我国CMP抛光垫生产现状
半导体-第十四讲-CMP
抛光液流量：如果抛光液流量过低,不能及时带走抛光下来的化 学反应物, 如果抛光液流量过高，不经济
抛光时间：为防止过抛,根据去除率选择抛光时间,一般为1一3 分钟
抛光液
抛光液的成分决定着抛光液的性能,抛光液中 的化学成分主要用于加强抛光去除率及钝化保护 凹处。影响其成分的主要因素有络合剂、表面活 性剂、氧化剂、pH值、磨料
表面材料与磨料发生化学反应生成一层 相对容易去除的表面层，这一表面层通过磨 料中的研磨剂和研磨压力与抛光垫的相对运 动被机械地磨去。
在化学机械研磨的处理过程中，晶片表面薄膜与研磨剂， 研磨垫相互运动的机制里，包含了机械与化学作用。因此 在同样的机台下，配合晶片表面薄膜的材料特性。可能需 要不同的研磨剂与研磨垫的组合，才能获取工艺的最佳状 况。然而从实际生产的角度而言，主要的应用是在晶片后 段工艺介质膜的平坦化。
为了满足上述工艺的目标，第一代CMP机台功能已 具备：(1)以热交换系统，控制研磨平台的常温状 况；(2)精确控制与均匀的晶片施压；(3)精确控 制旋转速率；(4)维持机台乾净；(5)晶片装卸自 动化。最早完成的商品化设备为IPEC／Westech 372系列产品。此372系列可略分为9种功能：(1) 电脑监控及显示；(2)研磨剂帮浦与流量控制；(3) 研磨平台及排放：(4)卸晶片区：(5)上晶片区； (6)载具清洁区：(7)研磨垫整容器：(8)主臂驱动 装置；(9)研磨主旋臂。IPEC／Westech因为成功 开发出这种化学机械抛光设备，在1995年时拥有 全球75％以上市场。
对于钨CMP工艺，氧化铝(矾土)是最常用的 研磨料，由于它比其他大多数研磨料都更 接近于钨的硬度。钨通过不断的，自限制 的钨表面的氧化和随之以后的机械研磨被 去除。这种膏剂形成含水钨氧化物，被数 量级为200nm的氧化铝颗粒选择性去除。已 经表明，对于典型的CVD钨，当膜变薄时去 除速率增加。这与钨晶粒尺寸的改变相关。
CMP抛光垫表面及材料特性对抛光效果影响的研究进展
CMP抛光垫表面及材料特性对抛光效果影响的研究进展梁斌;高宝红;刘鸣瑜;霍金向;李雯浩宇;贺斌;董延伟
【期刊名称】《微纳电子技术》
【年(卷),期】2024(61)4
【摘要】对化学机械抛光(CMP)工艺中的抛光垫特性、劣化以及修整进行了简单阐述,重点先从抛光垫表面特性(抛光垫表面微形貌、微孔及抛光垫的结构、表面沟槽纹理的形状、微凸体的分布)和材质特性(硬度、弹性模量和化学性能)入手,对近年来国内外的实验研究与理论模拟分析两方面进行了概括,总结了目前各个特性参数对抛光垫性能以及对CMP过程影响的进展,此外,从机械磨损和化学腐蚀两方面对抛光垫的劣化机理进行简要分析。
随后,为进一步探究抛光垫修整对抛光性能影响,对抛光垫的两种修整方式和修整参数对修整的效果进行了归纳,介绍了几种新型自修整材料。
最后,指出了抛光垫特性和修整在发展现状中存在的问题,未来抛光垫的发展趋势将逐渐走向创新化、智能化、理论化以及应用集成化。
【总页数】11页(P38-48)
【作者】梁斌;高宝红;刘鸣瑜;霍金向;李雯浩宇;贺斌;董延伟
【作者单位】河北工业大学电子信息工程学院;天津市电子材料与器件重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TN405;TN305
【相关文献】
1.CMP过程中抛光垫表面沟槽对液膜厚度影响研究
2.抛光垫特性对硬质合金刀片CMP加工效果的影响
3.考虑抛光垫特性的CMP流动性能
4.抛光垫特性对氧化镓CMP影响的实验研究
5.抛光垫特性及其对300mm晶圆铜化学机械抛光效果的影响研究
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CMP技术的简介
CMP技术的简介作者：康洪亮王云彪黄彬张春翔吴桐来源：《中国科技博览》2013年第17期[摘要]本文通过查阅一些文献，简单的介绍了化学机械抛光技术的基本原理，对影响化学机械抛光的主要因素进行了主要分析，并对其研究发展趋势进行了一下展望，以方便读者对化学机械抛光技术进行初步了解。
[關键词]化学机械抛光抛光液抛光垫影响因素发展趋势中图分类号：TU31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-322-02一、CMP作用机理化学机械抛光（CMP）是由IBM公司于1980年代中期开发出来的[1]。
CMP 作用机理从宏观上来讲：将旋转的被抛光晶片压在与其同方向旋转的弹性抛光垫上，而抛光液在晶片与抛光布之间连续流动。
上下盘高速反向运转，被抛光晶片表面的反应产物被不断地剥离，反应产物随抛光抛光液带走，新抛光抛光液补充进来。
新裸露的晶圆平面又发生化学反应，产物再被剥离下来而循环往复[2]，在衬底、磨粒和化学反应剂的联合作用下，形成超精表面。
要获得品质好的抛光片，必须使抛光过程中的化学腐蚀作用与机械磨削作用达到一种平衡。
如果化学腐蚀作用大于机械抛光作用，则会在抛光片表面产生腐蚀坑、桔皮状波纹；反之，机械抛光作用大于化学腐蚀作用则表面产生高损伤层，表面光洁度差，易划伤，抛光过程中易碎片[3]。
二、CMP技术影响因素2.1 CMP抛光液CMP的重重中之重是选择一种高质、高效的抛光液。
抛光液的成分主要由3部分组成：磨料粒子，成膜剂和助剂，腐蚀介质。
磨料粒子通常是采用SiO2、Al2O3、TiO2等，不宜用硬度太高的材料。
抛光液的稳定性主要取决于PH、离子强度、压力、温度等。
其中PH值选择对硅晶片的CMP有很大的关系。
在抛光过程中磨料粒子的尺寸分布、磨料的性能及是否团聚也是CMP研磨浆液稳定的关键。
这就要求对磨料处理过滤并细化以减少过程中的缺陷，保持全面平坦化。
当然表面活性剂的加入也有利于浆液的稳定性。
CMP在非金属平坦化中的应用
由于IC 产业的快速发展, 加上线宽的进一步缩小, 使得晶片表面的高低起伏严重影响了制程技术的可靠性。
由于晶片表面层的高低起伏, 所以我们每沉积一层薄膜, 会使得表面的起伏变得更大, 这种情况如果一直继续下去, 到表面金属层时, 在制程上会发生两个大问题：一方面，在镀上金属膜时, 凹陷下去的部分和其它地方的厚度不均匀, 在此处，由于横截面积的减小，根据R=PL/S,会引起电阻值增高, 另外，因为电子迁移而容易造成线路断路, 会造成元件具的可靠性很差。
另一方面, 如果在这种凸凹不平的表面上涂覆光阻,在光阻显影时, 会因为光阻深度不一, 造成用来显影的光线在聚焦时,无法得到良好的解析度。
通常线宽越窄, 对解析度的要求越高, 便需要提供愈短的距离来聚焦, 这个距离称为聚焦深度。
在CMP（Chemical Mechanical Planarization 化学机械平坦化）平坦工艺出现之前, 集成电路工艺常用的平坦化方法包括:热流法(Thermal flow )、旋涂式玻璃法(s Pin o n G la ss)、回蚀法(E te hB ac k)、电子环绕式共振法(Ele e tro n C yelo -tro n R e s o n a n e e )。
通过上述工艺方法只能获得晶片的局部平坦化。
而国际上普遍认为，器件特征尺寸在0.35 5m以下时，必须进行全局平面化以保证光刻影像传递的精确度和分辨率，而CMP是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术，它能够将整个晶片上的高低起伏全部磨成理想的厚度。
这是这也是目前许多半导体厂在他们的制程中大量采用C MP抛光法的最大原因。
简单而言, CMP抛光工艺就是在一定压力及抛光浆料存在下，被抛光工件相对于抛光垫作相对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合，在被研磨的工件表面形成光洁表面。
CMP制程中最重要的两大组件便是浆料和研磨垫。
浆料通常是将一些很细的氧化物粉末(粒径人约在5 0nm ) 分散在水溶液中而制成。
化学机械抛光工艺(CMP)全解
化学机械抛光液（CMP）氧化铝抛光液具体添加剂摘要：本文首先定义并介绍CMP工艺的基本工作原理，然后，通过介绍CMP系统，从工艺设备角度定性分析了解CMP的工作过程，通过介绍分析CMP工艺参数，对CMP作定量了解。
在文献精度中，介绍了一个SiO2的CMP平均磨除速率模型，其中考虑了磨粒尺寸，浓度，分布，研磨液流速，抛光势地形，材料性能。
经过实验，得到的实验结果与模型比较吻合。
MRR 模型可用于CMP模拟，CMP过程参数最佳化以及下一代CMP设备的研发。
最后，通过对VLSI 制造技术的课程回顾，归纳了课程收获，总结了课程感悟。
关键词：CMP、研磨液、平均磨除速率、设备Abstract：This article first defined and introduces the basic working principle of the CMP process, and then, by introducing the CMP system, from the perspective of process equipment qualitative analysis to understand the working process of the CMP, and by introducing the CMP process parameters, make quantitative understanding on CMP.In literature precision, introduce a CMP model of SiO2, which takes into account the particle size, concentration, distribution of grinding fluid velocity, polishing potential terrain, material performance.After test, the experiment result compared with the model.MRR model can be used in the CMP simulation, CMP process parameter optimization as well as the next generation of CMP equipment research and development.Through the review of VLSI manufacturing technology course, finally sums up the course, summed up the course.Key word: CMP、slumry、MRRs、device1.前言随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面平整度达到纳米级。
半导体材料CMP过程中磨料的研究进展
半导体材料CMP过程中磨料的研究进展摘要：半导体材料的化学机械抛光（CMP）在半导体制造中扮演着至关重要的角色。
随着半导体技术的不断进步，对于CMP过程中磨料的研究也日益引起人们的关注。
磨料作为CMP过程中的关键因素之一，直接影响着半导体器件的制备质量和性能。
因此，深入了解磨料的特性、作用机制以及其在CMP过程中的应用具有重要意义。
关键词：半导体材料；CMP；过程；磨料引言随着半导体技术的飞速发展，化学机械抛光（CMP）技术在半导体材料加工中发挥着越来越重要的作用。
CMP过程的核心在于通过化学腐蚀与机械磨削的协同作用，实现晶圆表面的纳米级平坦化。
而磨料作为CMP过程中的关键组成部分，其性能与特性直接影响着抛光效果和材料表面的质量。
因此，对磨料的研究进展进行综述和分析，对于优化CMP工艺、提高半导体材料加工质量具有重要意义。
1.半导体材料CMP过程简介化学机械抛光（CMP）是半导体制造中一种重要的平坦化技术，在CMP过程中，基片表面会与抛光垫、磨料及化学试剂发生复杂的物理化学反应，从而实现材料的去除和表面的平整化。
CMP广泛应用于半导体工艺中的金属层、硅氧化层、沟槽等的平坦化加工。
CMP的基本原理是通过机械摩擦和化学腐蚀的协同作用来实现材料的选择性去除，具体来说，在CMP过程中，基片表面会受到抛光垫的机械作用和化学试剂的化学作用的双重影响。
其中，磨料在CMP过程中扮演着关键的角色。
磨料会在基片表面滚动摩擦，在机械力的作用下去除基片表面的材料。
同时，化学试剂会与基片表面发生反应，使材料变得更加易于被磨料去除。
通过对CMP工艺参数如磨料种类、浓度、pH值等的优化调整，可以实现对不同材料的精确控制和高质量的平坦化。
CMP技术的发展对于推动半导体器件朝着小型化、高集成度和高性能的方向发展起到了关键作用。
因此，深入研究CMP过程中磨料的特性及其对CMP性能的影响至关重要。
2.磨料在CMP过程中的作用2.1磨料的类型和特性磨料在化学机械抛光（CMP）过程中扮演着至关重要的角色，磨料的类型和特性直接影响着CMP的效率和成品质量。
CMP化学机械抛光 Slurry的蜕与进
CMP化学机械抛光Slurry的蜕与进岳飞曾说：“阵而后战，兵法之常，运用之妙，存乎一心。
”意思是说，摆好阵势以后出战，这是打仗的常规，但运用的巧妙灵活，全在于善于思考。
正是凭此理念，岳飞打破了宋朝对辽、金作战讲究布阵而非灵活变通的通病，屡建战功。
假如把化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)的全套工艺比作打仗用兵，那么CMP工艺中的耗材，特别是slurry的选择无疑是“运用之妙”的关键所在。
“越来越平”的IC制造2006年，托马斯•弗里德曼的专著《世界是平的》论述了世界的“平坦化”大趋势，迅速地把哥伦布苦心经营的理论“推到一边”。
关于IC制造来说，“平坦化”则源于上世纪80年代中期CMP技术的出现。
CMP工艺的基本原理是将待抛光的硅片在一定的下压力及slurry（由超细颗粒、化学氧化剂与液体介质构成的混合液）的存在下相关于一个抛光垫作旋转运动，借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面材料的去除，并获得光洁表面（图1）。
1988年IBM开始将CMP工艺用于4M DRAM器件的制造，之后各类逻辑电路与存储器件以不一致的进展规模走向CMP。
CMP将纳米粒子的研磨作用与氧化剂的化学作用有机地结合起来，满足了特征尺寸在0.35μm下列的全局平坦化要求。
目前，CMP技术已成为几乎公认的惟一的全局平坦化技术，其应用范围正日益扩大。
目前，CMP技术已经进展成以化学机械抛光机为主体，集在线检测、终点检测、清洗等技术于一体的CMP技术，是集成电路向微细化、多层化、薄型化、平坦化工艺进展的产物。
同时也是晶圆由200mm向300mm乃至更大直径过渡、提高生产率、降低制造成本、衬底全局平坦化所必需的工艺技术。
Slurry的进展与蜕变“CMP技术非常复杂，牵涉众多的设备、耗材、工艺等，能够说CMP本身代表了半导体产业的众多挑战。
”安集微电子的CEO王淑敏博士说，“要紧的挑战是影响CMP工艺与制程的诸多变量，而且这些变量之间的关系错综复杂。
鼎龙股份：CMP抛光垫基础研究
⿍龙股份：CMP抛光垫基础研究⿍龙股份——CMP抛光垫基础研究1.CMP抛光垫介绍1.1 CMP介绍CMP是英⽂Chemical Mechanical Polishing的简称，意为化学机械抛光，亦称作化学机械研磨，该技术是化学抛光与机械抛光的结合，在保证材料去除效率的同时，可获得较完美的表⾯。
CMP技术在1995年后得到了快速发展，⼤量应⽤于半半导体导体产业，是⽬前机械加⼯中唯⼀可以实现表⾯全局平坦化的技术。
1.2抛光垫介绍抛光垫亦可称作抛光⽪、抛光布、抛光⽚，是抛光的重要耗材之⼀（表1）。
表1抛光主要耗材编号耗材名称耗材1抛光垫耗材2抛光液耗材3⾦刚⽯盘耗材4抛光头耗材5清洗刷耗材6化学清洗剂表2抛光垫分类——标注橙⾊底纹栏表⽰⿍龙股份正研制的抛光垫类型。
分类⽅法分类名称按是否含有磨料磨料抛光垫⽆磨料抛光垫按材质的不同聚氨酯抛光垫⽆纺布抛光垫复合型抛光垫按表⾯结构不同平⾯型抛光垫⽹格型抛光垫螺旋型抛光垫资料来源：《化学机械抛光⼯艺中的抛光垫》周海王黛平王兵陈西府冶远祥表3 CMP抛光垫的功能编号功能简述功能1把抛光液有效均匀地输送到抛光垫的不同区域功能2将抛光后的反应物、碎屑等顺利排出功能3维持抛光垫表⾯的抛光液薄膜，以便化学反应充分进⾏功能4保持抛光过程的平稳、表⾯不变形，以便获得较好的晶⽚表⾯形貌资料来源：《化学机械抛光⼯艺中的抛光垫》周海王黛平王兵陈西府冶远祥2.CMP抛光垫市场情况CMP抛光垫主要应⽤于集成电路和蓝宝⽯领域，技术壁垒⾼，国内市场基本被外资垄断。
CMP耗材市场整体容量约19亿美元，其中集成电路领域约15亿美元，蓝宝⽯领域约4亿美元。
国际主流⼚家有陶⽒、卡博特、⽇本东丽、台湾三⽅化学、3M等，其中陶⽒在抛光垫市场占有率⾼达90%。
国内⼚商有郑州龙达、安阳⽅圆和安徽的⼀家⼚商，但仅能⽤于⾦属、玻璃盖板等领域（安信王席鑫）。
⿍龙股份的CMP抛光垫⼀旦实现量产，进⼝替代空间较⼤。
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CMP抛光垫
化学机械抛光（CMP），目前已成为公认的纳米级全局平坦化精密超
精密加工技术。CMP技术将磨粒的机械研磨作用与氧化剂的化学作
用有机地结合起来，可实现超精密无损伤表面加工，满足集成电路特
征尺寸在μm以下的全局平坦化要求。
晶圆制造过程1 图
技术所采用的设备及消耗品包括：抛光机、抛光浆料、抛CMP清洗
设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理CMP光垫、后大关
键工艺的3和检测设备等。抛光机、抛光浆料和抛光垫是CMP能达
到的表面平整水平。其中抛CMP要素，其性能和相互匹配决定75
至通常一个抛光垫使用寿命约仅为光浆料和抛光垫为消耗品。45 小
时。．
CMP工作系统图2
，主要用研磨垫，英文名为CMP PadCMP抛光垫，又称CMP抛光
垫由含有填充材料的聚氨酯材CMP于半导体和蓝宝石等方面。抛光
垫的表面微凸起直接与晶片接触用来控制毛垫的硬度。料组成，将抛
光液均匀以机械方式去除抛光层在离心力的作用下，产生摩擦，并将
反应产物带出以化学方式去除抛光层，地抛洒到抛光垫的表面，是关
系到平坦化效抛光垫的性质直接影响晶片的表面质量，抛光垫。 果
的直接因素之一。
是提供超大规模集成电路制造过程中表面平坦化的一种新CMP提出，
最初是用于获取高年首次由美国的Monsanto技术，于196564M
DRAM成功应用到将CMP年质量的玻璃表面。自从1991IBM技术
在世界各地迅速发展起来。区别于传统的的生产中以后，CMP通过
化学的和机械的综合作用，CMP纯机械或纯化学的抛光方法，从而
避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造它利
用了磨损成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。中的
“软磨硬”原理，即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面被
抛光工件相对于抛光垫作相在一定压力及抛光浆料存在下，抛光。．
对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机
结合，在被研磨的工件表面形成光洁表面。CMP技术最广泛的应用
是在集成电路（IC）和超大规模集成电路中（ULSI）对基体材料硅
晶片的抛光。而国际上普遍认为，器件特征尺寸在μm以下时，必须
进行全局平面化以保证光刻影像传递的精确度和分辨率，而CMP是
目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术，其应用范围正日益扩大。
目前全球生产半导体抛光垫的企业主要是陶氏（罗门哈斯），其垄断
了集成电路芯片所需抛光垫约79%的市场份额。国外其他生产商有
美国卡博特、日本东丽、台湾智胜科技有限公司、日本Fujibo
Holdings, Inc、韩国KPX Chemical Co., Ltd.、日本Nitta-Haas
Incorporated等。
国内企业在化学机械抛光领域起步较晚，目前与国际先进水平仍有较
大差距，国内有少数企业采用国外公司主要是3M技术少量生产中低
端产品，但缺乏独立自主知识产权和品牌，庞大的国内市场完全被外
资产品所垄断。
美国、日本、德国和韩国的抛光垫相关专利申请量在2003~2006年
达到高峰，我国相关专利申请项自2000年起步，2003年开始呈现
稳步增长态势，表明我国在化学机械抛光技术领域的研发力度逐渐增
强，在半导体特征尺寸逐渐向小型化方向发展的态势下，在加工过程
中需要对化学机械平坦化过程进行监控，我国中芯国际率先取得突破，
提出了涉及化学机械抛光终点侦测装置和方法。2016年8月湖北鼎
龙控股股份有限公司采用自主技术建设的一期10万片/年项目投产，
2017年底进入芯片客户系统，标志着我国自主技术CMP垫真 家生
产商。10正进入芯片市场。到目前为止，我国已经有近．
我国半导体用CMP垫片主要生产企业情况 单位：万片/年
年项目；万片/此外，湖北鼎龙控股股份有限公司计划建设二期40宁
波江丰电子材料股份有限公司和美国嘉柏微电子材月，2016年11）
CMP料股份有限公司正式宣布就半导体集成电路化学机械研磨用
（月投产的苏州观胜半导体科技有限122017年抛光垫项目进行合作；
公司也有进一步扩能的计划。
预计未来几年我国半导体产业将飞速发以中美贸易争端为契机， 展，
处于短板的相关材料产业也将迎来国产化机遇。
年之前全2020SEMI根据国际半导体协会（）发布的报告预计，座。
晶圆建厂浪潮2662座晶圆厂，而中国大陆地区将占球将新建抛光垫
需求激增。合格的国产材料将具有明显的价格和将拉动CMP由中国
大陆地区引领的建厂热潮有望驱动国内半导体材服务等优势，抛光垫
作为半导体核心材料之一，国产化进CMP料厂商加速发展， 度有
望提速。
垫基材为聚氨酯，生产工艺主要为聚醚多元醇（或聚目前CMP酯型
多元醇、聚丙烯醚二醇等）真空脱水后，加入异氰酸酯，制备预．
聚体。部分多元醇加入扩链剂、发泡剂、各种助剂、抛光粉，混合搅
拌发泡后加入预聚体重，注入模具，然后冷却、切片。
我国半导体产值约占世界总产值的五分之一，而且保持继续增长的态
势。但是我国在许多关键材料方面近乎空白，存在巨大风险。我国
CMP抛光垫对外依赖率为%，也属于高风险产品。抛光垫作为抛光
工艺的技术核心和价值核心，技术壁垒高、认证时间久，更是我国 必
须发展自有生产技术的产品，其战略意义不可估量。．