研磨液

CMP全稱為Chemical-Mechanical Planarization，直譯過來就是“化學機械平坦化”的意思。

研磨液，英文名稱為Slurry，也可以譯為“懸浮液”，指固體顆粒攪拌到水中，不被溶解且分散在液體其中，一旦混合物停止震蕩時就會沉澱下來，是一種不均勻的、異質的混合物。

懸浮液中的顆粒最終能否完全沉降到底部，涉及到以下幾個因素：

•液體表面的張力

•液體分子熱運動-基本上來說都是水

•固體顆粒的大小

當固體顆粒的體積以及密度達到足夠小的時候，液體表面就會具有較高的張力，因此形成了一種相對穩定的懸浮液。

舉例來說，我們可以嘗試用身體磨砂膏來理解研磨液，因為磨砂膏就是一種典型的研磨液濃縮物，其中含有的固體顆粒在皮膚上進行研磨摩擦，能夠幫助将皮膚老舊角質去除，從而達到将皮膚磨光滑的效果。

磨砂膏質地展示

CMP研磨液（SLURRY）是工件表面平坦化工藝過程中所使用的一種混合物，由研磨材料及化學添加劑組成。

研磨液主要成分包括研磨劑、表面活性劑、PH緩沖膠、氧化劑和防腐劑等，其中研磨劑又由二氧化矽（SIO2）、三氧化二鋁（AL2O3）、氧化铈（CEO2）、雙氧水（H2O2）、氫氧化鉀（KOH）、二氧化錳（MNO2）、硝酸鐵（FE(NO3)3）、碘酸鉀（KIO3）、氨水（NH4OH）等等成分組成。

早在20世紀60年代，美國一家著名公司就首次提出了利用二氧化矽溶膠和凝膠在矽晶圓片上進行抛光研磨；自此，在半導體制作工藝過程中，半導體專用的抛光液成為了不可分割的一部分。

時至今日，目前研磨液的全球主流廠牌主要是Versum Materials, Saint-Gobain, Eminess, Fujimi, Dow Chemicals, Cabot Microelectronic, FujiFilm, BASF, 3M, Evonik, and Hitachi Chemical 以及其他。

芯片的制造過程是一層又一層的，當中必須要先确保好本層的平坦度，才能夠進行下一層的制作。而晶片（WAFER）表面是不平整的，并且制作過程中煙塵較大，無法保證其平整度合格；因此就需要化學機械研磨平坦化的協助，即将研磨液與研磨刷進行搭配使用，通過用力摩擦和拼命旋轉的過程，将不平整的部分給磨平。而磨掉的部分包括有銅膜、氧化矽膜、鎢膜、矽膜、LOW-K膜等等。

晶片表面的不平坦實拍圖

研磨液的挑選要注意以下幾個要素：懸浮液雜質純度、二氧化矽顆粒尺寸、二氧化矽顆粒硬度及均勻度、

表面活性劑的選取及比例、PH值調節、氧化劑選取及比例等等。

如：二氧化矽（SIO2）低于3%

氫氧化铵（NH4OH）低于0.2%

有機化合物（ORGANIC COMPOUND）低于0.2%

水（H2O）96.6%以上

1.研磨液要能夠在研磨墊上有較好的保持性，才能夠保持高效率的抛光效果

2.研磨墊的表面有适當的硬度，才能保證磨平效果

3.抛光墊有較好的柔軟性，可以随着芯片的彎曲而變形，以保證獲得更好的均勻度

4.研磨後能夠将所産生的“副産品”排出，研磨再現性更佳

5.減少研磨墊材料的雜質，以獲得良好的清潔效果

研磨去除率由相對速度、壓力以及比例常數所決定；

相對速度由CMP設備的旋轉速度所決定；

壓力為CMP設備上端給予的壓力；

比例常數基于研磨液及研磨墊。

因此，可以得出

研磨去除率 = 相對速度*壓力*比例常數

▲ CMP設備抛光示意圖

▲ CMP抛光工藝原理示意圖

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