CMP技術是現代半導體制造中不可或缺的一部分，隨著半導體工業的發展，CMP技術也在不斷進步，以滿足更高精度和更復雜工藝的需求。CMP拋光一般需要磨粒均勻的懸浮分散在拋光液中，以確保在CMP作業時，磨粒可以均勻的分布在待拋件表面，實現全局平坦化。聽上去簡單，但磨粒會因為范德華力、溫度、雜質等原因聚集，所以拋光液中需要添加分散劑來減少磨粒的團聚現象。當前市面上常用的分散劑主要包括無機分散劑、有機小分子分散劑和高分子分散劑。下面小編將逐一介紹它們。

一、無機分散劑

常用的無機分散劑有六偏磷酸鈉、硅酸鈉、硼砂等。它們是根據電荷平衡原理進行運作的。無機分散劑中通常含有能夠吸附到磨粒表面的陰、陽離子，當分散劑加入拋光液時，這些離子會與因表面缺陷、雜質而帶有一定電荷的磨粒發生中和反應。經過電荷中和后，磨粒間的靜電吸引力會減少，表面帶有相同的電荷則會產生排斥力，以防止粒子之間的聚集，使磨粒可以在均勻、分散的懸浮在拋光液中，以保證CMP制程的穩定性。影響無機分散劑的因素主要有pH值和溫度兩種。在不同pH值下，磨粒表面的電荷和分散劑的離子化程度都會發生變化從而影響分散的效果；溫度則會影響無機分散劑的溶解度和離子活性，進而影響分散劑的分散效果。

二、有機小分子分散劑

常用的有機小分子分散劑有聚乙二醇、烷基苯磺酸鹽、季銨鹽等。它們是基于空間位阻效應和電荷平衡原理兩種機制來進行運作的。有機小分子分散劑中通常含有一個或多個親水基團、疏水基團。在分散劑進入拋光液時，疏水基團會吸附到磨粒表面形成一個保護層，防止粒子之間進行直接接觸，從而減少了粒子的聚集可能性；而親水基團能夠與水分子形成氫鍵，使有機小分子分散劑能夠在水相中良好溶解。部分親水基團可能帶有電荷，通過電荷中和或電荷排斥作用以穩定磨粒，防止粒子的聚集。影響有機小分子分散劑的因素包括分子結構、pH值和溫度。有機小分子分散劑的分子結構對拋光液的穩定效果有很大影響，不同的官能團、分子鏈長度和形狀都會影響磨粒表面的吸附行為和穩定效果；在不同pH值下，有機小分子分散劑的電荷狀態和解離度都會發生變化，進而影響分散效果；溫度則會影響有機小分子分散劑的溶解度和分子運動，從而影響拋光液的分散效果。

*空間位阻效應指分子中某些原子或基團彼此接近而引起的空間阻礙作用

低溫、高溫下的空間位阻效應

三、高分子分散劑

常用的高分子分散劑有聚丙烯酸鈉、聚乙烯醇、聚馬來酸等。它們通常是基于磨粒表面的吸附行為、空間位阻效應進行運作的。高分子分散劑內通常含有能夠與磨粒表面產生強烈吸附作用的官能團。這些官能團可能是疏水性的或帶有電荷的，它們可以有效地吸附在磨粒表面。高分子鏈會展開形成一層保護層，以阻止粒子間的聚集，從而使磨粒可以在拋光液中均勻分散。部分高分子分散劑可能會具有潤滑效果，以有效降低磨粒之間的摩擦，提升分散穩定性。影響高分子分散劑的因素有分子量、分子結構、pH值和溫度。高分子分散劑的分子量越大，空間位阻效應就會越強，拋光液的分散穩定性相應的就會越好；高分子的結構和形狀會影響其在粒子表面的吸附行為和空間位阻效應。如具有分支結構的高分子分散劑可以提供更多的吸附位點，從而提升磨粒表面的吸附效果，進而提升拋光液的穩定性；在不同pH值下，高分子分散劑的電荷狀態和溶解度會發生變化，進而影響穩定效果；溫度則會影響高分子分散劑的溶解度和分子鏈的運動，進而影響拋光液的分散效果。

在實際的應用過程中，我們往往需要根據拋光的需求，選用合適的分散劑。在一些相對簡單的、需要可重復拋光的、縮減成本的情況下，會選擇使用單一的分散劑。而在需要高精度表面質量、有多種影響因素、面對特殊材料時，可能會選用混合分散劑。選擇分散劑需要考慮材料的化學性質、pH值、溫度、磨粒類型等因素，再經過大量的實驗，尋找最合適的、特定的、符合拋光需求的分散劑，以達到最好的拋光效果。

參考文獻：

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圖源：Chemical Book、澎湃新聞

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