北京治疗白癜风特色医院 https://jbk.39.net/yiyuanfengcai/video_bjzkbdfyy/失效分析赵工半导体工程师-08-:38发表于北京
化学机械抛光（CMP）是晶圆制造的关键步骤，其作用在于减少晶圆表面的不平整，而抛光液、抛光垫是CMP技术的关键耗材，价值量较高，分别占CMP耗材49%和33%的价值量，其品质直接影响着抛光效果，因而对提高晶圆制造质量至关重要。
抛光液/垫技术壁垒较高，高品质的抛光液需要综合控制磨料硬度、粒径、形状、各成分质量浓度等要素，而抛光垫则更加看重低缺陷率和长使用寿命。随着制程不断迭代，未来抛光材料将往专用化和定制化方向发展。
随着全球半导体产业规模的增长，CMP抛光液市场规模将进一步扩大，年全球抛光液市场规模达8.2亿美元，预计有望达到23亿美元，CAGR达4.45%。国产替代大趋势叠加半导体晶圆厂的扩产，国内对CMP耗材需求有着巨大的提升，年国内抛光液市场规模为20亿元，预计年达到40亿元，CAGR高达5%，远超全球抛光液市场增速，但国内在抛光液领域布局较晚，国产化率较低，国内企业迎发展机遇。
一、定义
CMP全称为ChemicalMechanicalPolishing，即化学机械抛光，是普通抛光技术的高端升级版本。其中单晶硅片制造过程和前半制程中需要多次用到化学机械抛光技术。与此前普遍使用的机械抛光相比，化学机械抛光能使硅片表面变得更加平坦，并且还具有加工成本低及加工方法简单的优势，因而成为目前最为普遍的半导体材料表面平整技术。
集成电路制造过程好比建房子，每搭建一层楼层都需要让楼层足够水平齐整，才能在其上方继续搭建另一层楼，否则楼面就会高低不平，影响整体可靠性，而这个使楼层整体平整的技术在集成电路中制造中用的就是化学机械抛光技术。
二、CMP的重要性
芯片制造过程大致可以分为顶层设计、晶圆制造、封装测试三大步骤，其中晶圆制造过程尤为复杂。
晶圆制造过程主要可以分为热处理、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械抛光（CMP）、清洗、前道量测等工艺流程。这些工艺并不是按单一顺序执行，而是根据要生产的芯片特性选择性地重复进行。典型的晶圆制造需要花费6-8周时间，涵盖多道工艺流程，某些工序可能需要执行几百次。例如，根据不同工艺制程和技术节点的要求，每一片晶圆在生产过程中都会经历几道甚至几十道的化学机械抛光（CMP）工序。在众多制造环节中，CMP抛光材料总体占到晶圆制造所需各类材料成本的7%，是非常重要的一道工序。
若未经平坦化处理，晶片起伏随着层数增多变得更为明显，同层金属薄膜由于厚度不均导致电阻值不同，引起电子迁移造成电路短路。起伏不平的晶片表面还会使得光刻时无法准确对焦，导致线宽控制失效，严重限制了布线层数，降低集成电路的使用性能。
三、CMP工作原理介绍
CMP是通过纳米级粒子的物理研磨作用与抛光液的化学腐蚀作用的有机结合，对集成电路器件表面进行平滑处理，并使之高度平整的工艺技术。当前集成电路中主要是通过CMP工艺，对晶圆表面进行精度打磨，并可到达全局平整落差00A°~A°（相当于原子级0~00nm）超高平整度。
抛光液一般包含磨粒、氧化剂、络合剂、表面活性剂、磨料、pH调节剂、腐蚀抑制剂等成分。
化学机械抛光采用将机械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺，在CMP工作过程中，CMP用的抛光液中的化学试剂将使被抛光基底材料氧化，生成一层较软的氧化膜层，然后再通过机械摩擦作用去除氧化膜层，这样通过反复的氧化成膜-机械去除过程，从而达到了有效抛光的目的。
就抛光液产业链而言，上游主要是各类原材料厂商，中游是抛光液的生产商，主要以国外厂商为主，国内厂商仍处于发展阶段，国内市场占比仅为0%左右。下游主要是晶圆的生产商。
一、上游
抛光液组分复杂，由氧化剂、磨粒、络合剂、表面活性剂、缓蚀剂、pH调节剂及pH缓冲剂按照一定比例配置而成。每种添加剂都在CMP过程中起到了不可或缺的独特功效。其中氧化剂用于形成氧化膜；磨粒用于去除氧化膜；络合剂和表面活性剂可以促进抛光中化学反应进行；缓蚀剂可以在抛光表面形成一层保护膜，防止抛光过程中出现过度腐蚀的情况；pH调节剂可以调节抛光液pH值至理想值，pH缓蚀剂则有利于稳定抛光液pH值。高质量抛光液既要控制好磨粒的硬度、粒径、形状，又要使抛光液中各组分达到合适浓度。
二、中游
（一）抛光液的类别
根据应用领域，抛光液可分为硅抛光液、铜及铜阻挡层抛光液、钨抛光液、钴抛光液、介质层（TDL）抛光液、浅槽隔离层（STI）抛光液和3D封装硅通孔（TSV）抛光液。硅抛光液主要用于对硅晶圆的初步加工；铜及铜阻挡层抛光液主要用于对铜和铜阻挡层进行抛光；钨抛光液主要用于制造存储芯片，在逻辑芯片中只用于部分工艺段；钴抛光液主要用于0nm节点以下芯片。
目前在集成电路制造中CMP技术的应用越来越广泛，从加工过程中最初的STI（浅沟槽隔离层）到ILD（层间介质）再到Metal金属互连层再到后期的TM（顶层金属）都需要用到。
三、下游
（一）晶圆制造产能扩建带动CMP材料需求
5G、物联网、智能汽车、云服务等下游旺盛需求的驱动下，全球晶圆厂积极扩产。根据SEMI数据预测，年全球8英寸晶圆月产能预计将达到万片，相较于年的万片，增幅7%，年全球2英寸晶圆厂数量相比年将至少新增38家，达到6家，同时2英寸晶圆月产能也将增加约80万片，达到万片以上。
同时，中国大陆晶圆产能大幅提升，国产化进程快速推进。根据SEMI预测，从年到年，全球至少新增38座2英寸晶圆厂，其中中国新增9座（中国台湾座、大陆8座），占新建总数的一半，中国2英寸晶圆产能的全球份额，也将从年的8%提高到年的20%，预计产能将达到月产50万片。无论是成熟制程还是先进制程的产能扩建，对全球和中国CMP材料市场都具有强力的拉动作用。国内厂商在巩固成熟制程的市场同时，通过自身技术升级来争取广大的先进制程市场。
（二）半导体先进制程推动CMP行业发展
随着摩尔定律的延续，当制造工艺不断向先进制程节点发展时对CMP技术的要求相应提高、步骤也会不断增加。如果晶圆（芯片）制造过程中无法做到纳米级全局平坦化，既无法重复进行光刻、刻蚀、薄膜和掺杂等关键工艺，也无法将制程节点缩小至纳米级的先进领域，因此随着超大规模集成电路制造的线宽不断细小化而产生对平坦化的更高要求和需求，CMP在先进工艺制程中具有不可替代且越来越重要的作用。
在逻辑芯片中，制程的缩小意味着光刻次数、刻蚀次数的大幅增加，同样也带动CMP工艺步骤的增加。根据Cabot
