中国粉体网讯 随着集成电路技术的发展，由于特征尺寸的减小和高密度器件的实现，集成电路材料层之间的平坦度变得越来越关键，对半导体制程中的超精密表面处理效率和表面质量的要求也越来越高。
化学机械抛光(CMP)是目前实现全局平坦化的唯一方法，是制造半导体芯片多层互连的重要技术。CMP通过结合化学作用和机械作用，实现材料去除。在CMP过程中，抛光液和材料表面发生化学反应并在表面形成软质层，抛光液中的磨料在材料表面反复研磨、滚动或滑动，将软质层去除。化学反应与机械作用相结合,可以获得高表面质量，同时保持高材料去除速率。
据了解，CMP抛光材料在半导体材料中价值量占比达7%，抛光液在CMP抛光材料成本中占比达49%，而磨料约占抛光液成本的50%-70%。
从成本占比就可以看出磨料在半导体制程中有多重要，当前，最常用的磨料主要有SiO2、CeO2、Al2O3三种。
SiO2
纳米SiO2由于其优异的稳定性、耐温性及悬浮性，广泛应用于化学机械抛光领域，从形貌上可以分为球形与非球形。
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。
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。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。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。
整体来说，SiO2具有良好的稳定性和分散性，不会引入金属阳离子污染，其硬度与单质硅接近，对基底材料造成的刮伤、划痕较少，适合用于软金属、硅等材料的抛光，是目前应用最广泛的抛光液磨料。
Al2O3
氧化铝抛光液可用于集成电路生产过程中层间钨、铝、铜等低膨胀系数的金属作为半导体布线材料及薄膜材料的平坦化加工以及高级光学玻璃、石英晶体及各种宝石的抛光。氧化铝抛光液的应用范围日益广泛，与氧化硅共同成为抛光液磨料的两大支柱。
CeO2
氧化铈可以被用于阴极射线管玻璃的抛光、光学玻璃抛光、平板玻璃抛光、电子和计算机原件的化学机械抛光以及光掩模抛光。纳米氧化铈因其具有强氧化作用，作为层间SiO2介电层抛光的研磨离子，具有平整质量高抛光速率快、选择性好的优点，成为抛光磨料研究领域中新一代宠儿。
在传统的CMP工艺中，常用的磨粒如二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化铈（CeO2）等，在材料去除和表面平坦化方面发挥了重要作用。然而，随着先进封装技术对芯片表面质量要求的不断提高，传统磨粒逐渐暴露出一些局限性。一方面，单一成分的传统磨粒在面对复杂的芯片材料体系（如多种金属、合金、介质材料的混合）时，难以实现对不同材料的高效、选择性去除，容易导致材料过度腐蚀或去除不均匀，影响芯片的性能；另一方面，传统磨粒的粒径分布、形状控制相对有限，在抛光过程中可能会在芯片表面产生划痕、凹坑等缺陷，降低芯片的良品率。为克服这些局限性，复合磨粒应运而生。
复合磨粒通过将不同成分、不同功能的材料进行复合，使其兼具多种特性，能够更好地适应先进封装CMP工艺中对材料去除效率、选择性和表面质量的严格要求。因此，研究复合磨粒在先进封装CMP中的应用具有重要的现实意义和广阔的应用前景。
2025年3月27日，由中国粉体网主办的“2025第三届集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会”将在江苏东海召开，届时行业资深专家王宁，将做题为《复合磨粒在先进封装CMP中的应用研究》的报告。
参考来源：
王东哲等，化学机械抛光液的研究现状
何潮，牛新环等.半导体材料CMP过程中磨料的研究进展
赵晓媛.氧化铝系化学机械抛光磨料的制备及颗粒分级
戴蒙姣.氧化铈磨粒的可控制备及其抛光性能研究
程佳宝等，CMP抛光液中SiO2磨料分散稳定性的研究进展
(中国粉体网编辑整理/九思)
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