在半导体制造工艺中,化学机械抛光(CMP)是实现晶圆表面全局平坦化的关键环节。而CMP抛光液的性能,直接决定了抛光效率和晶圆表面质量。
随着半导体工艺不断向更先进制程演进,对抛光液分散稳定性的要求也越来越高——抛光液中哪怕存在少量团聚的大颗粒,都可能在晶圆表面造成微划痕,直接拉低良率。先进制程CMP对磨料分散的核心工业指标已提升至:单分散粒径20-80nm、粒径分布PDI≤0.15、72h静置无明显分层、团聚率≤1.2%、抛光零宏观划痕。
然而,我国现阶段高端氧化铈磨料和抛光液仍严重依赖进口,产业界正面临纳米颗粒团聚、高纯度控制、抛光液稳定性及高端国产化不足等一系列瓶颈。

CMP抛光液一般由去离子水、磨料、pH值调节剂、氧化剂以及分散剂等添加剂组成。其中,氧化铈(CeO₂)凭借其优异的抛光性能,被广泛应用于浅沟槽隔离(STI)等关键工艺的CMP抛光液中。
但氧化铈纳米颗粒的分散面临两重挑战:
自发团聚:纳米颗粒比表面积大、表面能高,颗粒之间存在强烈的范德华力,倾向于自发团聚形成大颗粒。研究表明,团聚的氧化铈颗粒在抛光过程中会显著影响抛光效果的稳定性和可重复性。抑制磨料颗粒间的团聚、提高磨料分散悬浮稳定性,是提升抛光效率和降低表面缺陷的重要途径。
快速沉降:氧化铈抛光粉的悬浮稳定性较差,严重的聚集倾向限制了其自身性能,导致晶圆表面出现划痕和产品质量下降。沉降不仅导致抛光液浓度分布不均,沉降后的颗粒重新分散也十分困难。
当团聚的氧化铈颗粒尺寸增大到一定程度时,就会在晶圆表面造成微划痕。在先进制程中,这种微划痕足以导致芯片报废。因此,控制氧化铈研磨颗粒的粒径分布、消除大颗粒团聚体,是保证CMP抛光液品质和抛光良率的关键。

2026年,全球CMP抛光液市场规模预计将达到187亿元。全球CMP材料(包括抛光液、抛光垫和清洗液等)市场规模约42亿美元,其中中国市场约80亿元人民币,占比持续提升。预计到2032年,中国CMP材料市场规模有望超过160亿元人民币,年均增速在10%左右。
市场在增长,但高端氧化铈抛光液的国产化率仍然偏低。纳米颗粒团聚问题主要涉及表面修饰改性、先进分散工艺以及分散助剂调控几个方面,目的是提升悬浮稳定性,有效避免抛光划伤。如何将氧化铈等纳米磨料均匀、稳定地分散在抛光液中,已成为CMP抛光液制备的核心工艺难题。
均界微射流纳米均质技术,为氧化铈抛光液的分散提供了一条全新的技术路径。

物料在超高压驱动下通过金刚石微孔道,形成高速射流对撞,产生超高剪切力、撞击力和空穴效应。在多重物理力的协同作用下,氧化铈团聚体被充分打开,颗粒均匀分散在液相中。
通过微射流均质机分散,可以有效地将二氧化硅、二氧化铈等氧化物均匀分散到纳米级,有效解决抛光液纳米分散中团聚的痛点。
均界HPW系列微射流均质机,从实验型(HPW-10)到中试型(HPW-250)到量产型(HPW-500),全部采用相同的金刚石交互容腔几何结构。实验室跑通的工艺参数(如压力、循环次数),可直接用于中试和量产设备,无需从头验证。

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