半导体材料中抛光液和抛光垫的技术壁垒到底有多高,难点在哪里?

CMP(化学机械抛光)材料的技术壁垒确实很高,核心难点分别在于:抛光液要攻克“配方与磨粒”的双重考验,而抛光垫则卡在“微孔结构”的规整度上。 这两大材料在CMP工艺中扮演化学与机械的双重角色,价值量占比分别达到49%和33%,是仅次于光刻、刻蚀和薄膜沉积的第四大半导体制造工艺中的关键耗材。目前该领域由美企主导,国产厂商如安集科技(抛光液)和鼎龙股份(抛光垫)正在逐步实现突破。

抛光液:配方与磨粒的双重考验

抛光液的生产难点主要有两方面。其一,与光刻胶类似,需要让氧化剂、磨粒、络合剂、表面活性剂等复杂组分都达到合适的浓度配比。由于抛光液定制化程度极高,不同客户需求各异,企业必须不断寻找合适配方并稳定工艺,这考验的是长期的 Know-how 经验积累。

其二,控制磨粒的硬度和形状是抛光液最核心的壁垒。磨粒是抛光液最核心的组分,目前最常用的是二氧化硅,生产难点在于要让所有磨粒的硬度和形状都保持高度一致,才能保障最终产品的一致性和可靠性。目前磨粒核心技术仍被海外巨头垄断,国内虽有新安纳等企业具备生产能力,但产品线相对较少。

抛光垫:微孔结构决定成败

抛光垫是一种具有一定弹性、疏松多孔的材料,在CMP过程中直接与晶圆接触,通过摩擦去除抛光层。主要分为聚氨酯硬垫和无纺布软垫两大类,其中硬垫是应用最广泛的产品。

聚氨酯的孔洞结构规整程度,是制约国内抛光垫发展的核心难题。 抛光垫的显微结构呈现微孔形态,这些孔洞的规整程度直接决定抛光效率,是衡量质量的核心指标之一。然而这部分生产专利长期掌握在海外巨头手中,他们通过合作避免了同质竞争,形成了较强的利益关系网。因此,突破技术壁垒、生产出具备微细而均匀孔洞结构的抛光垫,就是国产化的关键。

国产突破进展

在抛光液领域,安集科技自成立起就致力于CMP抛光液业务,定位全产品解决方案,七大类抛光液产品均有布局,主力产品不仅获得大陆晶圆厂高度认可,还成功进入台积电供应链。在原料端,公司也在寻求自主可控,建设材料基地用于研发生产高端磨粒及电子级添加剂。

在抛光垫领域,鼎龙股份凭借在高分子合成技术的积累,实现了抛光垫产品的量产,填补了国内在抛光垫原材料和制作方面的专利空白,并已实现核心原材料的自产化。其硬垫产品覆盖了28nm以上的全部制程,在部分晶圆厂内达到一供地位。

常见问题

CMP工艺在半导体制造中处于什么地位?

CMP(化学机械抛光)是第四大半导体制造工艺,作用是对晶圆进行全局平坦化处理,使表面平整度达到纳米级,方便添加下一层电路特征。其原理分为化学和机械两部分:抛光液中的氧化剂和络合剂与晶圆表面材料反应生成钝化层,再由抛光垫与磨粒通过机械摩擦去除。

抛光液和抛光垫哪个技术难度更高?

两者难点不同。抛光液的难点在于复杂的组分配比和磨粒的硬度形状控制,考验的是配方经验和材料科学;抛光垫的难点则在于聚氨酯微孔结构的规整程度,这受制于海外巨头的专利壁垒。从价值量看,抛光液占比49%,抛光垫占比33%,都是CMP材料中的核心。

国产CMP材料的市场认可度如何?

国产厂商已取得实质性突破。安集科技的抛光液产品获得了大陆晶圆厂的高度认可,并成为台积电的供应商;鼎龙股份的抛光垫已进入长江存储、中芯国际等国内主流晶圆厂,在部分晶圆厂内达到一供地位,且部分产品在存储芯片领域的效率表现具备竞争力。