中國粉體網(wǎng)訊 大約從前年開始，我國氧化鋁產(chǎn)能過剩的苗頭初現(xiàn)，直至當前，產(chǎn)能過剩已愈發(fā)顯現(xiàn)。截止到2022年，我國氧化鋁總建成產(chǎn)能達9695萬噸，而電解鋁建成產(chǎn)能4516.1萬噸。按照一噸電解鋁消耗1.925噸的氧化鋁來計算，國內(nèi)的氧化鋁過剩產(chǎn)能達到了1002萬噸。即便考慮到精細氧化鋁生產(chǎn)消耗量，我國的氧化鋁產(chǎn)能仍嚴重過剩。
價格方面，目前冶金級氧化鋁價格在2700-3220元/噸。據(jù)中粉資訊·粉體價格指數(shù)最新數(shù)據(jù)顯示，我國精細氧化鋁主產(chǎn)區(qū)山東地區(qū)普通煅燒α氧化鋁原粉價格在3320-3500元/噸，普通微粉價格在3650-3850元/噸，相比進口高純氧化鋁動輒幾十萬元每噸的價格，可謂是差距巨大，即便是國產(chǎn)的高純氧化鋁產(chǎn)品，其均價也與高端進口價格相差10萬元/噸左右。
來源：中粉資訊·粉體價格指數(shù)
而據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，從國外進口的用于拋光行業(yè)并對產(chǎn)品指標有細致要求的高純納米氧化鋁，價格可高達100萬元/噸以上。
最頂級、唯一的平坦化拋光技術(shù)——化學機械拋光(CMP)
首先我們來認識一項拋光技術(shù)：化學機械拋光。
20世紀70年代開始，多層金屬化技術(shù)引入到集成電路制造工藝中，使得芯片的立體空間得到了高效利用，提高了器件的集成度。然而這項技術(shù)使得硅片表面不平整加劇，并且由此引發(fā)的一系列問題，嚴重影響了大規(guī)模集成電路的發(fā)展。
化學機械拋光（CMP）是半導體先進制程中的關(guān)鍵技術(shù)，其主要工作原理是在一定壓力下及拋光液的存在下，被拋光的晶圓對拋光墊做相對運動，借助納米磨料的機械研磨作用與各類化學試劑的化學作用之間的高度有機結(jié)合，使被拋光的晶圓表面達到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。根據(jù)不同工藝制程和技術(shù)節(jié)點的要求，每一片晶圓在生產(chǎn)過程中都會經(jīng)歷幾道甚至幾十道的CMP工藝步驟。與傳統(tǒng)的純機械或純化學的拋光方法不同，CMP工藝是通過表面化學作用和機械研磨的技術(shù)結(jié)合來實現(xiàn)晶圓表面微米/納米級不同材料的去除，從而達到晶圓表面的高度（納米級）平坦化效應(yīng)，使下一步的光刻工藝得以進行。
在1988~1991年間，IBM公司在DRAM的生產(chǎn)過程中多次運用CMP技術(shù)。從此以后，CMP技術(shù)廣泛應(yīng)用于集成電路制造領(lǐng)域。CMP是目前在半導體工業(yè)中唯一能夠?qū)崿F(xiàn)全局平坦化的技術(shù)，其技術(shù)的發(fā)展對集成電路的發(fā)展有著重要的影響。
高純納米氧化鋁已成為CMP拋光液的重要磨料
拋光液的性能是影響化學機械拋光質(zhì)量和拋光效率的關(guān)鍵因素之一。拋光液具有技術(shù)含量高、保密性強、不可回收等特點，這使其成為CMP技術(shù)中成本最高的部分。
藍寶石氧化鋁拋光液，實物來源：蘇州納迪微
拋光液主要由磨料、溶劑和添加劑組成，其種類、性質(zhì)、粒徑大小、顆粒分散度及穩(wěn)定性等與最終拋光效果緊密相關(guān)。目前市場上使用最為廣泛的幾種磨料是SiO2、CeO2、Al2O3。SiO2拋光液選擇性、分散性好，機械磨損性能較好，化學性質(zhì)活潑，并且后清洗過程處理較容易；缺點為在拋光過程中易產(chǎn)生凝膠，對硬底材料拋光速率低。CeO2拋光液的優(yōu)點是拋光速率高，材料去除速率高；缺點是黏度大、易劃傷，且選擇性不好，后續(xù)清洗困難。α-Al2O3硬度大、性能穩(wěn)定、不溶于水、不溶于酸堿，對于硬底材料如藍寶石、碳化硅襯底等卻具有優(yōu)良的去除速率。隨著LED藍寶石襯底、硅晶片的需求日益增長以及碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)的興起，Al2O3拋光液在CMP中的應(yīng)用顯得更為重要。
高純納米氧化鋁的制備方法簡介
高純納米氧化鋁常見的制備方法可分為三大類：固相法、氣相法、液相法。
固相法中的碳酸鋁銨熱解法、改良拜爾法、爆炸法等是比較成熟的制備方法。固相法制備超細粉末的流程簡單，無需溶劑，產(chǎn)率較高，但生成的粉末易產(chǎn)生團聚，且粒度不易控制，難以得到分布均勻的小粒徑的高質(zhì)量納米粉體。
氣相法主要有化學氣相沉淀法，通過加熱等方式改變物質(zhì)形態(tài)，在氣體狀態(tài)下發(fā)生反應(yīng)，之后在冷卻過程中形成顆粒。氣相法的優(yōu)點是反應(yīng)條件可以控制、產(chǎn)物易精制，顆粒分散性好、粒徑小、分布窄，但產(chǎn)出率低，粉末難收集。
液相法常見的有醇鋁水解、噴霧干燥、溶膠凝膠、乳化等幾種方法，其中醇鋁水解法是最常用的制備技術(shù)，該法是將異丙仲丁醇或異丙醇鋁的醇溶液加入水中水解，通過控制水解產(chǎn)物的縮聚過程控制產(chǎn)生的顆粒大小，經(jīng)過高溫煅燒制得高純納米氧化鋁。
制備之后還需改性
由于納米α-氧化鋁的硬度很高，因此拋光時易對工件表面造成嚴重的損傷，而且納米氧化鋁的表面能比較高，粒子易團聚，也會造成拋光工件的劃痕、凹坑等表面缺陷。為了提高拋光工件的表面質(zhì)量和粒子的分散穩(wěn)定性，需要對納米氧化鋁進行了表面改性。復雜的生產(chǎn)及加工技術(shù)也使得此種氧化鋁得以“天價”出售。
對納米氧化鋁表面改性的目的是提高顆粒表面規(guī)則度，減少拋光劃痕和凹坑，同時提高氧化鋁磨料分散度和拋光液穩(wěn)定性。常見的處理方法為利用偶聯(lián)劑、有機物、無機物等在硬度較高的氧化鋁粒子表面包覆一層較軟的物質(zhì)以減少拋光劃痕和凹坑等缺陷，進而改善氧化鋁拋光液的穩(wěn)定性和分散性，同時能有效提高拋光磨料的耐磨性能。此外，還可以通過改變氧化鋁顆粒Zeta電位來提高拋光液的穩(wěn)定性。
小結(jié)
目前高純納米市場仍被國外企業(yè)壟斷，如住友化學、法國Baikowski、日本大明化學等，其中住友化學是市場份額最大的企業(yè)。這幾年，從國家層面到產(chǎn)業(yè)界均認識到高純納米氧化鋁的重要性，開始了追趕之路，生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量也達到幾十家，但受限于資本和技術(shù)門檻的限制，這些企業(yè)的產(chǎn)品主要集中在中低端市場，市場競爭力也要弱很多，尤其在CMP拋光用氧化鋁方面，仍依賴于進口，在半導體產(chǎn)業(yè)已成為支撐經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導性產(chǎn)業(yè)的今天，實現(xiàn)高純氧化鋁等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)材料的自主可控勢在必行。
參考來源：
[1]彭進等.化學機械拋光液的發(fā)展現(xiàn)狀與研究方向
[2]孟凡寧等.化學機械拋光液的研究進展
[3]吳俊星等.氧化鋁拋光液磨料制備及其穩(wěn)定性研究進
[4]安集科技2022年度報告
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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