在化学机械抛光(CMP)中,抛光液里的氧化剂负责与晶圆表面材料发生氧化反应、生成一层便于后续机械去除的氧化物薄膜,络合剂则与铜离子、亚铜离子形成配合物,减少铜离子沉淀并促进化学反应进行;两者一“氧化成膜”、一“络合促反应”,共同支撑抛光效率。 从产业链看,配方环节居于中游:上游是高纯化学品与磨粒、添加剂等原料,下游直接对接晶圆厂的 CMP 平坦化工序。抛光液是 CMP 两大核心材料之一,在 CMP 抛光材料成本中占比约 49%。

氧化剂与络合剂如何分工

CMP 的原理可分为化学与机械两部分,化学部分主要由抛光液承担。按抛光液成分的功能划分:

组分在抛光过程中的作用
氧化剂与抛光表面发生氧化反应,在表面形成一层氧化物薄膜,方便后续的机械作用加工去除
络合剂在抛光过程中与铜离子、亚铜离子形成配合物,减少铜离子沉淀的产生,也可促进抛光中化学反应的进行
磨粒用机械方法去除抛光工件表面多余材料
表面活性剂降低抛光液表面张力,使抛光液与铜表面接触角更小、更易润湿,方便化学反应进行

可以看到,氧化剂先“改造”表面,把材料转化为易去除的钝化层;络合剂则稳定反应体系中的金属离子、推动化学反应用续进行。机械部分再由抛光垫与晶圆相对运动,在磨粒和抛光垫作用下摩擦去除钝化层,达到抛光目的且不损伤晶圆表面。抛光液本身成分复杂,除上述组分外还包括缓蚀剂、pH 调节剂与 pH 缓冲剂等,需按一定比例配制。

从上游原料到晶圆厂:产业链怎样串联

抛光液按晶圆表面材料分类,包括硅抛光液、铜及铜阻挡层抛光液、钨抛光液、钴抛光液、层间介质层抛光液、浅槽隔离层抛光液、3D 封装硅通孔抛光液等七大类,其中铜及铜阻挡层抛光液在逻辑、存储芯片生产中大量使用。

产业链上游是高纯化学品与关键原料。磨粒是抛光液最核心的组分,约占原材料成本的 50%—70%,目前最常用的是二氧化硅;生产壁垒在于让所有磨粒的硬度和形状保持一致,以保障产品一致性与可靠性。磨粒核心技术仍由海外巨头掌握,国内厂商的磨粒主要采购自日本厂商,同时也在推进高端磨粒、电子级添加剂等关键原材料的自产化。

中游是配方与制备环节。抛光液定制化程度高,不同客户需求不同,生产企业须持续找到合适配方与稳定工艺,考验的是长期积累的经验。这一环节连接上游原料与下游晶圆制造,是把原料能力转化为可交付抛光液产品的关键。

下游对接晶圆制造的 CMP 工序。CMP 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,在制造环节中的重要程度可能仅次于光刻、刻蚀和薄膜沉积。国内晶圆厂对抛光液、抛光垫的国产化诉求较高,具备全产品线能力的厂商更容易进入主流晶圆厂供应链。

常见问题

氧化剂和络合剂是同一种作用吗?

不是。氧化剂作用于晶圆表面材料,通过氧化反应生成易去除的氧化物薄膜;络合剂作用于反应体系中的铜离子、亚铜离子,形成配合物以减少沉淀并促进化学反应。两者分工不同,但同属抛光液的化学作用环节。

抛光液在 CMP 材料中占多大比重?

在 CMP 抛光材料成本构成中,抛光液占比约 49%,抛光垫约 33%,是两大核心材料。就抛光液自身而言,磨粒约占其原材料成本的 50%—70%。

为什么说配方环节是产业链的关键连接点?

上游的高纯化学品与磨粒需经配方与制备工艺转化为性能稳定的抛光液,才能进入晶圆厂 CMP 工序。由于抛光液定制化程度高、配比依赖长期经验积累,配方环节既是原料价值的放大器,也是国产抛光液进入主流晶圆厂供应链的主要门槛之一。