为硅的腐蚀液。

常温下，硅和碱反应，生成硅酸盐并放出氢气：

Si+2NaOH+ H2O=NaSiO3+2H2↑

硅的制备

当前一般供作半导体材料用的硅的化学提纯的主要原则是：制备硅的卤化物(SiCl4，SiI4)或氢化物(SiH4，SiHCl3)，利用它们的易挥发性进行分馏精制，再经还原或热分解制得硅。

目前我国制备高纯硅多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法。一般说来，由于三氯氢硅还原法具有一定优点，目前比较广泛的被应用。此外，由于SiH4具有易提纯的特点，因此硅烷热分解法是制备高纯硅的很有发展潜力的方法。下面我们就分别介绍上述三种方法制备高纯硅的化学原理。

1、三氯氢硅还原法

（1）三氯氢硅的合成

第一步：由硅石制取粗硅硅石（SiO2）和适量的焦炭混合，并在电炉内加热至1600~1800℃可制得纯度为95%~99%的粗硅。其反应式如下：

SiO2+3C=SiC+2CO↑

2SiC+SiO2=3Si+2CO↑

总反应式：SiO2+2C=Si+2CO↑

生成的硅由电炉底部放出，浇铸成锭。用此法生产的粗硅经酸处理后，其纯度可达到99.9%。第二步：三氯氢硅的合成

三氯氢硅是由干燥的氯化氢气体和粗硅粉在合成炉中（250℃）进行合成的。其主要反应式如下：Si+3HCl=SiHCl3+H2↑

（2）三氯氢硅的提纯

由合成炉中得到的三氯氢硅往往混有硼、磷、砷、铝等杂质，并且它们是有害杂质，对单晶硅质量影响极大，必须设法除去。近年来三氯氢硅的提纯方法发展很快，但由于精馏法工艺简单、操作方便，所以，目前工业上主要用精馏法。三氯氢硅精馏是利用三氯氢硅与杂质氯化物的沸点不同而分离提纯的。

一般合成的三氯氢硅中常含有三氯化硼（BCl3）、三氯化磷（PCl3）、四氯化硅（SiCl4）、三氯化砷（AsCl3）、三氯化铝（Al2Cl3）等氯化物。其中绝大多数氯化物的沸点与三氯氢硅相差较大，因此通过精馏的方法就可以将这些杂质除去。但三氯化硼和三氯化磷的沸点与三氯氢硅相近，较难分离，故需采用高效精馏，以除去这两种杂质。精馏提纯的除硼效果有一定限度，所以工业上也采用除硼效果较好的络合物法。

三氯氢硅沸点低，易燃易爆，全部操作要在低温下进行，一般操作环境温度不得超过25℃，并且整个过程严禁接触火星，以免发生爆炸性的燃烧。

（3）三氯氢硅的氢还原

提纯三氯氢硅和高纯氢混合后，通入1150℃还原炉内进行反应，即可得到硅，总的化学反应是：SiHCl3+H2=Si+3HCl 生成的高纯多晶硅淀积在多晶硅载体上。

2、硅烷热解法

在高纯硅的制备方法中，有发展前途的是硅烷热分解法。这种方法的整个工艺流程可分为三个部分：SiH4的合成、提纯和热分解。

（1）硅烷的合成

硅化镁热分解生成硅烷是目前工业上广泛采用的方法。硅化镁（Mg2Si）是将硅粉和镁粉在氢气（也可真空或在Ar气中）中加热500~550℃时混合合成的，其反应式如下：2Mg+Si=Mg2Si

然后使硅化镁和固体氯化铵在液氨介质中反应得到硅烷。

Mg2Si+4NH4Cl=SiH4↑+ 2MgCl2+4NH3↑

其中液氨不仅是介质，而且它还提供一个低温的环境。这样所得的硅烷比较纯，但在实际生产中尚有未反应的镁存在，所以会发生如下的副反应：

Mg+ 2NH4Cl=MgCl2+2NH3+H2↑

所以生成的硅烷气体中往往混有氢气。生产中所用的氯化铵一定要干燥，否则硅化镁与水作用生成的产物不是硅烷，而是氢气，其反应式如下：

2Mg2Si+8NH4Cl+H2O=4MgCl2+Si2H2O3+8NH3↑+6H2↑

由于硅烷在空气中易燃，浓度高时容易发生爆炸，因此，整个系统必须与氧隔绝，严禁与外界空气接触。

（2）硅烷的提纯

硅烷在常温下为气态，一般来说气体提纯比液体和固体容易。因为硅烷的生成温度低，大部分金属杂质在这样低的温度下不易形成挥发性的氢化物，而即便能生成，也因其沸点较高难以随硅烷挥发出来，所以硅烷在生成过程中就已经经过一次冷化，有效地除去了那些不生成挥发性氢化物的杂质。

硅烷是在液氨中进行的，在低温下乙硼烷（B2H6）与液氨生成难以挥发的络合物（B2H6 ?2NH3）而被除去，因而生成的硅烷不合硼杂质，这是硅烷法的优点之一。但硅烷中还有氨、氢及微量磷化氢（PH3）、硫化氢（H2S）、砷化氢（AsH3）、锑化氢（SbH3）、甲烷（CH4）、水等杂质。由于硅烷与它们的沸点相差较大，所以，可用低温液化方法除去水和氨，再用精馏提纯除去其它杂质。此外，还可用吸附法、预热分解法（因为除硅烷的分解温度高达600℃外，其它杂质氢化物气体的分解温度均低于380℃，所以把预热炉的温度控制在380℃左右，就可将杂质的氢化物分解，从而达到纯化硅烷的目的），或者将多种方法组合使用都可以达到提纯的目的。

（3）硅烷的热分解

将硅烷气体导入硅烷分解炉，在800~900℃的发热硅芯上，硅烷分解并沉积出高纯多晶硅，其反应式如下：

SiH4=Si+ 2H2↑

硅烷热分解法有如下优点：①分解过程不加还原剂，因而不存在还原剂的玷污。②硅烷纯度高。在硅烷合成过程中，就已有效地去除金属杂质。尤其可贵的是因为氨对硼氢化合物有强烈的络合作用，能除去硅中最难以分离的有害杂质硼。然后还能用对磷烷、砷烷、硫化氢、硼烷等杂质有很高吸附能力的分子筛提纯硅烷，从而获得高纯度的产品，这是硅烷法的又一个突出的优点。③硅烷分解温度一般为800~900℃，远低于其它方法，因此由高温挥发或扩散引入的杂质就少。同时，硅烷的分解产物都没有腐蚀性，从而避免了对设备的腐蚀以及硅受腐蚀而被玷污的现象。而四氯化硅或三氯氢硅氢气还原法都会产生强腐蚀性的氯化氢气体。

因硅烷气是易燃易爆的气体，所以整个吸附系统以及分解室都要有高度严密性，必须隔绝空气。贮藏和运输硅烷常采用两种方法：一种是用分子筛吸附硅烷，使用时可用氖气携带；另一种是把硅烷压入钢瓶，再以氢气稀释，使其浓度降低5%以下，从而避免爆炸、燃烧的危险。

3、四氯化硅氢还原法

（1）工业粗硅氯化制备四氯化硅

目前，SiCl4的工业制备方法，一般是采用直接氯化法，将工业粗硅在加热条件下直接与氯反应制得SiCl4。工业上常用不锈钢（或石英）制的氯化炉，将硅铁装入氯化炉，从氯化炉底部通入氯气，加热至200~300℃时，就开始反应生成SiCl4，其化学反应为：

Si + 2Cl 2 = SiCl 4

生成的SiCl 4以气体状态从炉体上部转至冷凝器，冷却为液态后，再流入储料槽。在生产中，一般将氯化温度控制在450~500℃，这样一方面可提高生产率，另一方面可保证质量因为温度低时不仅反应速度慢，而且有副产品Si 2Cl 6、Si 3Cl 8等生成，影响产品纯度，但若温度过高，硅铁中其它难挥发杂质氯化物也会随SiCl 4一起挥发出来，影响SiCl 4纯度。

（2）精馏提纯四氯化硅

四氯化硅中通常含有铁、铝、钛、硼、磷等杂质，但这些杂质可以通过精馏的方法除去。其原理就是根据四氯化硅与杂质沸点不同，它们具有不同的挥发能力，因而可以通过控制温度而将SiCl 4与杂质分离，达到提纯的目的。

（3）纯四氯化硅的氢还原

精馏提纯后的四氯化硅与高纯度的氢气在高温的还原炉内发生还原反应而制 得高纯硅，其反应如下：

SiCl 4+2H 2=Si+4HCl ↑

实际反应比较复杂。由于SiCl 4被氢还原的速率较SiHCl 3氢还原法低，因此目前使用SiCl 4 氢还原法制高纯硅的较少。

化学机械抛光原理

CMP 的基本原理是将晶体片在研磨浆的存在下相对于一个抛光垫旋转，并施加一定的压力，借助机械磨削及化学腐蚀作用来完成抛光。抛光装置的平台在电机的带动下以角速度ωp 转动，抛光面粘在平台上，被抛光片通过载膜附着在载盘上，载盘在卡盘的带动下，以角速度ωc 转动，方向与平台相同。同时，机械压力通过卡盘，载膜和载盘将被抛光片压在浸满抛光液的抛光布上，在抛光布的卡盘、载盘和被抛光片转动的作用下，被输送到抛光布上的抛光液均匀地分布到抛光布上，在被抛光片和载盘之间形成一层液体薄膜，这层膜起质量传输和传递压力的作用，抛光液中的化学成分与被抛光片发生化学反应，将不溶物质转化为易溶物质(化学反应过程)，然后通过机械摩擦将这些易溶物从抛光片表面去掉，被流动的液体带走(机械过程)，这两个过程的结合就可以实现化学机械抛光，用这种方法可以真正使被抛光片表面实现全局平面化。

(1)抛光液：单晶硅片CMP 一般使用碱性抛光液，PH 值一般在9～11之间，种类有氧化镁水剂、氧化铝水剂、二氧化钛碱性液、二氧化硅碱性液、二氧化锆氧化性溶液、三氧化铬酸性溶液和铜离子酸性溶液等。为了改善硅片表面性能和抛光液的稳定性、颗粒的分散性、悬浮性，有时加入有机多羟基胺。目前用得最多的是二氧化硅碱性抛光液。

其主要化学反应式为:

223222Si OH H O SiO H --++→+↑ (1.2)

(2)磨粒：磨粒一般采用SiO 2。用SiO 2(磨粒)抛光液时，它不仅起到机械动力学(磨除)作用，还起加快化学动力学过程的作用，其反应式为:

223222Si SiO SiO

SiO OH SiO H --

+→+→+↑ (1.3)

由于SiO 2 (四价硅)在一定的压力和温度下先与硅反应生成SiO(二价硅)，SiO 再与碱进行氧化还原反应。实验结果表明，反应式(l.3)比反应式(l.2)进行容易得多，SiO 2胶体在抛光过程中可起到引发催化剂的作用。因而虽然加入少量的SiO 2磨粒，抛光速率可能提高几十倍。 化学机械抛光浆料

抛光浆料的成分主要由三部分组成：腐蚀介质、成膜剂和助剂、纳米磨料粒子。抛光浆料要满足抛光速率快、抛光均一性好及抛后易清洗等要求。磨料粒子的硬度也不宜太高，以保证对膜层表面的机械损害比较轻。

按pH值分类，抛光浆料主要分为两类：酸性抛光浆料和碱性抛光浆料。一般酸性抛光浆料都包含氧化剂、助氧化剂、抗蚀剂（又叫成膜剂）、均蚀剂、pH调制剂和磨料。氧化剂起在被抛光物件表面发生氧化腐蚀作用，然后通过机械作用去除表面凸起部分，使物件表面平整；另外，氧化剂还能氧化基体表面形成一层氧化膜从而提高选择性。助氧化剂起到提高氧化速率的作用。均蚀剂可使腐蚀均匀，从而使表面光滑细腻；抗蚀剂的作用是在被抛光物件表面与被腐蚀基体形成一层联结膜，从而阻止腐蚀的进行以提高选择性。而碱性抛光浆料中一般包含络合剂、氧化剂、分散剂、pH调制剂和磨料。因为碱性抛光浆料仅在强碱中才有很宽的腐蚀领域，而且磨料易造成划伤，所以应用远不如酸性抛光浆料广泛。对于不同的腐蚀基体要选择不同的络合剂；分散剂一般为大分子量非离子有机分散剂，其作用是保证浆料中的磨料不发生絮凝和沉降现象，并使磨料的黏度保持尽可能低，具有良好的流动性。下面主要介绍目前使用最为广泛的几种抛光浆料。

1．CeO2抛光浆料

稀土氧化物CeO2具有很好的抛光性能，其特点是抛光速率高，对材料的去除率高，被抛光表面粗糙度和表面微观波纹度较小，颗粒硬度低，对被抛光表面损伤较弱；其缺点是黏度大，易划伤且高低选择性不好，沉淀在介质膜上吸附严重，为后续清洗带来困难。CeO2抛光浆料广泛应用于玻璃精密抛光、超大规模集成电路SiO2介质层抛光和单晶硅片抛光等，而现在国内外有很多研究也致力于CeO2抛光浆料对半导体衬底材料（如GaAs晶片）的抛光。

首先纳米CeO2粒子通过化学吸附与抛光表面上的SiO2之间形成Ce—O—Si键，CeO2粒子将表面部分SiO2撕裂下来，进入溶液中；经过扩散，SiO2粒子又从CeO2粒子的表面脱落。Ce—O—Si键的形成与S—O—Si键的断裂影响着抛光速率。化学吸附作用和机械撕裂作用同时影响着Si—O—Si键的断裂。

CeO2抛光浆料区别于传统抛光活性强的抛光浆料都是强酸，它在碱性抛光环境下是两性的，能同时吸附阳离子和阴离子，故有更好的抛光性能。纯度、硬度、粒度、粒度分布、悬浮性、表面电性、表面活性和密度等都是影响其抛光性能的主要因素：粒度大的适合高速抛光，粒度小的适用于低速抛光。

具有高抛光性能的纳米CeO2目前的合成方法主要有：液相反应法、固相反应法、机械化学法。液相反应法包括：溶胶-凝胶法、液相沉淀法、电化学法、水热法、微乳液法、喷雾热分解法等。张鹏珍等采用溶胶-凝胶法制备了平均晶粒度在13.3 nm且粒度分布均匀的纳米CeO2粉体，经此CeO2抛光浆料抛光后的玻璃基片表面粗糙度（R a）可降到0.6 nm左右，显示了良好的抛光性能。Ming等也采用此法在常压下制备纳米CeO2，原料为硝酸铈铵、尿素和去离子水，通过加热得到的CeO2粒径为8 nm，具有立方体结构。电化学法制得的CeO2优点是粒子粒度很小，分散性也较好，工艺也相对简单，但是产率较低。水热法的优点是不需要进行高温灼烧处理，避免了硬团聚。Verdon等在耐熔的合金容器中，于1.5 MPa 和500％条件下进行水热合成制得的纳米CeO2晶型较好。BondioliF等利用固相反应在得到的CeO2产物尺寸为10～20 nm，且具有较好的尺寸分布。有研究表明，用机械化学法也能制成粒度在10～20 nm的纳米CeO2。Rajendran通过一种新的方法研究了CeO2抛光SiO2过程，发现CeO2的机械作用能加速其与SiO2还原的化学反应，并且在抛光过程中存在Ce3+与Ce4+两种价态。

2．SiO2抛光浆料

SiO2抛光料的优点是选择性和分散性好，机械磨损性能较好，化学性质较活泼，后清

洗过程废液处理较容易，其缺点是硬度较高，易在被抛光物体表面造成不平整，且在抛光浆料中易产生凝胶现象，对抛光速度的再现性有不良影响，同时会使被抛光物体表面产生刮伤。SiO2抛光浆料的pH值、磨料粒径（50～200 nm）与分散度、浓度等都对其抛光效果有很大的影响。SiO2抛光浆料用于硅片的抛光、层间介电层（ILD）的抛光、铌酸锂晶片的抛光、硬盘基片的抛光等。SiO2抛光料的制备方法国内外有很多研究，从总体来说主要是分散法与凝聚法：分散法是通过机械搅拌将纳米SiO2粉末直接分散到水中来制备SiO2浆料的。用分散法制备SiO2浆料主要包括以下3个过程：①纳米SiO2颗粒在液体中润湿；②团聚体在机械搅拌力作用下被打开成独立的原生粒子或较小的团聚体；③将原生粒子或较小的团聚体稳定住，阻止再发生团聚。采用分散法制备出的SiO2浆料浓度高、颗粒均匀、分散性好、纯度高、黏度较小，但受粉体本身性能的影响特别严重。凝聚法是利用水溶液中化学反应所生成的SiO2通过成核、生长，采用各种方法脱除其中杂质离子得到纳米SiO2水分散体系的一种方法，该法制得的SiO2浆料颗粒粒径均一，形状规整，纯度与浓度也较高。王占银以SiO2作为抛光浆料，分析了影响铌酸锂晶片抛光效果的因素，通过优化工艺参数，使铌酸锂的表面粗糙度R a达到0.387 nm。雷红制备了SiO2抛光浆料用来抛光镍磷敷镀的硬盘基片，表面形貌仪测得抛光后基片的表面粗糙度和波纹度分别为0.052 nm和0.063 nm，且基片表面无凹坑、电蚀等缺陷。另有研究表明，当SiO2抛光浆料pH≥9时，在抛光浆料中加入适量的活性剂和螯合剂，能消除SiO2凝胶现象，得到较好的抛光结果。目前，对影响SiO2抛光浆料抛光效果（高抛光速率、低表面损伤、高表面平整度、易清洗等）的各种因素（抛光浆料粒度、pH值、温度、抛光浆料流速等）的研究已比较成熟。

3．Al2O3抛光浆料

1998年日本COSMOS公司首次开发了纳米级别的超细Al2O3微粉作磨料的纳米级抛光剂，从而Al2O3抛光浆料广泛应用于CMP领域，以纳米γ-Al2O3为研磨粒子的浆料可用于集成电路生产过程中层间钨、铝、铜等金属薄膜的平坦化及高级光学玻璃、石英晶体和各种宝石的抛光等。Al2O3抛光浆料因具有选择性低、分散稳定性不好、易团聚等缺点，往往在几分钟内就会出现沉淀，颗粒变粗，所以在抛光中表面划伤严重，损伤层深，所以通常Al2O3抛光浆料要混合有机添加物一起使用并控制好工艺条件以达到良好的抛光效果。宋晓岚等的研究表明，在γ-Al2O3固含量为6％的浆料中，加入异丙醇胺分散剂的用量为γ-Al2O3粉体质量的1％，同时控制浆料的pH值约为4，此时纳米γ-Al2O3粉末的润湿性能最佳，浆料Zeta 电位值较高，黏度较小，在该条件下可成功获得长时间不沉降的稳定浆料。卢海参采用丙烯酰氯对超细氧化铝进行表面改性，有效提高了氧化铝抛光浆料的分散性，进一步的研究表明材料去除速率随压力或下盘转速先增大后减小，随抛光时间的延长，材料去除速率初期较大，后期变化趋于平缓。具有良好的抗静电性和可擦性的Al2O3抛光浆料在国内已经研制出来，应用磁性材料的精密抛光加工中。有研究表明，通过Al2O3外层包覆SiO2形成壳-核性结构粒子抛光浆料抛光能很好地提高抛光性能，减低表面损伤和粗糙度，其机理可能为壳-核结构的缓冲效应和粒子之间的解聚作用。

化学机械抛光技术发展趋势

随着计算机、通信及网络技术的高速发展，对作为其基础的集成电路的性能要求愈来愈高。集成电路芯片增大而单晶体管元件减小及多层集成电路芯片是发展的必然趋势，使得CMP在集成电路行业的重要性越来越显著，这对CMP技术提出了更高的要求。

在CMP设备方面，正在由单头、双头抛光机向多头抛光机发展；结构逐步由旋转运动结构向轨道抛光方法和线形抛光技术方面发展；开发带有多种在线检测装置的设备，如组装声学信号、力学信号、薄膜厚度及抛光浆料性质等在线测量装置，并且结合目前的干进干出要求，将抛光后清洗装置与抛光机集成来进行开发。在应用方面，CMP技术已从集成电路

的硅晶片、层间介质（ILD）、绝缘体、导体、镶嵌金属W、Al、Cu、Au及多晶硅、硅氧化物沟道等的平面化，拓展至薄膜存贮磁盘、微电子机械系统（MFMS）、陶瓷、磁头、机械磨具、精密阀门、光学玻璃和金属材料等表面加工领域。在CMP抛光浆料方面，关键是要开发新型抛光浆料，特别是复合磨料抛光浆料，使其能提供高的抛光速率、好的平整度、高的选择性以及利于后续清洗过程，以使磨料粒子不会残留在芯片表面而影响集成电路性能。

CMP浆料有待于发展的技术有：磨料制备技术、浆料分散技术和抛光浆料配方技术。首先要解决的就是尺寸小、分散度大、硬度适中、均匀性好、纯度高的纳米磨料粒子。抛光浆料的排放及后处理工作量也在增大（出于环保原因，即使浆料不再重复利用，也必须先处理才可以排放）。而且，抛光浆料价格昂贵，如何对抛光浆料进行后处理，补充必要的化学添加剂，重复利用其中的有效成分，或降级使用，不仅可以减少环境污染，而且可以大大降低加工成本。抛光浆料的后处理研究将是未来的新研究热点。另外一方面，复合磨料抛光浆料的研究也将是未来的趋势之一，因为复合磨料抛光浆料在保持单一磨料抛光浆料优点同时也改善了其缺点，在国外已经出现了复合抛光磨料的研究报道，如Al2O3、SiO2、CeO2各种单一抛光磨料互相通过包覆形成壳-核型的复合抛光磨料，集中各种单一抛光磨料的优点，从而配制出抛光效果更佳的新型复合抛光浆料。实验表明，在较软的磨料粒子外面包覆一层较硬的物质，可以在提高其抛光速率的同时也保持了较高的选择性；而在较硬的磨料粒子外面包覆一层较软的物质，则可在保持其较高抛光速率的基础上改善其抛光表面质量。如Lu 等成功地在球形SiO2粒子外面包覆一层CeO2，并以其作为磨料制备复合抛光浆料与SiO2和CeO2抛光浆料进行抛光实验的比较，研究表明，复合磨料具有更好的抛光效果。目前，CMP技术已经不局限于使用固体磨料，甚至出现了用气体来进行抛光的技术（如氢化物气相外延HVPE技术等），为抛光浆料的发展开拓了新的思路。

近年来，CMP技术得到了长足的发展，涌现出了不少新技术，例如：固结磨料化学机械抛光技术、电化学机械平坦化技术、无磨料化学机械抛光技术、无应力抛光技术、接触平坦化技术和等离子辅助化学蚀刻平坦化技术等。

尽管CMP技术发展的速度很快，但目前对CMP技术的了解还处于定性的阶段，需要解决的理论及技术问题还很多。如人们对诸如抛光参数（如压力、转速、温度等）对平面度的影响、抛光垫-浆料-片子之间的相互作用、浆料化学性质（如组成、pH值、颗粒度等）对各种CMP参数的影响及其机理了解仍然甚少，因而定量确定最佳CMP工艺、系统地研究CMP工艺过程参数、建立完善的CMP理论模型、满足各种超大型集成电路生产对CMP 工艺的不同要求，是研究CMP技术的重大课题。由于缺乏有效的在线终点检测技术，维持稳定的、一次通过性的生产运转过程还存在困难，因而迫切需要开发实用的在线检测手段。一般在芯片工艺的最后几个阶段也需进行CMP加工，此时每个芯片的价值已达到数千至数十万美元，因而，芯片表面残留浆料的清除是CMP后清洗的主要课题。研制合适的CMP 工艺、抛光设备及浆料以使去除速度高而稳定、片子的模内均匀性和片内均匀性都理想，且产生的表面缺陷少，是CMP技术发展的主要难题。