CMP是半導體拋光材料和芯片平坦化的必經之路

CMP全稱為Chemical Mechanical Polishing，化學機械拋光，是半導體晶片表面加工的關鍵技術之一。

圖表1：集成電路制造過程流程簡圖

其中單晶硅片制造過程和前半制程中需要多次用到化學機械拋光技術。與此前普遍使用的機械拋光相比，化學機械拋光能使硅片表面變得更加平坦，并且還具有加工成本低及加工方法簡單的優勢，因而成為目前最為普遍的半導體材料表面平整技術。

圖表2：CMP環節對于晶圓表面平坦化示意圖

化學機械拋光采用將機械摩擦和化學腐蝕相結合的工藝：

化學腐蝕–拋光液：首先是介于工件表面和拋光墊之間的拋光液中的氧化劑、催化劑等于工件表面材料進行化學反應，在工件表面產生一層化學反應薄膜；

機械摩擦–拋光墊：然后由拋光液中的磨粒和由高分子材料制成的拋光墊通過機械作用將這一層化學反應薄膜去除，使工件表面重新裸露出來，然后再進行化學反應。

整個過程是化學作用與機械作用的交替進行，最終完成對工件表面的拋光，速率慢者控制拋光的速率。

圖表3：硅片拋光過程示意圖

CMP包括三道拋光工序，主要運用到的材料包括拋光墊、拋光液、蠟、陶瓷片等。不同工序根據目的的不同，分別需要不同的拋光壓力、拋光液組分、pH值、拋光墊材質、結構及硬度等。CMP拋光液和CMP拋光墊是CMP工藝的核心要素，二者的性質影響著表面拋光質量。

圖表4：化學機械拋光示意圖

而在CMP環節之中，也存在著各式不同的類別，例如鎢/銅及其阻擋層、鋁、STI、ILD等。

STI（ShallowTrenchIsolation）即淺溝槽隔離層，他的作用主要是用氧化層來隔開各個門電路（Gate），使各門電路之間互不導通。STI CMP這就是將晶圓表面的氧化層磨平，最終正好使SIN暴露出來。

圖表5：STI CMP示意圖

Oxide CMP包括了ILD CMP及IMD CMP，主要是將氧化硅（Oxide）磨平至一定厚度，實現平坦化。

圖表6：Oxide CMP示意圖

在鎢、銅、Poly等各類CMP環節之中，其實本質上都是將電門之間的縫隙填充完后，對于不同部分的研磨，使晶圓表面實現平坦化或者使需要暴露出來的材質正好暴露在外。

圖表7：鎢CMP流程示意圖

圖表8：Poly CMP流程示意圖（Poly為P2）

文章來源：證券研究報告 | 行業深度 《電子半導體材料系列：CMP–晶圓平坦化必經之路，國產替代放量中》國盛證券