CMP Sluｒrｙ的蜕与进
岳飞曾说：“阵而后战，兵法之常,运用之妙，存乎一心。”意思是说,摆好阵
势以后出战，这是打仗的常规，但运用的巧妙灵活，全在于善于思考。正是凭此
理念，岳飞打破了宋朝对辽、金作战讲究布阵而非灵活变通的通病,屡建战功。
如果把化学机械抛光 （CＭP，Chemical Ｍｅcｈａｎical Poliｓhiｎg)的全
套工艺比作打仗用兵,那么CMP工艺中的耗材,特别是slurｒy的选择无疑是“运
用之妙”的关键所在。
“越来越平”的ＩC制造ﻭ2006年，托马斯•弗里德曼的专著《世界是平的》论
述了世界的“平坦化”大趋势,迅速地把哥伦布苦心经营的理论“推到一边”。对于
ＩC制造来说，“平坦化”则源于上世纪80年代中期CＭP技术的出现。
ＣＭP工艺的基本原理是将待抛光的硅片在一定的下压力及sｌuｒrｙ（由超细
颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液）的存在下相对于一个抛光垫作旋转
运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面材料的去
除,并获得光洁表面（图1)。
19８８年IＢＭ开始将CＭP工艺用于4Ｍ DRＡM器件的制造,之后各种逻辑电
路和存储器件以不同的发展规模走向CＭＰ。CMP将纳米粒子的研磨作用与氧
化剂的化学作用有机地结合起来,满足了特征尺寸在0.35μm以下的全局平坦化
要求。目前，CMP技术已成为几乎公认的惟一的全局平坦化技术，其应用范围
正日益扩大。
目前,CＭP技术已经发展成以化学机械抛光机为主体，集在线检测、终点检测、
清洗等技术于一体的CMＰ技术,是集成电路向微细化、多层化、薄型化、平坦
化工艺发展的产物。同时也是晶圆由20０mｍ向300ｍm乃至更大直径过渡、
提高生产率、降低制造成本、衬底全局平坦化所必需的工艺技术。
Ｓlurｒy的发展与蜕变ﻭ“CMＰ技术非常复杂，牵涉众多的设备、耗材、工艺
等，可以说ＣMP本身代表了半导体产业的众多挑战。”安集微电子的CEＯ王淑
敏博士说,“主要的挑战是影响ＣMＰ工艺和制程的诸多变量,而且这些变量之间
的关系错综复杂。其次是ＣMP的应用范围广,几乎每一关键层都要求用到CMP
进行平坦化。不同应用中的研磨过程各有差异,往往一个微小的机台参数或耗材
的变化就会带来完全不同的结果，slurｒy的选择也因此成为CMP工艺的关键
之一。”
CＭP技术所采用的设备及消耗品包括：抛光机、slurｒy、抛光垫、后CMP清
洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等。其中ｓluｒr
y和抛光垫为消耗品。Pｒａｘａir的研发总监黄丕成博士介绍说，一个完整的
ＣMP工艺主要由抛光、后清洗和计量测量等部分组成。抛光机、sｌuｒry和
抛光垫是CMP工艺的3大关键要素,其性能和相互匹配决定CMP能达到的表面
平整水平（图2）。
Ｓlurrｙ是ＣＭP的关键要素之一，其性能直接影响抛光后表面的质量。Ｓｌu
ｒry一般由超细固体粒子研磨剂（如纳米级SiO2、Ａl2O3粒子等)、表面活性
剂、稳定剂、氧化剂等组成。固体粒子提供研磨作用，化学氧化剂提供腐蚀溶解
作用。影响去除速度的因素有：slurrｙ的化学成分、浓度；磨粒的种类、大小、
形状及浓度;slｕｒrｙ的粘度、pH值、流速、流动途径等。Slｕｒry的精确混
合和批次之间的一致性对获得硅片与硅片、批与批的重复性是至关重要的，其质
量是避免在抛光过程中产生表面划痕的一个重要因素。
Cabｏｔ Microelectronｉｃs的亚太地区研发总监吴国俊博士介绍说,抛光不
同的材料所需的ｓlurry组成、pＨ值也不尽相同，最早也是最成熟的是氧化物
研磨用sｌurry。用于氧化物介质的一种通用sｌｕrry是含超精细硅胶颗粒（均
匀悬浮)的碱性氢氧化钾(ＫＯH）溶液，或氢氧化胺(NＨ4ＯH)溶液。ＫＯH类
slurry由于其稳定的胶粒悬浮特性,是氧化物CMP中应用最广的一种slurrｙ。
K+离子是一种可移动的离子玷污,非常容易被互连氧化层,如硼磷硅玻璃（BＰS
G）俘获。NＨ4OＨ类的ｓｌurrｙ没有可动离子玷污,但它的悬浮特性不稳定,
并且成本较高。此类slｕrry的pＨ值通常为10-11，其中的水含量对表面的水
合作用和后面的氧化物平坦化至关重要。
在金属钨(W)的CMP工艺中,使用的典型ｓlurry是硅胶或悬浮Ａl２O3粒子的
混合物,溶液的pＨ值在5.0～6.5之间。金属的CMP大多选用酸性条件，主要
是为了保持较高的材料去除速率。一般来说，硅胶粉末比Ａｌ2O３要软，对硅
片表面不太可能产生擦伤,因而使用更为普遍。WCMP使用的slurｒy的化学成
分是过氧化氢(H2O２）和硅胶或Aｌ2O3研磨颗粒的混合物。抛光过程中,H2
O２分解为水和溶于水的O2,O2与Ｗ反应生成氧化钨（WＯ3)。WO3比W软，
由此就可以将W去除了。
Slｕrrｙ研究的最终目的是找到化学作用和机械作用的最佳结合，以致能获得去
除速率高、平面度好、膜厚均匀性好及选择性高的ｓlurry。此外还要考虑易清
洗性、对设备的腐蚀性、废料的处理费用及安全性等问题。与二十多年前相比,