化學(xué)機(jī)械拋光，縮寫為CMP，目前已成為公認(rèn)的納米級全局平坦化精密超精密加工技術(shù)。是半導(dǎo)體制造過程中最重要的環(huán)節(jié)之一。

圖1  大硅片生產(chǎn)工藝

        CMP拋光漿料，又稱CMP漿料、拋光液、研磨液、研磨料，英文名CMP slurry，是CMP工藝的3大關(guān)鍵要素之一，其性能和相互匹配決定CMP能達(dá)到的表面平整水平。拋光漿料是一種消耗品，而且需要回收處理。

        按照磨粒的不同，CMP漿料主要分為二氧化硅漿料、氧化鈰漿料、氧化鋁漿料和納米金剛石漿料等幾大類。按pH值分類，拋光漿料主要分為兩類：酸性拋光漿料和堿性拋光漿料。一般酸性拋光漿料都包含氧化劑、助氧化劑、抗蝕劑（又叫成膜劑）、均蝕劑、pH調(diào)制劑和磨料。而堿性拋光漿料中一般包含絡(luò)合劑、氧化劑、分散劑、pH調(diào)制劑和磨料。

        拋光漿料一般由超細(xì)固體粒子研磨劑(如納米SiO2、Al2O3粒子等)、表面活性劑、穩(wěn)定劑、氧化劑等組成，固體粒子提供研磨作用，化學(xué)氧化劑提供腐蝕溶解作用。CMP拋光漿料通常使用球形納米級顆粒來加速切除和優(yōu)化拋光質(zhì)量，如膠體SiO2粒子，改變了拋光漿料的流變性能，可以用微極性來表征這類流體的流變性能。

        CMP過程中，拋光漿料中的化學(xué)組分與工件發(fā)生反應(yīng)，在工件加工表面形成一層很薄、結(jié)合力較弱的生成物；而拋光漿料中磨粒在壓力和摩擦作用下對工件表面進(jìn)行微量去除。

圖2  CMP工作原理

        目前全球半導(dǎo)體拋光漿料市場主要被美國、日本、韓國企業(yè)所壟斷，包括日本的Fujimi、Hinomoto Kenmazai，美國的卡博特、杜邦、Rodel、Eka，韓國的ACE等所壟斷，這些企業(yè)占據(jù)全球90%以上的高端市場份額。

        據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，2017年全球半導(dǎo)體材料銷售金額469億美元，其中CMP漿料約13.1億美元。

        中國企業(yè)在化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域起步較晚，目前與國際先進(jìn)水平仍有較大差距，國內(nèi)有少數(shù)企業(yè)采用國外公司主要是3M技術(shù)少量生產(chǎn)中低端產(chǎn)品，但缺乏獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和品牌，龐大的國內(nèi)市場完全被外資產(chǎn)品所壟斷。

        我國市場CMP漿料中低端領(lǐng)域已國產(chǎn)化，但半導(dǎo)體CMP漿料基本依賴進(jìn)口。國內(nèi)企業(yè)如天津晶嶺和安陽方圓等，其產(chǎn)品主要用于手機(jī)玻璃蓋板等領(lǐng)域的拋光，用于晶圓拋光比較勉強(qiáng)。由于芯片拋光漿料具有很高的技術(shù)要求，配方處于完全保密狀態(tài)，我國只有少數(shù)企業(yè)掌握部分低端技術(shù)，如安集、國瑞升、新安納，所以在芯片等高端領(lǐng)域CMP漿料則一直依賴進(jìn)口。

        2017年我國半導(dǎo)體用CMP漿料新增6000噸/年產(chǎn)能，分別為浙江新創(chuàng)納電子科技有限公司4000噸/年、湖北海力天恒納米科技有限公司2000噸/年，全國總產(chǎn)能達(dá)到1.15萬噸/年。

2017年我國半導(dǎo)體用CMP漿料主要生產(chǎn)企業(yè) 單位：噸/年

        湖北鼎龍控股股份有限公司正在進(jìn)行CMP漿料的前期工作，預(yù)計(jì)未來幾年將取得工業(yè)化成果。上海新安納電子科技有限公司2016年進(jìn)行了4000噸/年電子級二氧化硅拋光液生產(chǎn)項(xiàng)目的環(huán)評。CMP漿料的配方非常關(guān)鍵，我國一旦獲得突破，生產(chǎn)將快速發(fā)展，開工率也將有所提高。預(yù)計(jì)2022年我國CMP漿料產(chǎn)能將達(dá)到4萬噸/年。

        根據(jù)中國化工經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中心初步調(diào)查，2017年我國CMP漿料表觀消費(fèi)量約4.78萬噸，對外依賴率為87.4%。未來幾年年均增長率將在10%左右。

        半導(dǎo)體用CMP漿料主要有二氧化硅漿料和氧化鈰漿料。二氧化硅拋光漿料的制備方法主要是分散法與凝聚法。

        （1）分散法是通過機(jī)械攪拌將納米二氧化硅粉末（氣相法二氧化硅）直接分散到水中來制備二氧化硅漿料的。首先納米二氧化硅顆粒在液體中潤濕；團(tuán)聚體在機(jī)械攪拌力作用下被打開成獨(dú)立的原生粒子或較小的團(tuán)聚體；將原生粒子或較小的團(tuán)聚體穩(wěn)定住，阻止再發(fā)生團(tuán)聚。采用分散法制備出的Si仇漿料濃度高、顆粒均勻、分散性好、純度高、黏度較小，但受粉體本身性能的影響特別嚴(yán)重。

        （2）凝聚法是利用水溶液中化學(xué)反應(yīng)所生成的二氧化硅通過成核、生長，采用各種方法脫除其中雜質(zhì)離子得到納米二氧化硅水分散體系的一種方法，該法制得的二氧化硅漿料顆粒粒徑均一，形狀規(guī)整，純度與濃度也較高。該法的缺點(diǎn)是需要化學(xué)反應(yīng)。

        "我國半導(dǎo)體產(chǎn)值占世界總產(chǎn)值的約五分之一，而且保持快速增長的態(tài)勢。但是我國在許多關(guān)鍵材料方面近乎空白，使得我國半導(dǎo)體及其更尖端的行業(yè)存在巨大風(fēng)險(xiǎn)。目前我國半導(dǎo)體用CMP漿料對外依賴率為87.4%，也屬于高度對外依賴的產(chǎn)品。拋光漿料作為CMP工藝的技術(shù)核心和價(jià)值核心，技術(shù)壁壘高、認(rèn)證時(shí)間久，是我國必須發(fā)展自有技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品。