• 半導體先進制程中的關鍵:CMP拋光材料

    發布日期:2023-03-12 10:34 瀏覽次數:166
      一、拋光材料的概述:
     
      CMP,又名化學機械拋光,是半導體硅片表面加工的關鍵技術之一。
     
      CMP 是半導體先進制程中的關鍵技術,伴隨制程節點的不斷突破,CMP 已成為 0.35μm 及以下制程不可或缺的平坦化工藝,關乎著后續工藝良率。
     
      CMP采用機械摩擦和化學腐蝕相結合的工藝,與普通的機械拋光相比,具有加工成本低、方法簡單、良率高、可同時兼顧全局和局部平坦化等特點。
     
      其中化學腐蝕的主要耗材為拋光液,機械摩擦的主要耗材為拋光墊,兩者共同決定了 CMP 工藝的性能及良率。
     
      CMP的主要工作原理是在一定壓力下及拋光液的存在下,被拋光的晶圓對拋光墊做相對運動,借助納米磨料的機械研磨作用與各類化學試劑的化學作用之間的高度有機結合,使被拋光的晶圓表面達到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。
     
      二、拋光材料的市場
     
      伴隨半導體材料行業景氣度向上,CMP 材料市場有望受下游市場驅動,保持穩健增速。2020 年全球拋光液和拋光墊全球市場規模分別為 13.4 和 8.2 億美元。
     
      中國 CMP 材料市場漲幅趨勢與國際一致,2021 年拋光液和拋光墊市場規模分別為 22 和 13 億元。
     
      中國正全面發展半導體材料產業,CMP 拋光產業未來增長空間廣闊。
     
      隨著芯片制程不斷微型化,IC 芯片互聯結構變得更加復雜,所需拋光次數和拋光材料的種類也逐漸變多。在芯片制造過程中,需要將電路以堆疊的方式組合起來,制程越精細,所堆疊的層數就越多。
     
      在堆疊的過程中,需要使用到氧化層、介質層、阻擋層、互連層等多個薄膜層交錯排列,且每個薄膜層所用到的拋光材料也不相同。
     
      此外,隨著 NAND 存儲芯片結構逐漸由 2D 轉向 3D,CMP拋光層數和所用到的拋光材料種類也在不斷增加。根據美國陶氏杜邦公司公開數據,5nm制程中拋光次數將達 25-34 次,64層 3D NAND芯片中的拋光次數將達到 17-32 次,拋光次數均較前一代制程大幅增加。伴隨制程工藝的發展,CMP材料市場有望不斷擴容,成長空間較大。
     
      三、拋光材料的產業鏈
     
      化學機械研磨/ 化學機械拋光( CMP , Chemical MechanicalPlanarization)是集成電路制造過程中實現晶圓表面平坦化的關鍵工藝。
     
      在化學機械拋光過程中,拋光墊具有儲存和運輸拋光液、去除加工殘余物質、維持拋光環境等功能。目前的拋光墊一般都是高分子材料,如合成革拋光墊、聚氨醋拋光墊、金絲絨拋光墊等,其表面一般含有大小不一的孔狀結構,有利于拋光漿料的存儲與流動。
     
      拋光墊是一種耗材,必須適時進行更換,長時間不更換的拋光墊,被拋光去除的材料殘余物易存留在其中會對工件表面造成劃痕,同時拋光后的拋光墊如果不及時清洗,風干后粘結在拋光墊內的固體會對下一次拋光質量產生影響。
     
      四、未來發展:
     
      1、國產化進程加快。
     
      未來,隨著國內半導體市場不斷增長和國家政策對半導體和集成電路產業的支持,我國CMP拋光墊和拋光液國產化、本土化的供應進程將加快。
     
      2、 專用化、定制化是CMP 未來發展方向。
     
      專用化和定制化將給后起的國產廠商帶來機遇。一方面,國產廠商可以集中有限資源發力研發某一特定應用領域拋光液,如專注銅及銅阻擋層拋光液,以此作為突破口打入市場。另一方面,可以憑借本土化優勢,與國內主流的晶圓制造廠商展開深度合作,研發定制化的產品,逐步構筑壁壘。????
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