CMP抛光液成分从硅片初步加工用的硅抛光液,演进到逻辑与存储芯片大量使用的铜及铜阻挡层抛光液,再发展到面向10nm以下节点的钴抛光液,背后是每一次制程节点升级对材料体系提出的新要求。这条演进路径也勾勒出半导体材料行业从简单氧化剂+磨粒,走向氧化剂、络合剂、缓蚀剂、表面活性剂等多组分协同的技术拐点。
从硅到铜:制程需求驱动成分升级
CMP(化学机械抛光)是半导体制造中仅次于光刻、刻蚀和薄膜沉积的第四大制造工艺,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。按应用领域,抛光液可分为七大类,其中硅抛光液主要用于单晶硅/多晶硅抛光,服务于硅晶圆初步加工;而铜及铜阻挡层抛光液用于芯片中铜及阻挡层的去除和平坦化,生产逻辑、存储芯片时需大量使用。
从成分看,抛光液包含氧化剂、磨粒、络合剂、表面活性剂、缓蚀剂、pH调节剂、pH缓冲剂等组分。氧化剂在表面形成氧化物薄膜,磨粒通过机械作用去除多余材料,络合剂与金属离子形成配合物以减少沉淀,缓蚀剂则防止过度腐蚀。随着制程从硅片加工走向铜互连,配方从简单的氧化+研磨,升级为多组分协同的复杂体系,各组分浓度的精准配比成为核心Know-how。
钴抛光液:10nm以下节点的关键拐点
钴抛光液的出现是行业演进的重要节点。官方资料显示,钴抛光液用于10nm节点以下芯片中钴的去除和平坦化。这意味着当制程推进到10nm以下,传统铜互连面临电阻率瓶颈,钴作为替代互连金属被引入,抛光液体系也随之需要全新开发。
这一拐点的意义在于:每一次制程节点升级,都要求抛光液与晶圆表面新材料匹配,七大类抛光液——包括钨抛光液(存储芯片大量使用)、层间介质层抛光液、浅槽隔离层抛光液、3D封装硅通孔抛光液——分别对应不同工艺段和材料体系,形成了高度定制化的产品矩阵。
国产厂商的节点布局
在抛光液领域,国内代表性厂商安集科技自成立起即致力于CMP抛光液业务,定位“全产品解决方案”(total solution),七大类抛光液中产品覆盖量产、上线及研发论证多个阶段。其主力产品获得大陆晶圆厂认可,并成为台积电供应商。磨粒是抛光液最核心组分,占原材料成本50%-70%,安集科技在寻求原材料自主可控的同时,也在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,国内鼎龙股份实现了量产突破,硬垫产品覆盖28nm以上全部制程,并在存储芯片领域部分产品效率表现突出。抛光垫分为聚氨酯硬垫与无纺布软垫,软硬垫价值量比例全球约1:8,国内约1:10,软垫主要应用于先进制程。
常见问题
CMP抛光液为什么从简单成分走向复杂体系?
因为制程节点不断升级,晶圆表面材料从硅扩展到铜、钨、钴等金属,每种材料都需要匹配的氧化剂、络合剂、缓蚀剂等组分,配方从简单的氧化+研磨演进为多组分协同体系,各组分浓度配比成为决定抛光效果的关键。
钴抛光液与铜抛光液有什么本质区别?
钴抛光液针对10nm以下节点芯片中钴的去除和平坦化,而铜及铜阻挡层抛光液用于逻辑、存储芯片中铜及阻挡层的处理。两者对应不同互连金属材料,化学体系需重新设计,是制程演进带来的全新产品类别。
国产CMP材料厂商处于什么水平?
安集科技在抛光液领域实现全产品线布局并进入台积电供应链,鼎龙股份在抛光垫领域实现量产且硬垫覆盖28nm以上全部制程。两家企业在各自细分领域均处于国内领先地位,且产品已具备出海能力。