CMP技术是现代半导体制造中不可或缺的一部分，随着半导体工业的发展，CMP技术也在不断进步，以满足更高精度和更复杂工艺的需求。CMP抛光一般需要磨粒均匀的悬浮分散在抛光液中，以确保在CMP作业时，磨粒可以均匀的分布在待抛件表面，实现全局平坦化。听上去简单，但磨粒会因为范德华力、温度、杂质等原因聚集，所以抛光液中需要添加分散剂来减少磨粒的团聚现象。当前市面上常用的分散剂主要包括无机分散剂、有机小分子分散剂和高分子分散剂。下面小编将逐一介绍它们。

一、无机分散剂

常用的无机分散剂有六偏磷酸钠、硅酸钠、硼砂等。它们是根据电荷平衡原理进行运作的。无机分散剂中通常含有能够吸附到磨粒表面的阴、阳离子，当分散剂加入抛光液时，这些离子会与因表面缺陷、杂质而带有一定电荷的磨粒发生中和反应。经过电荷中和后，磨粒间的静电吸引力会减少，表面带有相同的电荷则会产生排斥力，以防止粒子之间的聚集，使磨粒可以在均匀、分散的悬浮在抛光液中，以保证CMP制程的稳定性。影响无机分散剂的因素主要有pH值和温度两种。在不同pH值下，磨粒表面的电荷和分散剂的离子化程度都会发生变化从而影响分散的效果；温度则会影响无机分散剂的溶解度和离子活性，进而影响分散剂的分散效果。

二、有机小分子分散剂

常用的有机小分子分散剂有聚乙二醇、烷基苯磺酸盐、季铵盐等。它们是基于空间位阻效应和电荷平衡原理两种机制来进行运作的。有机小分子分散剂中通常含有一个或多个亲水基团、疏水基团。在分散剂进入抛光液时，疏水基团会吸附到磨粒表面形成一个保护层，防止粒子之间进行直接接触，从而减少了粒子的聚集可能性；而亲水基团能够与水分子形成氢键，使有机小分子分散剂能够在水相中良好溶解。部分亲水基团可能带有电荷，通过电荷中和或电荷排斥作用以稳定磨粒，防止粒子的聚集。影响有机小分子分散剂的因素包括分子结构、pH值和温度。有机小分子分散剂的分子结构对抛光液的稳定效果有很大影响，不同的官能团、分子链长度和形状都会影响磨粒表面的吸附行为和稳定效果；在不同pH值下，有机小分子分散剂的电荷状态和解离度都会发生变化，进而影响分散效果；温度则会影响有机小分子分散剂的溶解度和分子运动，从而影响抛光液的分散效果。

*空间位阻效应指分子中某些原子或基团彼此接近而引起的空间阻碍作用

低温、高温下的空间位阻效应

三、高分子分散剂

常用的高分子分散剂有聚丙烯酸钠、聚乙烯醇、聚马来酸等。它们通常是基于磨粒表面的吸附行为、空间位阻效应进行运作的。高分子分散剂内通常含有能够与磨粒表面产生强烈吸附作用的官能团。这些官能团可能是疏水性的或带有电荷的，它们可以有效地吸附在磨粒表面。高分子链会展开形成一层保护层，以阻止粒子间的聚集，从而使磨粒可以在抛光液中均匀分散。部分高分子分散剂可能会具有润滑效果，以有效降低磨粒之间的摩擦，提升分散稳定性。影响高分子分散剂的因素有分子量、分子结构、pH值和温度。高分子分散剂的分子量越大，空间位阻效应就会越强，抛光液的分散稳定性相应的就会越好；高分子的结构和形状会影响其在粒子表面的吸附行为和空间位阻效应。如具有分支结构的高分子分散剂可以提供更多的吸附位点，从而提升磨粒表面的吸附效果，进而提升抛光液的稳定性；在不同pH值下，高分子分散剂的电荷状态和溶解度会发生变化，进而影响稳定效果；温度则会影响高分子分散剂的溶解度和分子链的运动，进而影响抛光液的分散效果。

在实际的应用过程中，我们往往需要根据抛光的需求，选用合适的分散剂。在一些相对简单的、需要可重复抛光的、缩减成本的情况下，会选择使用单一的分散剂。而在需要高精度表面质量、有多种影响因素、面对特殊材料时，可能会选用混合分散剂。选择分散剂需要考虑材料的化学性质、pH值、温度、磨粒类型等因素，再经过大量的实验，寻找最合适的、特定的、符合抛光需求的分散剂，以达到最好的抛光效果。

参考文献：

1、周薇,常宏涛,张存瑞,等.抛光浆料的组成对抛光性能的影响[J].内蒙古科技大学学报.

2、童巨特.新型氧化铈抛光液的研制及其抛光性能研究[D].南京航空航天大学.

3、余欢,彭阳峰,高玮,等.氧化铈抛光液在醇-水体系中的分散悬浮性及其抛光性能研究[J].稀土.

图源：Chemical Book、澎湃新闻

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