給晶圓“做美容”，為何硅溶膠成主力？

在信息技術革命的驅動下，集成電路作為現代電子設備的核心組件，其制造技術直接決定了信息產業的競爭力?；瘜W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勢，成為集成電路制造中不可或缺的關鍵工藝。在基礎晶圓的加工環節中，CMP通過去除技術實現硅晶圓表面的鏡面級拋光，為芯片、高密度存儲設備和太陽能電池等應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調節劑、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、粒徑尺寸、均勻性及穩定性直接影響著晶圓的表面質量和材料去除率。

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，二氧化硅是應用最廣泛的拋光磨料，硬度適中、形狀規則，拋光后可獲得較好的表面質量，SiO2磨料在溶液中易形成穩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、吸附層和擴散層構成，其中吸附層和擴散層構成硅溶膠特殊的雙電層結構，這是其懸浮穩定性的保證。

來源：科翰硅制品

硅溶膠拋光液在拋光應用中的歷史可以追溯到1965年美國Monsanto公司WALSH和HERZOG的專利，日本Fujimi公司在市場推廣中發揮了重要的作用。硅溶膠拋光液具有很多優良的物理化學性能，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，不斷攪拌反應體系，TEOS經過水解生成活性單體后再進行縮合反應形成溶膠，進而形成三維網絡空間結構的凝膠，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的油相中，被包圍的水核是一個獨立的“微反應器”。由于反應在水核中受控進行，制備的納米顆粒與傳統方法相比較具有分散性好，粒徑分布窄等優點。

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

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生離子交換反應制備活性硅酸，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，最后根據需要對產物進行濃縮與純化而得到所需硅溶膠的一種方法。

傳統模板法

傳統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和不同粒徑的SiO2生成納米二氧化硅微球，再將所得產物在高溫下煅燒，得到具有多孔結構的納米二氧化硅中空微球。

3 國內部分硅溶膠生產企業

二氧化硅拋光液因綜合性能優異、應用場景廣泛，隨著下游市場需求的持續釋放，我國二氧化硅拋光液行業的發展速度將進一步加快。目前，國內硅溶膠技術成熟度不斷提升，已有多家企業具備批量生產能力，具體企業及產品布局如下：

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新為本，集研發、生產、銷售及技術服務為一體的高端半導體材料公司。公司持續深化化學機械拋光液一站式全方位服務，堅定全品類產品線布局。

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。產品已在邏輯芯片、存儲芯片等制程上量產使用。

麥豐新材料

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

企業立足于中高端拋光材料的開發和生產，采用自主研發的專利技術和完備的質量管理體系，開發生產出E、2、AI等五大系列、38種規格系列產品，主要應用于半導體芯片、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。

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開發、生產、銷售和服務的高科技企業。公司建有先進的電子級磨料和拋光液生產線，擁有完整的磨料和拋光液制備、檢測、拋光驗證系統，按ISO9000質量體系進行管理，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商，產品質量和技術能力得到了國內外知名公司的認可。

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、拋光墊等產品的技術研發和產業化，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。公司主要產品包括硅溶膠、拋光液、拋光墊，應用領域涵蓋碳化硅襯底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，專注于生產高端硅溶膠、納米分散液。公司生產大粒徑硅溶膠、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品，應用于電子、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，年產能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山東省科技廳認定的集研發、生產、經營為一體的高新技術企業。投資5000萬元建成產能6萬余噸，儲存能力達7000余噸的硅溶膠企業，成為中國北方硅溶膠生產基地，并且研發出“單質硅法水解法 ”與”水玻璃法離子交換法合成硅溶膠 ”的生產硅溶膠的企業。

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

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用

馬家輝.芯片化學機械拋光中磨料技術研究進展

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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