磨粒(Abrasive)是研磨或研削時用來磨除材料的硬質微粒,也稱為研磨材。在半導體領域,從CMP(化學機械研磨)的研磨液、矽晶圓的研光與拋光,到晶背研磨與切割所用的砂輪、刀片,幾乎所有將晶圓磨平、薄化、切開的製程都會用到。磨粒的材質、大小、形狀與硬度,決定了磨除速度與完成表面的品質。
半導體使用的主要磨粒如下。(1)二氧化矽(SiO₂):以膠體二氧化矽或燻矽(fumed silica)的形式,最廣泛用於氧化膜、銅、鎢的CMP及晶圓的最終拋光。(2)氧化鈰(CeO₂):容易與氧化膜發生化學反應,以少量粒子即可快速研磨,且能相對於氮化膜選擇性地磨除氧化膜,因此用於STI(淺溝槽隔離)的CMP。(3)氧化鋁(Al₂O₃):硬度高,用於金屬CMP與研光。(4)鑽石:最硬,用於晶背研磨砂輪、切割刀片,以及SiC等硬質基板的加工。
磨粒分為分散於液體中、搭配研磨墊使用的游離磨粒,以及以樹脂或金屬固結成砂輪或刀片的固定磨粒。在CMP研磨液中,除了平均粒徑之外,極少量混入的大粒子或凝聚塊,是在晶圓上造成深刮傷(scratch)的最大原因,因此會嚴格管控粗大粒子的數量,並在使用前以過濾器去除。砂輪與刀片則以鑽石粒的大小(粒度號數)及固結用結合劑的種類,調整磨除速度與表面粗糙度、崩缺(chipping)之間的平衡。