CMP是半导体抛光材料和芯片平坦化的必经之路

CMP全称为Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光，是半导体晶片表面加工的关键技术之一。

图表1：集成电路制造过程流程简图

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。

图表2：CMP环节对于晶圆表面平坦化示意图

化学机械抛光采用将机械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺：

化学腐蚀–抛光液：首先是介于工件表面和抛光垫之间的抛光液中的氧化剂、催化剂等于工件表面材料进行化学反应，在工件表面产生一层化学反应薄膜；

机械摩擦–抛光垫：然后由抛光液中的磨粒和由高分子材料制成的抛光垫通过机械作用将这一层化学反应薄膜去除，使工件表面重新裸露出来，然后再进行化学反应。

整个过程是化学作用与机械作用的交替进行，最终完成对工件表面的抛光，速率慢者控制抛光的速率。

图表3：硅片抛光过程示意图

CMP包括三道抛光工序，主要运用到的材料包括抛光垫、抛光液、蜡、陶瓷片等。不同工序根据目的的不同，分别需要不同的抛光压力、抛光液组分、pH值、抛光垫材质、结构及硬度等。CMP抛光液和CMP抛光垫是CMP工艺的核心要素，二者的性质影响着表面抛光质量。

图表4：化学机械抛光示意图

而在CMP环节之中，也存在着各式不同的类别，例如钨/铜及其阻挡层、铝、STI、ILD等。

STI（ShallowTrenchIsolation）即浅沟槽隔离层，他的作用主要是用氧化层来隔开各个门电路（Gate），使各门电路之间互不导通。STI CMP这就是将晶圆表面的氧化层磨平，最终正好使SIN暴露出来。

图表5：STI CMP示意图

Oxide CMP包括了ILD CMP及IMD CMP，主要是将氧化硅（Oxide）磨平至一定厚度，实现平坦化。

图表6：Oxide CMP示意图

在钨、铜、Poly等各类CMP环节之中，其实本质上都是将电门之间的缝隙填充完后，对于不同部分的研磨，使晶圆表面实现平坦化或者使需要暴露出来的材质正好暴露在外。

图表7：钨CMP流程示意图

图表8：Poly CMP流程示意图（Poly为P2）

文章来源：证券研究报告 | 行业深度 《电子半导体材料系列：CMP–晶圆平坦化必经之路，国产替代放量中》国盛证券