给晶圆“做美容”，为何硅溶胶成主力？

在信息技术革命的驱动下，集成电路作为现代电子设备的核心组件，其制造技术直接决定了信息产业的竞争力。化学机械抛光（CMP）凭借其全局平坦化、低缺陷率和高可靠性等核心优势，成为集成电路制造中不可或缺的关键工艺。在基础晶圆的加工环节中，CMP通过去除技术实现硅晶圆表面的镜面级抛光，为芯片、高密度存储设备和太阳能电池等应用提供了理想的基底。

来源：安集科技

影响CMP抛光效果的因素众多，其中抛光液是影响抛光效果的决定性因素。一般来说，抛光液是由磨料、氧化剂、pH调节剂、分散剂和去离子水组成。磨料是抛光液的主要成分，磨料的种类、物理化学性质、粒径尺寸、均匀性及稳定性直接影响着晶圆的表面质量和材料去除率。

1 硅溶胶：CMP抛光液的主流之选

抛光液中常用的磨料为二氧化硅、氧化铝和二氧化铈。其中，二氧化硅是应用最广泛的抛光磨料，硬度适中、形状规则，抛光后可获得较好的表面质量，SiO2磨料在溶液中易形成稳定分散的无定型硅溶胶，其表面含有大量水和羟基。硅溶胶由胶核、吸附层和扩散层构成，其中吸附层和扩散层构成硅溶胶特殊的双电层结构，这是其悬浮稳定性的保证。

来源：科翰硅制品

硅溶胶抛光液在抛光应用中的历史可以追溯到1965年美国Monsanto公司WALSH和HERZOG的专利，日本Fujimi公司在市场推广中发挥了重要的作用。硅溶胶抛光液具有很多优良的物理化学性能，如大的比表面积、高吸附性能、耐热性、绝缘性及分散性，已广泛应用于半导体、蓝宝石、合金、陶瓷等衬底的抛光中。

2 硅溶胶的制备方法

溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是传统的制备纳米二氧化硅的方法，该方法分两步进行，第一步是将正硅酸乙酯（TEOS）与无水乙醇按一定的物质的量比例混合搅拌组成混合溶液A，第二步是将去离子水、氨水、无水乙醇组成的混合溶液B缓慢加入混合溶液A，不断搅拌反应体系，TEOS经过水解生成活性单体后再进行缩合反应形成溶胶，进而形成三维网络空间结构的凝胶，再通过干燥、煅烧制备出球形纳米二氧化硅。

虽然溶胶凝胶法操作简单，但是合成过程中涉及二氧化硅的连续生长与成核，导致合成的纳米二氧化硅颗粒尺寸大且粒径分布宽，难以实现50nm以下纳米二氧化硅的合成。

微乳液法

微乳液法一般由表面活性剂、助表面活性剂、油（通常为极性小的有机物）和水组成微乳液体系，在这个微乳液体系中，表面活性剂包围着水相分散于连续的油相中，被包围的水核是一个独立的“微反应器”。由于反应在水核中受控进行，制备的纳米颗粒与传统方法相比较具有分散性好，粒径分布窄等优点。

由于微乳液合成体系比较复杂，难以完全去除产物中的表面活性剂，在纳米二氧化硅的应用中存在着局限性。

离子交换法

离子交换法是以水玻璃为原料，将其与阳离子交换树脂接触进而发生离子交换反应制备活性硅酸，然后活性硅酸加入已制备的二氧化硅晶种溶液中进行粒子的增长，最后根据需要对产物进行浓缩与纯化而得到所需硅溶胶的一种方法。

传统模板法

传统的模板法主要是以表面活性剂为模板，在表面活性剂上交替吸附相反电荷的聚电解质和不同粒径的SiO2生成纳米二氧化硅微球，再将所得产物在高温下煅烧，得到具有多孔结构的纳米二氧化硅中空微球。

3 国内部分硅溶胶生产企业

二氧化硅抛光液因综合性能优异、应用场景广泛，随着下游市场需求的持续释放，我国二氧化硅抛光液行业的发展速度将进一步加快。目前，国内硅溶胶技术成熟度不断提升，已有多家企业具备批量生产能力，具体企业及产品布局如下：

安集科技

安集微电子科技（上海）股份有限公司是一家以自主创新为本，集研发、生产、销售及技术服务为一体的高端半导体材料公司。公司持续深化化学机械抛光液一站式全方位服务，坚定全品类产品线布局。

公司的介电材料化学抛光液，用于集成电路制造工艺中介电材料如二氧化硅、氮化硅等的去除和平坦化。产品已在逻辑芯片、存储芯片等制程上量产使用。

麦丰新材料

麦丰新材成立于2012年9月，是一家专业从事抛光材料制备及应用技术开发的高科技企业。公司主要产品包括氧化铈、氧化锆、氧化硅、氧化铝抛光液和抛光粉。

企业立足于中高端抛光材料的开发和生产，采用自主研发的专利技术和完备的质量管理体系，开发生产出E、2、AI等五大系列、38种规格系列产品，主要应用于半导体芯片、军工瞄准镜、激光透镜、精密光学镜头、显示玻璃、光掩膜玻璃和光纤等行业。

上海新安纳电子科技有限公司

上海新安纳电子科技有限公司成立于2008年7月，是一家专门致力于电子级纳米磨料和抛光液技术开发、生产、销售和服务的高科技企业。公司建有先进的电子级磨料和抛光液生产线，拥有完整的磨料和抛光液制备、检测、抛光验证系统，按ISO9000质量体系进行管理，是目前中国知名的电子级胶体二氧化硅、蓝宝石抛光液和硅片抛光液供应商，产品质量和技术能力得到了国内外知名公司的认可。

浙江博来纳润电子材料有限公司

浙江博来纳润电子材料有限公司专注于为泛半导体行业平坦化材料提供整体解决方案，致力于电子级纳米氧化硅磨料、泛半导体用CMP抛光液、抛光垫等产品的技术研发和产业化，为半导体衬底等材料的纳米级平坦化提供工艺材料整体解决方案。公司主要产品包括硅溶胶、抛光液、抛光垫，应用领域涵盖碳化硅衬底CMP制程、硅衬底CMP制程、集成电路CMP制程、其他泛半导体材料CMP制程。

山东百特新材料有限公司

山东百特新材料有限公司成立于2009年，专注于生产高端硅溶胶、纳米分散液。公司生产大粒径硅溶胶、小粒径硅溶胶、阳离子硅溶胶、酸性硅溶胶、中性硅溶胶、高纯度硅溶胶、表面改性硅溶胶、彩喷纸硅溶胶、蓄电池硅溶胶、纳米抛光液等三十多种产品，应用于电子、抛光、催化剂、蓄电池、造纸、纺织、耐火材料、精密铸造、涂料等行业，年产能20000吨。

科翰硅制品有限公司

临沂市科翰硅制品有限公司是经山东省科技厅认定的集研发、生产、经营为一体的高新技术企业。投资5000万元建成产能6万余吨，储存能力达7000余吨的硅溶胶企业，成为中国北方硅溶胶生产基地，并且研发出“单质硅法水解法 ”与”水玻璃法离子交换法合成硅溶胶 ”的生产硅溶胶的企业。

目前，科翰量产的碱性硅溶胶（JN系列）、电子级硅溶胶（KHL系列）、抛光液等产品，可为陶瓷抛光、电子研磨、精密铸造、造纸、涂料、石油化工、蓄电池等行业的合作伙伴提供高端个性化定制服务。

参考来源：

孔慧停.硅溶胶的可控制备及其在化学机械抛光中的应用

马家辉.芯片化学机械抛光中磨料技术研究进展

曾强.化学机械抛光中复合氧化铈磨料的研究进展

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