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上篇 『輕鬆了解 CMP化學機械研磨』中，提到了CMP研磨液 (CMP slurry) 是化學機械研磨的3大耗材之一

CMP slurry 在 CMP 中同時扮演了化學反應與機械移除的作用。因此，CMP研磨液成分中，除了化學物質外，也包含研磨顆粒 (abrasive) 的存在

可想而知，想要快速秒懂CMP研磨液的成分，只要分成三大類 (研磨顆粒種類 / 化學添加劑種類 / CMP製程種類) 進行了解就行 !

本文將從這三大類資訊拆解CMP研磨液種類，不同CMP製程種類的CMP slurry特點也超不同，我們先從研磨顆粒種類開始吧~​

CMP研磨液成分1》Slurry abrasive的種類

CMP slurry abrasive 可以分為三大部分，氧化鋁 / 氧化矽 / 氧化鈰，其中氧化矽又有分為Fumed Silica / Colloidal silica

根據 Linx consulting 的市調，雖然數據是2017年的調查，但可看到趨勢上：

1. 氧化鋁研磨粒子 減少

2. Fumed Silica 減少

3. Colloidal silica 增加

4. 氧化鈰研磨粒子 增加

這樣大家應該知道重點在哪裡了吧 ! (Linx consulting的報告是網路公開資訊，下方索取)

《以前常用，現在越來越少的abrasive》氧化鋁研磨粒子 (Aluminum oxide)：

在半導體製程發展初期，氧化鋁是過去最泛用的Slurry研磨粒子

當時對於平坦化的要求並不像現在這麼高，因此氧化鋁研磨粒子的高RR特性就成為了優勢

不過由於氧化鋁相對容易產生刮傷defect的問題，在現階段的高階需求就無法滿足，市場佔比越來越少

《最普遍在用的abrasive》氧化矽研磨粒子 (Silicon oxide)：

氧化矽的研磨粒子可概略分為兩大製程，燒結法 (Fumed Silica) 與溶膠凝膠法 (Colloidal silica)

Fumed Silica 呈現較不規則狀，伴隨著尖角，因此相對的RR較高，但對 Wafer 造成刮傷 defect 的風險較大

相反的，Colloidal silica 擁有較平順的圓球型態，因此對於 Step height、Dishing、Erosion 等平坦化指標表現較優

《有特殊化學作用的abrasive》氧化鈰研磨粒子 (Cerium oxide)：

氧化鈰最主要用於研磨 Oxide 的 CMP製程，原因是因為它會與二氧化矽層產生鍵結作用力，並帶走欲移除的二氧化矽 (這個作用力的專有名詞叫 Chemical tooth，這篇文獻有講到)

氧化鈰研磨粒子有點像是標靶藥物的概念，對於移除二氧化矽的專一性很強；因此，它也有高選擇比的美名，abrasive的含量也不需要太高

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CMP研磨液成分2》Slurry chemical的種類

1. pH adjust (pH調整劑)

不同的pH值會影響研磨表現，不同CMP製程也需要不同的pH值，故需pH調整劑

2. Oxidizer (氧化劑)

增加金屬氧化速率，提升研磨率

3. Corrosion inhibitors (腐蝕抑制劑)

避免不需要移除的材料被腐蝕，或減少腐蝕的速率避免過度研磨

4. Complexing agents (錯合劑)

保持已移除的物質在slurry中的穩定性

5. Biocides (生物抑制劑)

避免微生物的生長，提升slurry的存放時間

化學機械研磨製程中分為很多不同CMP種類，常聽到像是Oxide CMP、Copper CMP、Tungsten CMP。當然，所使用的CMP slurry也就不太相同​

用於 Oxide製程 的 CMP研磨液

Oxide CMP，也就是移除氧化矽的 CMP，通常為強鹼性，因為氧化矽怕鹼 (你一定聽過不建議用玻璃瓶裝強鹼)

但單純用強鹼無法使氧化矽快速的被腐蝕，因此 Oxide slurry 中通常擁有大量的研磨粒子，以幫助增加機械力移除 Oxide

所以，在 Oxide製程中的CMP slurry，abrasive的含量通常比 Copper製程 slurry 或 Tungsten製程 slurry 來得高很多

Oxide slurry 中的研磨粒子，種類包含二氧化矽 (Silica abrasive)、也有二氧化鈰 (Ceria abrasive)

從文獻中可看到，Ceria abrasive 存在上述所提的 chemical tooth，abrasive含量僅需0.1~4%，且pH值大約落於中性。而 Silica abrasive 可能高達10~30%，pH值大約落於鹼性

用於 Tungsten製程 的 CMP研磨液

Tungsten (鎢) CMP，鎢這種金屬要在強酸下進行氧化,，因此Tungsten slurry pH值通常落在2~3之間

鎢被slurry的化學反應形成氧化鎢後，硬度變軟，便可藉由 abrasive 進行機械移除；若鎢沒有被 slurry 順利氧化，則 RR (Removal rate , 移除率) 將會很低

因此其速率決定步驟還是在於slurry中化學物質對鎢的作用，故常說Tungsten CMP是化學移除力占比較多的

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用於 Copper製程 的 CMP研磨液

Copper，銅(Cu) CMP,可以說是這三大 CMP 製程中，slurry 配方最複雜的製程

由於銅在 slurry 中，除了會被氧化之外，甚至會自己游離成銅離子，並且在中性的環境下就會發生，因此 Cu slurry 幾乎為中性

單純把 wafer 接觸 slurry，wafer 表面的銅就會自己被腐蝕，不需要 CMP 也會有 RR

那為什麼還要有Copper CMP呢?

因為單純腐蝕的 RR 太低，半導體製程是一個講求時間效率的製程，所以還是必須搭配 CMP 來加速

然而最害怕的是，CMP 中 Cu 的腐蝕，移除速率太快容易造成 dishing 或 Erosion 的問題

所以在 Cu slurry 中，除了氧化劑之外，也含有鰲合劑 (幫助鰲合游離的銅離子，避免再次沉積回去)，以及腐蝕抑制劑 (避免 Cu 過度被腐蝕)

故 Copper CMP 也是化學移除力占比較多的製程

CMP Slurry 供應商有哪些

1. DUPONT

2. CMC Materials

3. Fujimi

4. AGC

5. ACE nanochem