李哲(华烁科技股份有限公司，湖北 武汉 430074)

半导体研磨液的研究及应用

李哲(华烁科技股份有限公司，湖北 武汉 430074)

研磨是半导体加工过程中的一项重要工艺，它主要是应用化学研磨液混配磨料的方式精密而高效的对半导体表面进行加工，研磨液是影响半导体表面质量的重要因素。本文着重对研磨液的机理、研究开发现状、应用展望进行探讨。

晶体研磨液；研磨；防锈；环保

中国是半导体加工和消费大国[1]，研磨是半导体加工过程中的一项重要工艺，它主要是应用化学研磨液混配磨料的方式对半导体表面进行精密加工，这种化学研磨工艺几乎涉及到半导体制程中的各个环节，研磨液是影响半导体表面质量的重要因素。本文着重对研磨液的机理、研究开发现状、应用进行探讨，希望能为读者提供一些有价值的信息和启示。

1 研磨液作用原理

1.1 研磨液的化学作用机理

研磨液通常由表面活性剂、PH调节剂、分散剂、螯合剂[2]等组分组成，各组发挥不同的作用，主要化学作用机理是：Si+ OH-+H2O SiO32-+2H2[3]而SiO32极易水解，机理是：

SiO32-+2H2OH2SiO3+2OH-水解产物H2SiO3能部分聚台成多硅酸，同时另一部分H2SiO3电离生成SiO32-离子，结果形成如下结构的一般硅酸胶体，覆盖在硅片表面上：其化学式为：{[SiO32]m·n SiO32-·2(n-x)H+｝2x-·2XH+[4]。

1.2 研磨加工机理

研磨液以上述原理实现对工件表面的化学腐蚀，然后在研磨液中高速运动的磨料对工件表面的磨削及挤压等综合作用下，实现对工件表面的加工，工作机理如图所示，将旋转的被抛光工件压在与其同方向旋转的弹性抛光垫上，而研磨液在工件与底板之间连续流动。上下盘高速反向运转，工件表面的反应产物被不断地剥离，研磨液补充进来，反应产物随研磨液带走。新裸露的工件平面又发生化学反应，产物再被剥离下来而循环往复，在衬底、磨粒和化学反应的联合作用下，形成超精表面。

研磨加工机理

2 研磨液研究开发现状

为了满足研磨的工艺要求，研磨液应该具有这五个特性：(1)良好的悬浮性，短时间内不能产生沉淀、絮凝、分层等问题；(2)良好的流动性，粘度低，易于操作；（3）优异的冷却性能[5]，防止工件表面烧伤或产生裂纹；(3)稀释能力强，便于降低成本，方便运输；(4)研磨工艺后，硅片与研磨台面易清洗，不造成磨盘印；(5)良好的润滑性，在研磨工艺中降低点划伤。[6]

达到以上的五点是很不容易的，目前主流半导体加工厂商还是使用日、美企业生产的研磨液。近年来国内一些企业、高校和科研院所都对研磨液的研究表现出极大的兴趣，如河北工业大学研制的研磨液，由润滑剂、积压剂、非离子表面活性剂、防霉防腐剂、消泡剂等配制而成，能大幅度提高研磨速率，具有一定的润滑积压性、冷却、清洗、防锈性；陕西省石油化工设计院生产的WE-1防锈研磨液，防锈性能很强，对部件及研磨机保护效果好；华烁科技股份有限公司（前身是湖北省化学研究院）开发的EH系列[7]研磨液产品，是通过化学合成的方式制备，主要成分是聚酰胺类化合物经酯化后的产物、润滑剂、分散剂等全水溶性化合物，呈弱碱性，具有优秀的防锈性、润滑性、悬浮分散性、保湿性，可提高晶片的光洁度，减少晶片的裂痕、崩边，减小晶片散差，提高加工合格率[8]，可用于研磨各种石英晶片、电子芯片、压电陶瓷、光盘、微晶玻璃等，使用时可加大量水稀释，且不含有重金属盐类及卤化物等对人体和环境有害的物质[9]，经济环保。

3 结语

半导体芯片增大而单个晶体管元件缩小及多层集成电路芯片是发展的必然趋势，这对研磨抛光技术提出了更高的要求，在研磨液方面，关键是要不断的开发适应新要求新工艺的新型研磨液，它既能提供高的研磨速率、好的平整度、高的表面均一性，又利于后续清洗，使得磨料粒子不会残留在芯片表面。研磨液抛光技术已成为最为重要的超精细表面平面化技术，它还会在陶瓷、精密阀门、光学玻璃等表面加工领域不断得到应用和发展，深入研究和开发研磨液产品，不仅可以提高国内企业在这些领域内的竞争力和话语权，也会促进相关产业的发展，提高装备与其他关键材料的国产化水平，这不仅可以带来巨大的经济和社会效益，更对我国半导体产业的发展具有战略意义。

[1]李进.普华永道：2014年中国半导体消费占全球市场达56.6%[N].和讯网，2015-8-13.

[2]刘玉岭，檀柏梅，等.硅单晶片研磨液的研究[J].稀有金属.2001(11):25-6.

[3]刘玉岭.硅片CMP抛光工艺技术研究[J].电子工艺技术.2010(9):31-5.

[4]曹丽梅，胡岳华，等.半导体工业中的化学机械抛光（CMP）技术[J].湖北化工.2000(4):7-3.

[5]张伟.硅片研磨和研磨液作用的分析[J].显微、测量、微细加工技术与设备.2007(4):206-5.

[6]杨杰，曾旭，等.半导体硅材料研磨液研究进展[J].广东化工.2009(8):36-196.

[7]魏振华，周国英.水溶性防锈晶体研磨液：001147005 [P].2000-07-14.

[8]魏振华，周国英.石英晶体片研磨与清洗的表面物理化学[J].压电晶体技术.1999(1):5-7.

[9]周国英，魏振华.压电石英晶体加工过程中的化学问题[J].压电晶体技术.1998(1):38-2

李哲（1985-），男，汉族，湖北荆门人，工程师，硕士研究生，主要从事电子化学品方面的研究。