給晶圓“做美容”，為何硅溶膠成主力？

在信息技術(shù)革命的驅(qū)動下，集成電路作為現(xiàn)代電子設(shè)備的核心組件，其制造技術(shù)直接決定了信息產(chǎn)業(yè)的競爭力。化學機械拋光（CMP）憑借其全局平坦化、低缺陷率和高可靠性等核心優(yōu)勢，成為集成電路制造中不可或缺的關(guān)鍵工藝。在基礎(chǔ)晶圓的加工環(huán)節(jié)中，CMP通過去除技術(shù)實現(xiàn)硅晶圓表面的鏡面級拋光，為芯片、高密度存儲設(shè)備和太陽能電池等應(yīng)用提供了理想的基底。

來源：安集科技

影響CMP拋光效果的因素眾多，其中拋光液是影響拋光效果的決定性因素。一般來說，拋光液是由磨料、氧化劑、pH調(diào)節(jié)劑、分散劑和去離子水組成。磨料是拋光液的主要成分，磨料的種類、物理化學性質(zhì)、粒徑尺寸、均勻性及穩(wěn)定性直接影響著晶圓的表面質(zhì)量和材料去除率。

1 硅溶膠：CMP拋光液的主流之選

拋光液中常用的磨料為二氧化硅、氧化鋁和二氧化鈰。其中，二氧化硅是應(yīng)用最廣泛的拋光磨料，硬度適中、形狀規(guī)則，拋光后可獲得較好的表面質(zhì)量，SiO2磨料在溶液中易形成穩(wěn)定分散的無定型硅溶膠，其表面含有大量水和羥基。硅溶膠由膠核、吸附層和擴散層構(gòu)成，其中吸附層和擴散層構(gòu)成硅溶膠特殊的雙電層結(jié)構(gòu)，這是其懸浮穩(wěn)定性的保證。

來源：科翰硅制品

硅溶膠拋光液在拋光應(yīng)用中的歷史可以追溯到1965年美國Monsanto公司W(wǎng)ALSH和HERZOG的專利，日本Fujimi公司在市場推廣中發(fā)揮了重要的作用。硅溶膠拋光液具有很多優(yōu)良的物理化學性能，如大的比表面積、高吸附性能、耐熱性、絕緣性及分散性，已廣泛應(yīng)用于半導體、藍寶石、合金、陶瓷等襯底的拋光中。

2 硅溶膠的制備方法

溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是傳統(tǒng)的制備納米二氧化硅的方法，該方法分兩步進行，第一步是將正硅酸乙酯（TEOS）與無水乙醇按一定的物質(zhì)的量比例混合攪拌組成混合溶液A，第二步是將去離子水、氨水、無水乙醇組成的混合溶液B緩慢加入混合溶液A，不斷攪拌反應(yīng)體系，TEOS經(jīng)過水解生成活性單體后再進行縮合反應(yīng)形成溶膠，進而形成三維網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)的凝膠，再通過干燥、煅燒制備出球形納米二氧化硅。

雖然溶膠凝膠法操作簡單，但是合成過程中涉及二氧化硅的連續(xù)生長與成核，導致合成的納米二氧化硅顆粒尺寸大且粒徑分布寬，難以實現(xiàn)50nm以下納米二氧化硅的合成。

微乳液法

微乳液法一般由表面活性劑、助表面活性劑、油（通常為極性小的有機物）和水組成微乳液體系，在這個微乳液體系中，表面活性劑包圍著水相分散于連續(xù)的油相中，被包圍的水核是一個獨立的“微反應(yīng)器”。由于反應(yīng)在水核中受控進行，制備的納米顆粒與傳統(tǒng)方法相比較具有分散性好，粒徑分布窄等優(yōu)點。

由于微乳液合成體系比較復雜，難以完全去除產(chǎn)物中的表面活性劑，在納米二氧化硅的應(yīng)用中存在著局限性。

離子交換法

離子交換法是以水玻璃為原料，將其與陽離子交換樹脂接觸進而發(fā)生離子交換反應(yīng)制備活性硅酸，然后活性硅酸加入已制備的二氧化硅晶種溶液中進行粒子的增長，最后根據(jù)需要對產(chǎn)物進行濃縮與純化而得到所需硅溶膠的一種方法。

傳統(tǒng)模板法

傳統(tǒng)的模板法主要是以表面活性劑為模板，在表面活性劑上交替吸附相反電荷的聚電解質(zhì)和不同粒徑的SiO2生成納米二氧化硅微球，再將所得產(chǎn)物在高溫下煅燒，得到具有多孔結(jié)構(gòu)的納米二氧化硅中空微球。

3 國內(nèi)部分硅溶膠生產(chǎn)企業(yè)

二氧化硅拋光液因綜合性能優(yōu)異、應(yīng)用場景廣泛，隨著下游市場需求的持續(xù)釋放，我國二氧化硅拋光液行業(yè)的發(fā)展速度將進一步加快。目前，國內(nèi)硅溶膠技術(shù)成熟度不斷提升，已有多家企業(yè)具備批量生產(chǎn)能力，具體企業(yè)及產(chǎn)品布局如下：

安集科技

安集微電子科技（上海）股份有限公司是一家以自主創(chuàng)新為本，集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及技術(shù)服務(wù)為一體的高端半導體材料公司。公司持續(xù)深化化學機械拋光液一站式全方位服務(wù)，堅定全品類產(chǎn)品線布局。

公司的介電材料化學拋光液，用于集成電路制造工藝中介電材料如二氧化硅、氮化硅等的去除和平坦化。產(chǎn)品已在邏輯芯片、存儲芯片等制程上量產(chǎn)使用。

麥豐新材料

麥豐新材成立于2012年9月，是一家專業(yè)從事拋光材料制備及應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的高科技企業(yè)。公司主要產(chǎn)品包括氧化鈰、氧化鋯、氧化硅、氧化鋁拋光液和拋光粉。

企業(yè)立足于中高端拋光材料的開發(fā)和生產(chǎn)，采用自主研發(fā)的專利技術(shù)和完備的質(zhì)量管理體系，開發(fā)生產(chǎn)出E、2、AI等五大系列、38種規(guī)格系列產(chǎn)品，主要應(yīng)用于半導體芯片、軍工瞄準鏡、激光透鏡、精密光學鏡頭、顯示玻璃、光掩膜玻璃和光纖等行業(yè)。

上海新安納電子科技有限公司

上海新安納電子科技有限公司成立于2008年7月，是一家專門致力于電子級納米磨料和拋光液技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)的高科技企業(yè)。公司建有先進的電子級磨料和拋光液生產(chǎn)線，擁有完整的磨料和拋光液制備、檢測、拋光驗證系統(tǒng)，按ISO9000質(zhì)量體系進行管理，是目前中國知名的電子級膠體二氧化硅、藍寶石拋光液和硅片拋光液供應(yīng)商，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)能力得到了國內(nèi)外知名公司的認可。

浙江博來納潤電子材料有限公司

浙江博來納潤電子材料有限公司專注于為泛半導體行業(yè)平坦化材料提供整體解決方案，致力于電子級納米氧化硅磨料、泛半導體用CMP拋光液、拋光墊等產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，為半導體襯底等材料的納米級平坦化提供工藝材料整體解決方案。公司主要產(chǎn)品包括硅溶膠、拋光液、拋光墊，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋碳化硅襯底CMP制程、硅襯底CMP制程、集成電路CMP制程、其他泛半導體材料CMP制程。

山東百特新材料有限公司

山東百特新材料有限公司成立于2009年，專注于生產(chǎn)高端硅溶膠、納米分散液。公司生產(chǎn)大粒徑硅溶膠、小粒徑硅溶膠、陽離子硅溶膠、酸性硅溶膠、中性硅溶膠、高純度硅溶膠、表面改性硅溶膠、彩噴紙硅溶膠、蓄電池硅溶膠、納米拋光液等三十多種產(chǎn)品，應(yīng)用于電子、拋光、催化劑、蓄電池、造紙、紡織、耐火材料、精密鑄造、涂料等行業(yè)，年產(chǎn)能20000噸。

科翰硅制品有限公司

臨沂市科翰硅制品有限公司是經(jīng)山東省科技廳認定的集研發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營為一體的高新技術(shù)企業(yè)。投資5000萬元建成產(chǎn)能6萬余噸，儲存能力達7000余噸的硅溶膠企業(yè)，成為中國北方硅溶膠生產(chǎn)基地，并且研發(fā)出“單質(zhì)硅法水解法 ”與”水玻璃法離子交換法合成硅溶膠 ”的生產(chǎn)硅溶膠的企業(yè)。

目前，科翰量產(chǎn)的堿性硅溶膠（JN系列）、電子級硅溶膠（KHL系列）、拋光液等產(chǎn)品，可為陶瓷拋光、電子研磨、精密鑄造、造紙、涂料、石油化工、蓄電池等行業(yè)的合作伙伴提供高端個性化定制服務(wù)。

參考來源：

孔慧停.硅溶膠的可控制備及其在化學機械拋光中的應(yīng)用

馬家輝.芯片化學機械拋光中磨料技術(shù)研究進展

曾強.化學機械拋光中復合氧化鈰磨料的研究進展

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