分享好友 资讯中心首页 频道列表

半导体界的“抛光王者”:二氧化硅如何提升晶圆的平整度?

2025-05-28 14:457990

  随着半导体器件集成度的不断提升,电子产品的表面平整度、厚度均匀性及工艺可靠性要求日益严格。晶圆表面极其微小的不平整都可能导致电路短路、信号延迟甚至器件失效,对产品性能和产品良率产生深远影响。在这一背景下,化学机械抛光(CMP)技术凭借其卓越的材料去除能力、高精度平坦化效果及良好的工艺兼容性,成为半导体制造领域的重要表面加工方法。

  

  CMP工艺的基本原理

  来源:刘海军.电子产品制造过程中CMP材料的应用研究

  影响CMP抛光效果的因素众多,其中,抛光液是影响抛光效果的决定因素。一般来说,抛光液由磨料、氧化剂、pH调节剂、分散剂和去离子水组成。磨料是抛光液的主要成分,磨料的种类、物理化学性质、粒径尺寸、均匀性及稳定性直接影响着晶圆的表面质量和材料去除率。

  抛光液中常用的磨料为二氧化硅、氧化铝和二氧化铈。其中,氧化铝磨料硬度很大,抛光时易对工件造成严重损伤,通常需要对表面进行改性,用于一些硬度较大材料的抛光,如碳化硅。铈元素具有多种价态且不同价态间易转化,容易将玻璃表面物质氧化,因此广泛应用于手机屏幕、光学玻璃等的抛光。纳米二氧化硅是应用最广泛的抛光磨料,硬度适中、形状规则,抛光后可获得较好的表面质量,而且二氧化硅颗粒在水中或溶剂中形成的硅溶胶分散性好、稳定性好易储存,由二氧化硅磨料组成的抛光液已广泛应用于半导体、蓝宝石、合金、陶瓷等衬底的抛光。

  

  来源:嵩山硼业

  纳米SiO2从形貌上可以分为球形和非球形,其形貌影响着抛光速率和晶圆表面粗糙度,决定着晶圆最终的抛光效果。随着硅衬底晶圆尺寸越来越大,集成电路集成度进一步增加,对晶圆的表面质量也提出了更高的要求。同时芯片的需求增加导致衬底晶圆的需求增加,而传统的单一球形纳米SiO2磨料抛光速率较慢,无法满足高效衬底晶圆加工,所以目前国际上主流趋势是对球形磨料进行组份、结构和形貌改性,以期在表面粗糙度不变的情况下,提高磨料的抛光速率。

  非球形纳米SiO2磨料

  非球形纳米SiO2磨料由于其形貌的不规则性,因此比表面积较大,抛光速率高于球形磨料,但由于非球形磨料一般表面带有棱角,在CMP中易对晶圆表面造成划伤,导致晶圆表面粗糙度升高,表面平整度变差。目前已成功制备的不规则形状磨料包括花瓣形、哑铃形、椭圆形、棒形、茧形、柱形等多种形状,实验表明其有效提高了硅尤其是硬脆材料等衬底晶圆的CMP速率。

  球形纳米SiO2磨料

  球形纳米SiO2磨料是半导体衬底晶圆精抛的主要磨料,其CMP后晶圆表面粗糙度明显优于非球形纳米SiO2磨料,而传统球形纳米SiO2磨料的CMP速率已无法满足现阶段加工需求,因此,迫切需要对球形磨料进行性能改进。目前国内外主流趋势是对磨料进行介孔或掺杂处理,以此提高晶圆的抛光速率,使其具有更高的加工效率。

  

  来源:孙运乾.不同形貌纳米二氧化硅磨料在硅晶圆CMP中的机理研究

  介孔纳米SiO2通过增大比表面积和与化学试剂的接触面积,促进化学反应,从而提高磨料的CMP性能,增大其应用价值。掺杂是将某种元素掺杂到纳米SiO2中,可以在原有的CMP性能基础上叠加掺杂元素的化学或物理性能,即复合磨料,复合磨料的出现,使得球形磨料的研磨性能获得大幅提升。

  球形纳米SiO2磨料诞生时间较早,研究众多,已经大面积成熟地应用于衬底晶圆CMP中,但球形磨料的抛光速率始终较慢,无法满足衬底晶圆的高效生产,仍需对球形磨料不断进行改性研究。

  总之,CMP作为半导体晶片表面加工的关键技术之一,抛光液中金属等杂质的含量对集成电路的成品率、电性能及可靠性有十分重要的影响。纳米二氧化硅磨料是影响CMP性能的决定性因素,二氧化硅基抛光液在半导体制造领域中发挥关键作用,其通过化学反应与机械磨损相结合的方式,能够去除晶圆表面材料,满足晶圆表面极高的平整度要求,确保后续工艺的顺利进行。

反对 0
举报 0
收藏 0
打赏 0
评论 0
两办发文明确自然资源资产管理“两步走”目标!矿权全面竞价 “矿地林”打包出让
  日前,中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于完善自然资源资产管理制度体系的意见》(以下简称《意见》),旨在落实统一履

0评论2026-07-17303

振动筛行业技术现状、瓶颈问题及绿色智能发展路径
振动筛行业技术现状、瓶颈问题及绿色智能发展路径

0评论2026-07-17539

关于举办“2026中亚国际水泥技术交流大会(CEMENTTECH UZ)”暨水泥装运技术专题论坛的通知
各有关单位:为积极响应“一带一路”倡议,推动中国水泥企业深入参与中亚地区产能合作与产业升级,中国水泥协会、中国国际贸易促

0评论2026-07-15349

2026下半年钢材价格或以区间震荡为主
2026年上半年钢材市场运行回顾1、钢价涨跌互现,原料价格分化2026年上半年,钢材及原料各品种价格涨跌互现,原料涨幅大于钢材。

0评论2026-07-15552

国务院印发“十五五”碳达峰方案 砂石行业绿色转型有了“硬标尺”
  日前,国务院印发《十五五碳达峰行动方案》(国发〔2026〕22号),明确了到2030年实现碳达峰的总体目标。方案多处提及矿山、

0评论2026-07-13385

国务院关于印发《“十五五”碳达峰行动方案》的通知
各省、自治区、直辖市人民政府,国务院各部委、各直属机构:现将《“十五五”碳达峰行动方案》印发给你们,请认真贯彻执行。国务

0评论2026-07-10561

粉体企业必看!直排筛如何让筛分效率飙升300%?答案在这!
粉体、颗粒生产线专用直排筛详解!全自动直通下料、高效除杂、不易堵网、适配流水线连续生产,看懂工业高频使用筛分设备。在粉体

0评论2026-07-09361

中钢协:6月下旬重点钢企粗钢日产202.4万吨,环比降3.6%
2026年6月下旬,重点统计钢铁企业共生产粗钢2024万吨,平均日产202.4万吨,日产环比下降3.6%;生铁1900万吨,平均日产190.0万吨

0评论2026-07-08567

2026年上半年煤炭市场分析及后市展望
  2026年上半年,国内煤炭市场整体呈现震荡上行走势,分煤种价格中枢均明显上移。在安监常态化管控下,叠加沁源矿难事故发生,

0评论2026-07-07566

砂石建材需求持续走高 前6月供港砂石船舶达947艘次验放416.01万吨
  日前,珠海西域码头在湾仔海关监管下,6艘满载共2.3万吨砂石的运输船驶向香港,将用于香港机场第三跑道系统建设。据悉,今年

0评论2026-07-06580