化學機械拋光技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

燕 禾,吳春蕾,唐旭福,段先健,王躍林

1.廣州匯富研究院有限公司，廣東 廣州，510663；2.湖北匯富納米材料股份有限公司，湖北 宜昌，443007

化學機械拋光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）技術被譽為是當今時代能實現(xiàn)集成電路（IC）制造中晶圓表面全局平坦化的目前唯一技術，化學機械拋光的效果直接影響到芯片最終的質量和成品率．化學機械拋光的概念由Walsh［1］等人于1965年提出，最早是用于制造高質量的玻璃表面，如軍用望遠鏡等．1986年，IBM公司首次將該技術應用于金屬機械拋光工藝中．隨著IC制造技術節(jié)點的不斷推進及低介電常數(shù)（low-k）材料［2-3］的引入，傳統(tǒng)的CMP工藝由于拋光壓力較高會破壞low-k介質材料，因此CMP工藝開始朝著低壓力、低磨料［4-5］的方向發(fā)展，并成功地應用到IC制造工藝中，逐漸成長為IC制造過程中必不可少的關鍵技術，特別是當IC制造技術節(jié)點發(fā)展到14 nm及以下時CMP已成為實現(xiàn)最新的鰭式場效應晶體管（Fin FET）和硅通孔（TSV）的最核心的技術．在技術進步的同時，CMP全球市場規(guī)模也得到了快速提升，2018年全球CMP市場約42.91億美元，預計到2026年全球市場規(guī)?？梢赃_到71.6億美元．介紹了CMP系統(tǒng)的組成和工作原理，對拋光設備、拋光液、拋光墊的構成及主要作用和研究現(xiàn)狀進行了綜述，對CMP技術未來的重點發(fā)展方向進行了展望．

1 CMP系統(tǒng)組成和工作原理

與傳統(tǒng)的純機械拋光和純化學拋光的工藝相比，CMP有效的結合了兩者的優(yōu)點，避免了由單純機械拋光造成的表面損傷及單純化學拋光造成的拋光速率低、表面平整度低和一致性差的缺點．CMP系統(tǒng)主要由拋光設備、拋光液和拋光墊三個部分組成，其工作原理如圖1所示．

圖1 CMP工作原理示意圖Fig.1 The operating principle diagram of CMP

在CMP工作過程中，待拋光材料被固定在拋光頭上，通過對拋光頭施加一定壓力使其與拋光墊充分接觸，拋光頭和拋光盤在電機帶動下以一定速度和方向旋轉，拋光液通過拋光機的加液系統(tǒng)以一定流量滴加到拋光墊，在離心力的作用下均勻分布到整個拋光墊上，CMP用的拋光液中的化學試劑將使被拋光基底材料氧化，生成一層較軟的氧化膜層，然后再通過機械摩擦作用去除氧化膜層，這樣通過反復的氧化成膜-機械去除過程，從而達到了有效拋光的目的，其反應原理示意圖如圖2所示．在完成拋光過程后，由于拋光液等的殘留，往往還需要對被拋光工件進行后清洗處理，最終制備出具有超精密表面的材料．

圖2 CMP反應原理示意圖Fig.2 The reaction principle diagram of CMP

2 拋光設備

CMP設備是一種集機械學、流體力學、材料化學、精細化工、控制軟件等多領域先進技術于一體的設備，是IC制造設備中較為復雜和研制難度較大的設備之一［6］．高性能的CMP設備是實現(xiàn)高效、高精度和高表面質量的關鍵，也是研究CMP技術所必須的硬件基礎［7］．

現(xiàn)有的CMP設備主要有旋轉型、軌道式和直線式三種基本類型．旋轉型拋光機具有很高的拋光線速度，可單個或者多個拋光頭同時進行加工，生產效率較高，但缺點是被拋光工件上任意點的運動軌跡相對簡單，拋光過程中存在不同點間拋光線速度相差較大的情況．軌道式拋光機是在旋轉式的基礎上增加了拋光頭的軌道運動，拋光頭可以沿直線或者弧線擺動，從而解決了旋轉式運動軌跡簡單的缺點，更容易實現(xiàn)工件的表面平坦化．直線式拋光機采用傳送帶式設計替代傳統(tǒng)的拋光盤，通過電機帶動拋光墊，實現(xiàn)了拋光頭相對拋光墊的直線運動，該設計可以消除拋光平面內不同點線速度差異引起的均勻性問題，能精確控制拋光加載壓力及有效的減少拋光液的使用量．圖3為不同類型拋光機的示意圖．

圖3 不同類型的CMP設備（a）旋轉式；（b）軌道式；（c）直線式Fig.3 Different kinds of CMP equipment（a）rotation type；（b）rail type；（c）linear type

在CMP設備的研發(fā)方面，國外相關機構處于大幅領先的地位，我國90%的高端CMP設備都依賴進口，全球CMP設備的供應商主要有Applied Materials（美國應用材料）、Ebara Technologies（日本荏原）和Accretech（東京精密）．國內CMP設備的主要研發(fā)機構有天津華海清科和中國電子科技集團公司第四十五研究所等．國產CMP設備目前主要為中低端（用于直徑200 mm及以下晶圓）產品，這類設備的技術已比較成熟，正在逐步完成進口產品的替代化．國產的高端（用于直徑300 mm晶圓）的拋光CMP設備仍處于產品驗證階段，其市場占有率較低．華海清科和中電45所自主研發(fā)的300 mm晶圓拋光CMP設備已通過中芯國際、上海華力等企業(yè)的產品驗證并相繼投入使用，填補了國內高端市場的空白，為CMP設備國產化替代做出了重要貢獻．

目前國際龍頭企業(yè)已經(jīng)基本停止了中低端CMP設備的研發(fā)生產，現(xiàn)主要致力于半導體芯片新制程的研究工作，5 nm制程的半導體芯片生產線已經(jīng)成功建立．隨著300 mm晶圓的CMP設備技術的成熟化，450 mm設備研發(fā)早已提上日程，然而建立450 mm設備生產線需要巨額的資金投入，新一代CMP設備的實際應用被推遲，這為縮小國內CMP設備技術與國外先進技術的差距提供了緩沖時間．

3 拋光液

拋光液是影響化學機械拋光質量和拋光效率的關鍵因素，一般通過測定材料去除率（MRR）和表面粗糙度（Ra）的方法來評價拋光液性能優(yōu)良程度．拋光液的組分一般包括磨粒、氧化劑和其它添加劑．添加劑一般包括絡合劑、螯合劑、緩蝕劑、表面活性劑，以及p H調節(jié)劑等．通常根據(jù)被拋光材料的物理化學性質及對拋光性能的要求，來選擇所需的成分配置拋光液．

3.1 磨粒

磨粒是拋光液最主要的組成部分，磨粒在拋光過程中通過微切削、微擦劃、滾壓等方式作用于被加工材料表面，達到機械去除材料的作用，其作用原理如圖4所示［8］．

圖4 磨料機械去除原理示意圖Fig.4 The mechanical removal principle diagram of abra?sive particles

3.1.1 單一磨料拋光液

化學機械拋光液在研究初期大多是使用單一磨粒，如三氧化二鋁（Al2O3）、二氧化硅（SiO2）、二氧化鈰（CeO2）、二氧化鋯（ZrO2）和金剛石微粒等，其中研究及應用最多的是Al2O3，SiO2和CeO2這三種磨粒，三種粒子的透射電鏡圖如圖5所示［8］．

圖5 三種常用磨粒透射電鏡圖（a）SiO 2磨粒；（b）Al2O 3磨粒；（c）CeO2磨粒Fig.5 T he TEM pictures of three types of abrasive particles（a）SiO2；（b）Al2O3；（c）CeO2

Al2O3的硬度高，多用于光學玻璃、晶體和合金材料的拋光，但含Al2O3的拋光液具有選擇性低、分散穩(wěn)定性不好、易團聚的問題，容易在拋光表面造成嚴重劃傷，一般需要配合各種添加劑使用才能獲得良好的拋光表面．王新澤等人［9］研究出一種含質量百分數(shù)為3%、平均粒徑30 nm的Al2O3磨料，以1%的H2O2及蘋果酸作為添加劑的拋光液，該拋光液中蘋果酸同時起到了絡合劑和pH調節(jié)劑的作用，在經(jīng)過去質子化處理后還能增強拋光液的穩(wěn)定性，該拋光液用于鎳金屬的拋光，拋光后的鎳金屬表面粗糙度能達到0.869 nm．宋曉嵐等人［10］將異丙醇胺作為分散劑，加入到含6%和粒徑為20 nm的γ-Al2O3漿料中發(fā)現(xiàn)，當異丙醇胺含量為Al2O3粉體質量的1%，且pH值在4左右時，Zeta電位約為40 mV，可以獲得長時間穩(wěn)定的漿料．劉林林［11］將硝酸鋁加入到Al2O3拋光液中發(fā)現(xiàn)，硝酸鋁p H調節(jié)的效果遠優(yōu)于硝酸，質量添加量0.1%~1.0%的條件下即可維持p H偏移量在10%以內，且反應后一段時間內pH能恢復至原本狀態(tài)．

SiO2具有良好的穩(wěn)定性和分散性，不會引入金屬陽離子污染，其硬度與單質硅接近，對基底材料造成的刮傷、劃痕較少，適合用于軟金屬、硅等材料的拋光，是應用最廣泛的拋光液，但其材料去除率相對較低．張楷亮［12］研究了硅溶膠粒徑大小對硅片拋光效果的影響發(fā)現(xiàn)：隨著粒徑增大MRR先增大后減小，而Ra先減小后增大．分析認為：當粒徑較?。?0 nm）時，化學腐蝕起主導作用；隨著粒徑的增大機械作用被加強，達到一定粒徑（75 nm）時化學作用與機械作用達到平衡，此時的MRR及Ra均達到最優(yōu)值；隨著粒徑繼續(xù)增大至100 nm時，機械作用超過化學作用，導致材料表面出現(xiàn)局部劃傷，降低了拋光質量．蔡榮［13］通過研究發(fā)現(xiàn)，粒徑為40 nm左右且具有異形結構的SiO2磨粒比粒徑60 nm左右的圓形SiO2磨粒表現(xiàn)出更高的MRR和更低的Ra．分析認為，異形結構相對球形結構在同樣的加載壓力下與基底的接觸應力更大，異形結構與基底材料表面為雙點接觸，相比球形結構的單點接觸起到了提高材料去除率的作用，同時較小的粒徑仍能保持拋光后材料表面粗糙度較小，磨粒結構示意圖如圖6所示．于志堅［14］研發(fā)出一種組成非常簡單的酸性銅拋光液配方，其只含有質量份數(shù)為6%的20 nm硅溶膠、6%的過氧化氫、0.8%的殼寡糖和去離子水，其中殼寡糖同時起到了絡合劑、緩蝕劑、表面活性劑和p H調節(jié)劑的作用，在最優(yōu)工藝條件下最終得到Ra=0.444 nm的銅表面．

圖6 硅溶膠磨粒（a）40 nm，異形結構；（b）60 nm，球形結構；（c）90 nm，球形結構Fig.6 Silica sol abrasive particles（a）40 nm，special-shaped structure；（b）60 nm，spherical structure；（c）90 nm，spherical structure

CeO2具有較為適中的硬度，由于Ce元素具有多種價態(tài)且不同價態(tài)間易轉化，容易將玻璃表面物質氧化或絡合，因此CeO2被廣泛應用于手機屏幕、光學玻璃、液晶顯示器和硬盤等產品的化學機械拋光中．但是Ce為稀土元素，且現(xiàn)有加工工藝較為復雜，生產出的CeO2磨粒的粒徑分布不均勻，而導致CeO2拋光液的使用成本較高，限制了CeO2拋光液的發(fā)展應用．王婕［15］采用液相法制備納米CeO2粉體，在不同溫度（400~800℃）下熱處理2 h后將其分散于去離子水中，獲得平均粒徑在300~600 nm的拋光液．同時發(fā)現(xiàn)：熱處理的溫度越低，獲得的拋光液中磨粒的平均粒徑越小，磨粒的分散性相對越好；熱處理溫度為400℃時所得拋光液平均粒徑為349 nm，粒徑分布范圍較寬，Zeta電位為?59.7 mV，拋光液較為穩(wěn)定．夏超等人［16］發(fā)明了一種僅含2.5%的中位粒徑為200~300 nm的CeO2和3%的聚丙烯酸鈉及余量為去離子水的拋光液，將其用于硅片的化學機械拋光，在pH=10的條件下MRR能達到1100 nm/min，拋光后的硅片Ra在1 nm以下，該拋光液利用CeO2中的四價Ce本身具有氧化性的特點，省去額外氧化劑的添加使用，可以有效的降低拋光液的成本，避免氧化劑帶來的環(huán)境污染等問題．謝圣中等人［17］研究了p H值對CeO2分散液穩(wěn)定性的影響并發(fā)現(xiàn)：在pH小于4或pH大于9時，分散液的Zeta電位絕對值均高于30 mV；微量的焦磷酸鈉（SPP）及檸檬酸（LA）作為添加劑，可以顯著提高分散液的Zeta電位絕對值（大于50 mV），但LA由于自身分解的原因提升效果不穩(wěn)定．圖7為不同添加劑濃度對CeO2分散液Zeta電位及平均粒徑的影響圖．

圖7 不同類型添加劑濃度對CeO2分散液Zeta電位及平均粒徑的影響Fig.7 Effects of different additive concentrations on Zeta potential and average particle size of CeO 2 dispersion

3.1.2 混合磨料拋光液

隨著研究的深入，單一磨粒已無法滿足使用需求，研究人員開始嘗試將不同粒徑、不同形貌的一種或多種粒子組合到一起使用，獲得了大量的研究成果．

汪亞軍等人［18］通過將硅酸鈉緩慢滴加到氧化鋁?檸檬酸懸浮液中的方法制備出Al2O3/SiO2混合磨粒，研究了檸檬酸?硅酸鈉含量等因素對SiO2包覆Al2O3效果的影響．然后在Al2O3/SiO2混合磨粒的基礎上制備出Al2O3/SiO2/介孔SiO2混合磨粒，用于K 9光學玻璃的化學機械拋光時發(fā)現(xiàn)，與純Al2O3和純SiO2磨粒相比，混合磨粒能表現(xiàn)出更高的MRR和更低的Ra．Lee等人［19］將不同粒徑（30，70 nm）的SiO2按照不同比例混合制備出堿性拋光液，將其用于氧化硅薄膜的化學機械拋光時發(fā)現(xiàn)，當質量分數(shù)比w（D30）∶w（D70）=2∶1時混合磨粒的MRR最大．此外，Lee等人［20］還將不同形貌（球形和非球形）的SiO2混合，用于氧化硅薄膜的化學機械拋光時發(fā)現(xiàn)，以一定比例混合后的磨粒拋光速率明顯優(yōu)于單一SiO2磨粒，但拋光后的表面粗糙度略有下降．汪海波等人［21］將粒徑相差較大的兩種硅溶膠按照一定比例混合，進行拋光實驗時發(fā)現(xiàn)，在大粒徑硅溶膠中加入小粒徑的硅溶膠能明顯提高拋光速率，且粒徑相差越大提升率越高，分析認為在磨?？偟馁|量分數(shù)不變的條件下，增大小粒徑磨粒的占比能增加硅溶膠顆粒的總體數(shù)量，從而起到了提高拋光速率的作用．

大量的研究成果表明，混合粒子的使用能夠不同程度的提高化學機械拋光的速率，但是對拋光后表面粗糙度的影響有好有壞．迄今為止，還沒有發(fā)現(xiàn)不同粒徑、不同形貌及不同種類磨粒混合使用對拋光結果的影響規(guī)律，針對混合磨粒的研究工作仍需要進一步推進．

3.1.3 復合磨料拋光液

隨著科學技術的發(fā)展，不同學科之間的交叉應用，各種新興的材料制備方法被用來制備復合磨粒，常用的方法有納米粒子包覆和摻雜等．

Jaehoon Ryu等人［22］采用快速冷卻的方法，制備出一種表面帶有均勻褶皺的納米SiO2顆粒（WSNs）．該方法能將成核階段和生長階段分開，制備出的納米粒子具有優(yōu)良的分散性（圖8），且粒徑可以根據(jù)反應時間及反應溫度人為的控制，該方法制備出的WSNs粒子相比同等粒徑的氣相SiO2和硅溶膠能表現(xiàn)出更好的MRR和Ra．張磊等人［23］通過在聚苯乙烯（PS）膠體中水解正硅酸乙酯（TEOS）的方法，制備出氧化硅包覆PS復合磨粒（SiO2@PS），并配置成堿性拋光液后用于銅的化學機械拋光．與大粒徑的硅溶膠相比，在拋光液其它組分和工藝參數(shù)相同的情況下，SiO2@PS對銅的拋光速率略高于硅溶膠，SiO2@PS拋光后銅表面RMS值為0.58 nm，而硅溶膠拋光后銅表面RMS值為1.95 nm，拋光效果提升顯著．

圖8 WSNs的T EM圖（a）和SEM圖（b）及不同方法制備出的粒子粒徑分布圖（c）Fig.8 The TEM picture（a）and SEM picture（b）of WSNs，and particle size distribution graph（c）prepared by different methods

復合磨粒相比混合磨粒和單一磨粒，在材料去除率及表面粗糙度方面均有明顯的優(yōu)勢，能實現(xiàn)納米級或亞納米級超低損傷的表面形貌．但復合磨粒的制備工藝相對比較復雜，目前僅處于實驗室探索階段，距離復合磨粒在大規(guī)模生產上的應用還有較遠的距離．

3.2 氧化劑

在化學機械拋光過程中，氧化劑的作用是將被拋光工件表面的材料氧化，生成一層質地較軟且與基底結合力較弱的氧化膜，然后通過磨粒的機械去除作用將氧化膜層去除，以達到拋光的目的．氧化劑的種類決定了氧化膜生成的速率及氧化膜去除的難易程度，對拋光速率以及拋光效果有顯著的影響．

朱玉廣等人［24］研究堿性拋光液中H2O2濃度對鋁合金CMP效果的影響時發(fā)現(xiàn)：當H2O2濃度較低時，隨著濃度的升高鋁合金表面生成Al2O3和Al（OH）3膜層，其中―OH可以溶解Al（OH）3膜層，使得Al2O3膜層變得疏松多孔，有利于磨粒的機械去除過程；隨著H2O2濃度繼續(xù)升高，生成的Al2O3膜層變得致密且厚度增大，形成了鈍化層，而磨料的機械去除作用難以除去鈍化層，導致了MRR減小和Ra增大．張金等人［25］的研究成果表明：氧化劑濃度較低時，機械研磨過程起主導作用；當氧化劑濃度達到一定值時，氧化腐蝕過程與機械研磨過程達到動態(tài)平衡，此時的MRR達到最大值；隨著氧化劑濃度繼續(xù)增加，一方面是氧化膜生成速率大于去除速率，氧化膜層朝著致密化和厚度增大的方向發(fā)展，另一方面多余的氧化劑也會降低拋光液的穩(wěn)定性，這些因素都導致了MRR減小．倪自豐等人［26］研究了不同p H值及不同氧化劑對SiO2磨粒拋光SiC晶片的影響結果時發(fā)現(xiàn)：KMnO4作為氧化劑時，拋光液在弱酸性（pH=6）條件下MRR達到最大值；H2O2作為氧化劑時，拋光液在弱堿性（pH=8）條件下MRR達到最大值．董柏先［27］研究了多種氧化劑對CVD金剛石膜化學機械拋光的影響時發(fā)現(xiàn)，含有高錳酸鉀、重鉻酸鉀和高鐵酸鉀等氧化劑的拋光液，其表現(xiàn)出更高的材料去除率．

針對不銹鋼、銅及銅合金、鈦合金等金屬材料的化學機械拋光，初期研究階段拋光液中大多采用具有強氧化性的氧化劑，一般都包括重金屬離子，對實驗人員及當?shù)丨h(huán)境有危害作用．隨著當今社會環(huán)保意識的逐步提高，開發(fā)新型綠色環(huán)保拋光液是必然的趨勢．H2O2作為一種綠色環(huán)保的氧化劑已經(jīng)被廣泛采納，但是H2O2僅在強酸性體系中穩(wěn)定性較好，堿性體系中穩(wěn)定性較差，且自身有自分解現(xiàn)象，導致了含H2O2的堿性拋光液不能長時間穩(wěn)定存在．因此，采取合適的方法提高H2O2在堿性體系中的穩(wěn)定性是目前亟待解決的問題．

3.3 其它添加劑

拋光液中磨粒、氧化劑和去離子水的含量一般占整個拋光液質量的99%以上，雖然添加劑含量較少，但是能顯著的改善拋光液的性能．常用的添加劑包括絡合劑（螯合劑）、緩蝕劑、pH調節(jié)劑和表面活性劑．

劉蘋［28］研究了乙二胺四乙酸（EDTA）、三乙醇胺、乙胺、乙二胺、尿素、羥基亞乙基二膦酸（HEDP）、氨基三甲叉膦酸（ATMP）、二乙三胺五乙酸這八種絡合劑對金屬銅化學機械拋光的影響結果發(fā)現(xiàn)，只有乙二胺可得到較高的MRR．河北工業(yè)大學微電子研究所［29-33］自主研發(fā)的FA/O系列螯合劑已完成工業(yè)化生產，F(xiàn)A/O螯合劑屬于多羥基多胺基大分子化合物，具有4個胺基、16個羥基和13個以上的螯合環(huán)，對Cu2+等金屬離子及CMP過程中產生的微溶性氧化產物具有優(yōu)良的螯合效果，可以有效的提高MRR，其分子結構如圖9所示．

圖9 FA/OⅡ型大分子螯合劑結構示意圖Fig.9 Structural representation of FA/OⅡmacromolecular chelating agent

苯丙三氮唑（BTA）是銅化學機械拋光工藝中最常用的緩蝕劑之一．Byoung-Jun Cho等人［34］研究了BTA在銅化學機械拋光過程中的作用機制，發(fā)現(xiàn)pH值在4~10的范圍內銅表面會形成穩(wěn)定的Cu-BTA絡合物．欒曉東［35］研究發(fā)現(xiàn)，BTA可以大幅減緩銅拋光過程中的腐蝕現(xiàn)象，但在銅表面形成的Cu-BTA膜需要較大的機械力才能去除，導致了銅的CMP后清洗較為困難，不利于后續(xù)工藝．Zhou等人［36］發(fā)現(xiàn)，肌氨酸能與Cu2+形成水溶性的復合物，部分吸附在銅的表面，肌氨酸與甘氨酸搭配使用時可作為緩蝕劑有效減少銅的表面腐蝕程度，與BTA相比Cu?肌氨酸復合物更容易在銅CMP后清洗工藝中被去除．

拋光液分為酸性和堿性兩類．酸性拋光液最早由化學腐蝕液改進而來，具有溶解性強、氧化劑選擇范圍大、拋光效率高等優(yōu)點，常用于金屬材料的CMP工藝．堿性拋光液具有選擇性高、腐蝕性弱等優(yōu)點，常用于非金屬材料的CMP工藝．拋光液的酸堿度由p H調節(jié)劑來進行調節(jié)，傳統(tǒng)的p H調節(jié)劑一般選擇KOH，NaOH和HCl，HNO3等，但其中的Na+，K+，Cl?及NO3?會造成芯片性能下降［37］，甚至失效等問題．因此，越來越多的研究者選擇有機酸或有機堿來作為p H調節(jié)劑．Yao等人［38］選擇四乙基氫氧化銨（TEAH）替代KOH作為弱堿性銅拋光液的pH調節(jié)劑，發(fā)現(xiàn)TEAH能有效提高拋光液的穩(wěn)定性．楊金波等人［39］研究了有機和無機pH調節(jié)劑對硅片CMP的影響，發(fā)現(xiàn)相同pH條件下，采用有機堿作為調節(jié)劑時的拋光速率要明顯高于無機堿作為調節(jié)劑時的拋光速率．

表面活性劑的作用是改善拋光液的分散穩(wěn)定性，還可以起到降低拋光液表面張力的作用，有利于拋光液快速潤濕被拋光的工件表面及CMP工藝拋光后清洗流程的進行．李炎等人［40］發(fā)現(xiàn)，多元胺醇型非離子表面活性劑能大幅降低拋光液的表面張力，同時也會小幅降低拋光液的黏度，通過控制該類活性劑的添加量可以在不影響拋光速率的條件下有效的避免磨粒導致的劃傷，降低表面粗糙度．Xu等人［41］向含有BTA的銅拋光液中加入脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO），發(fā)現(xiàn)AEO可以吸附在磨粒和銅的表面，減少了磨粒對銅表面的劃傷，提高了拋光選擇性，對提高拋光后銅表面的均勻性和提高表面質量有促進作用．

拋光液作為CMP工藝中最為重要的一個部分，對IC制造業(yè)的發(fā)展至關重要，現(xiàn)有的拋光液研究方向已經(jīng)在朝著弱堿性、綠色環(huán)保、一劑多用以及復配協(xié)同［42］等方向發(fā)展，研發(fā)出一種對設備、人員、環(huán)境友好，成分較為簡單、容易維護，拋光效率與質量良好的拋光液是今后科研工作者的努力方向．

4 拋光墊

在化學機械拋光過程中，拋光墊的作用主要有：存儲拋光液及輸送拋光液至拋光區(qū)域，使拋光持續(xù)均勻的進行；傳遞材料，去除所需的機械載荷；將拋光過程中產生的副產物（氧化產物、拋光碎屑等）帶出拋光區(qū)域；形成一定厚度的拋光液層，提供拋光過程中化學反應和機械去除發(fā)生的場所．

拋光墊的合理選擇對于控制和優(yōu)化CMP過程有重要作用，拋光墊根據(jù)材料可以分為硬質和軟質兩類［43］．硬質拋光墊可以較好的保證工件表面的平面度，軟質拋光墊可以獲得表面損傷層薄和表面粗糙度低的拋光表面．常用的硬質拋光墊有粗布墊、纖維織物墊、聚乙烯墊等，軟質拋光墊有聚氨酯墊、細毛氈墊、絨毛布墊等．拋光墊在使用前的微觀表面是相當不平整的，表面分布大量的不規(guī)則微孔，隨著CMP過程的進行，拋光墊的物理及化學性能會發(fā)生變化，具體包括表面殘留物質、微孔體積縮小和數(shù)量減少、表面粗糙度降低及表面分子重組而形成釉化層［44］，這些都會導致拋光效率和拋光質量的降低．因此，拋光墊每經(jīng)過一段時間的使用后都需要進行修整，以恢復拋光墊原有的性能．改進拋光墊材料、延長拋光墊的使用壽命、減少拋光墊修整加工時的損耗，是當前拋光墊研究的主要內容及方向．

5 結語

介紹了化學機械拋光（CMP）技術的研究現(xiàn)狀，并對CMP工藝中各重要組成部分的作用原理和發(fā)展趨勢作了展望．CMP作為大尺寸晶圓表面全局平坦化的不可取代關鍵技術，是實現(xiàn)21世紀IC制造業(yè)技術革新的關鍵點之一．我國半導體行業(yè)起步較晚，在國家政策的扶持下CMP中低端領域中已基本完成了國外技術和產品的國產替代，但在高端設備、前沿技術領域中與國際巨頭仍有較大的差距．繼續(xù)深入研究CMP技術，產出帶有自主知識產權的關鍵材料、設備或工藝，不僅可以促進我國IC制造業(yè)的良性發(fā)展，同時也能帶來巨額的經(jīng)濟效益．