CMP全稱為Chemical Mechanical Polishing，化學(xué)機(jī)械拋光，是半導(dǎo)體晶片表面加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。

圖表1：集成電路制造過(guò)程流程簡(jiǎn)圖

其中單晶硅片制造過(guò)程和前半制程中需要多次用到化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)。與此前普遍使用的機(jī)械拋光相比，化學(xué)機(jī)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(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，因而成為目前最為普遍的半導(dǎo)體材料表面平整技術(shù)。

圖表2：CMP環(huán)節(jié)對(duì)于晶圓表面平坦化示意圖

化學(xué)機(jī)械拋光采用將機(jī)械摩擦和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的工藝：

化學(xué)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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，在工件表面產(chǎn)生一層化學(xué)反應(yīng)薄膜；

機(jī)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(guò)機(jī)械作用將這一層化學(xué)反應(yīng)薄膜去除，使工件表面重新裸露出來(lái)，然后再進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

整個(gè)過(guò)程是化學(xué)作用與機(jī)械作用的交替進(jìn)行，最終完成對(duì)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(guò)程示意圖

CMP包括三道拋光工序，主要運(yùn)用到的材料包括拋光墊、拋光液、蠟、陶瓷片等。不同工序根據(jù)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(zhì)、結(jié)構(gòu)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(zhì)影響著表面拋光質(zhì)量。

圖表4：化學(xué)機(jī)械拋光示意圖

而在CMP環(huán)節(jié)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(lái)隔開各個(gè)門電路（Gate），使各門電路之間互不導(dǎo)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(lái)。

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(shí)現(xiàn)平坦化。

圖表6：Oxide CMP示意圖

在鎢、銅、Poly等各類CMP環(huán)節(jié)之中，其實(shí)本質(zhì)上都是將電門之間的縫隙填充完后，對(duì)于不同部分的研磨，使晶圓表面實(shí)現(xiàn)平坦化或者使需要暴露出來(lái)的材質(zhì)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(lái)源：證券研究報(bào)告 | 行業(yè)深度 《電子半導(dǎo)體材料系列：CMP–晶圓平坦化必經(jīng)之路，國(guó)產(chǎn)替代放量中》國(guó)盛證券