【消息】看好半导体前景日立研磨液产能大增百分之500

看好半导体前景 日立研磨液产能大增百分之500

创办人陈大同在演讲里曾提及，「安集是大陆唯一化学机械研磨液半导体材料商，每年成长40——60%。」

中国科学院微电子所所长叶甜春回想，本土的半导体材料供应链，这几年是从无到有，万分艰辛，但是「一个个都冒出头来了」。

今日的安集，正是这环环相扣供应链中的一个大陆代表。

去年，大陆国务院推出1200亿人民币的集成电路投资基金，王淑敏嘴角露出微笑，「对我们苦过来的人，还是觉得too

little, too late，不过这的确迎来了一个势头，等于帮行业造了声势，」要真正有实力的公司才可能拿到投资，「绝对不是天上掉下来一大把钞票，要自己够强，人家才会帮你!」

CMP 研磨液产品种类多，成分复杂技术壁垒高

CMP 研磨液(Slurry)是平坦化工艺中的研磨材料和化学添加剂的混合物， Slurry主要是由研磨剂(Abrasive)、表面活性剂、 PH 缓冲胶、氧化剂和防腐剂等成分组成，其中研磨剂一般包括纳米级二氧化硅(SiO2)、纳米级三氧化二铝(Al2O3)、纳米级氧化铈(CeO2)。其他添加剂一般根据所需研磨材料不同而所选取的不同类型的研磨液，由此可分为晶圆表面研磨液、金属铜研磨液和金属钨研磨液以及其他特殊研磨液。当今的研磨液配方类型中， SiO2 占有主流位置， Al2O3 仅仅在金属钨的研磨液中存在有限使用，究其原因是其硬度过高，易造成表面缺陷。

晶圆表面研磨液的一种选用 SiO2 的溶胶与去离子水混合配置成研磨剂，利用一定体积分数的双氧水(H2O2)作为氧化剂，利用乙酸(CH3COOH)和乙胺(C2H5NH2)缓冲溶液作为稳定剂调价 PH 值。从而配置成晶圆表面的研磨液。晶圆研磨过程中的原理为碱性的 SiO2浆料中，晶圆表面的 Si 受氢氧根离子(OH-)腐蚀后生成硅酸根离子(SiO32-)， SO32-水解过程中形成的动态平衡实现产物硅酸(H2SiO3)的能部分聚合城多硅酸粒子从而形成胶体，由于此动态平衡过程受 PH 值影响很明显，因此晶圆表面的研磨液作用效果受 PH 值得明显影响。

同时，在研磨过程中，硅酸胶体在晶圆表面形成一层钝化薄膜， H2O2 的浓度和含量影响钝化薄膜的机械除膜速率和钝化膜的生长速率，同时 H2O2 含量高时，会与配方中的碱性物质发生反应从而降低 PH 值，因此也是一个动态平衡的过程。除以上因素外，温度控制是影响反应活性的外界参数，控制合理的温度配合事宜的 PH 值和氧化剂浓度能够实现研磨中化学腐蚀的最佳效果。但是，化学腐蚀与机械研磨的共同作用决定了研磨效果，因此机械作用中研磨垫、 研磨压力、转速和时间均决定了最终的研磨效果。

在晶圆表面研磨液中 SiO2 浆料是整个配方成分的核心，目前处于国外企业垄断中。其合成方法包括分散法和凝聚法,分散法的过程包括二氧化钛纳米颗粒在液体中润湿、团聚体在机械搅拌力作用下被打散成原生粒子或较小的团聚体、稳定原生粒子或较小团聚体组织发生再团聚。 1992 年，美国卡博特(CabotCorporation)公司的 Hector 首先公布了不含稳定剂的 SiO2 浆料及其制备方案专利，此发明提供了一种稳定的，非膨胀的，低粘度的，可过滤的 SiO2 胶体浆料，其中不含碱和稳定剂，其含硅比重高达 35%。

1993 年， Cabot 公司的 Miller跟进公布了含酸和稳定剂的 SiO2 浆料的发明专利，此发明提供了更高的硅比重达到 40%，酸比例在 0.0025%——0.50%之间，同时配方中含有的稳定剂(缓冲液)使溶液 PH 值能控制在 7——12 之间，并且分散在水中。随后美国的孟山都公司(Monsanto)、美国的杜邦公司(Dupont)、美国的纳尔科公司(Nalco)、美国的格蕾丝(Grace)公司等分别开发了相关商业化的 SiO2浆料产品，但是其部分配方并未直接以专利形式公开。

2000 年后，中国科学教投入了相关研究应用，华东理工大学技术物理研究所的何斌等人，使用母液分散法制得的 SiO2 浆料浓度可达 30%，由于加入了表面含有羟基的活性剂，得到的 SiO2 的浆料分散效果较好; 2002 年弗罗里达大学的 Basim 等使用 0.2μm 的单一粒径 SiO2 粉和蒸馏水来制备浆料，为了得到稳定浆料，利用 CnTAB(n=8、 10、 12)系列表面活性剂作浆料的稳定剂，超声分散得到硅比重为 12%的稳定浆料。 2008 年日本日立化成工业株式会社的大森义和等人也通过电化学方法添加杂环化合物抑制阻挡导体与导电性物质的接触腐蚀研磨液，选用的也是分散法制备的硅浆料。

凝聚法是利用是利用水溶液化学反应所生成的二氧化硅通过成核、生长，采用各种方法脱除其中杂质离子制得的 SiO2 水分散体系的一种方法，该方法制备而成的 SiO2 浆料颗粒粒径均一，形状规整，纯度与浓度较高，且原料便宜，生产成本较低。 SiO2 浆料按照原料路线可以分为硅酸钠水解和正硅酸乙酯(醇盐)水解法 2 种，硅酸盐水解又包括酸中和法、电渗析法、离子交换法三种。最为常用的离子交换法。其中离子交换法最为常用，2001 年德国罗斯托克大学的 Knoblich等人利用离子交换法制得了 SiO2 研磨浆料，其制备过程 PH 影响较为明显。

2001年，挪威电子科技大学的 Rao 等人利用 Amberlite 的离子交换树脂置换硅酸钠得到 PH 值为 2.4 的硅酸，用氨水滴定凝胶化从而得到 SiO2 胶。 2003 年台南技术大学的 Tsai 等将硅酸钠通过阳离子交换树脂除去钠离子制得活性硅酸，利用KOH 滴定此硅酸溶液制得 SiO2溶胶，其实验结果的稳定性较差。醇水解法是在醇介质中催化水解正硅酸乙酯(TEOS)来制备单分散二氧化硅浆料。 2001 年印度尼赫鲁先进材料中心的 Sudheendra 等人探索了以缩氨酸为催化剂水解正硅酸乙酯(TEOS)制取 SiO2 浆料的方法。

2002 年美国国家能源部下属的劳伦斯利弗莫尔国家实验室的 Suratwala 等人将硅酸乙酯(TEOS)和氨水的混合物溶于乙醇介质中，调节乙醇、氨水、水和 TEOS 比例，水解缩合反应制得不同浓度的 SiO2 浆料。 2004 年日本千叶大学的 Nishino 等强力搅拌含有聚乙烯醇(PVA)的硝酸溶液，然后加入 TEOS 得到均匀的 SiO2浆料。

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