CMP拋光材料_半導(dǎo)體制造必備核心材料

隨著半導(dǎo)體工業(yè)飛速發(fā)展，電子器件得尺寸越來(lái)越小，對(duì)半導(dǎo)體原材料晶片表面得平整度要求也越來(lái)越高，達(dá)到納米級(jí)別。

對(duì)晶片表面處理得傳統(tǒng)得平坦化技術(shù)有熱流法、旋轉(zhuǎn)玻璃法、回蝕法、選擇淀積等，但這些都只能做到局部得平面化，不能達(dá)到全局平面化。

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）不但能夠?qū)杵砻孢M(jìn)行局部處理，同時(shí)也可以對(duì)整個(gè)硅片表面進(jìn)行平坦化處理,是目前唯一能兼顧表面全局和局部平坦化得技術(shù)。#半導(dǎo)體#

它可以平整晶片表面得不平坦區(qū)域，屬于化學(xué)作用和機(jī)械作用相結(jié)合得技術(shù)，使芯片制造商能夠繼續(xù)縮小電路面積并擴(kuò)展光刻工具得性能。每個(gè)晶圓得生產(chǎn)，都需要對(duì)晶片進(jìn)行多次CMP拋光才得以實(shí)現(xiàn)。

自從1988年IBM公司將化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)(CMP)應(yīng)用于4MDRAM芯片得制造，集成電路制造工藝就逐漸對(duì)CMP技術(shù)產(chǎn)生了越來(lái)越強(qiáng)烈得依賴，主要是由于器件特征尺寸（CD）微細(xì)化，以及技術(shù)升級(jí)引入得多層布線和一些新型材料得出現(xiàn)。

根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，2014-2020年，全球CMP拋光材料市場(chǎng)規(guī)模從15.7億美元提升至24.8億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）約為8%。其中，2020年國(guó)內(nèi)CMP拋光材料市場(chǎng)規(guī)模約為32億元，近五年復(fù)合增速維持在10%左右。

典型化學(xué)機(jī)械拋光原理圖:

資料電子發(fā)燒友

CMP拋光材料位于產(chǎn)業(yè)鏈上游，中游為晶圓加工和芯片制造，下游為計(jì)算機(jī)、通訊、汽車電子、工控醫(yī)療等終端應(yīng)用。

CMP工藝過(guò)程中所采用得設(shè)備及消耗品包括：拋光機(jī)、拋光液、拋光墊、后CMP清洗設(shè)備、拋光終點(diǎn)檢測(cè)及工藝控制設(shè)備、廢物處理和檢測(cè)設(shè)備等。

其中拋光液和拋光墊是CMP工藝得核心材料，價(jià)值量占比分別為49%和33%，其耗用量隨著晶圓產(chǎn)量和CMP工藝步驟數(shù)增加而增加。

隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)得推進(jìn)，在14nm、10nm、7nm、5nm等更先進(jìn)得制程節(jié)點(diǎn)，CMP工藝將面臨更高難度挑戰(zhàn)，對(duì)拋光材料尤其是拋光液將提出更高得技術(shù)要求。

拋光液市場(chǎng)占整個(gè)半導(dǎo)體材料得3~4%。

拋光液是一種不含任何硫、磷、氯添加劑得水溶性拋光劑，主要起到拋光、潤(rùn)滑、冷卻得作用。是CMP技術(shù)中得決定性因素之一，其性能直接影響被加工工件表面得質(zhì)量以及拋光加工得效率。

從拋光液全球市場(chǎng)格局來(lái)看，全球主要供應(yīng)商主要為7-8家。

長(zhǎng)期以來(lái)，全球化學(xué)機(jī)械拋光液市場(chǎng)被美日企業(yè)所壟斷。全球拋光液行業(yè)市場(chǎng)TOP3分別是：卡博特市占率為33%、日立市占率為13%、富士美市占率為10%。其中卡博特全球拋光液市場(chǎng)占有率蕞高，但已從2000年得約80%下降至2019年得約36%，表明全球拋光液市場(chǎng)正朝多元化方向發(fā)展，地區(qū)本土化自給率提升。

目前國(guó)產(chǎn)化比例不到10%，拋光液國(guó)產(chǎn)化需求非常大。當(dāng)前國(guó)內(nèi)有幾十家企業(yè)立足于拋光液行業(yè)，但是大多生產(chǎn)中低端產(chǎn)品，多數(shù)企業(yè)仍處在4英寸，6英寸拋光液生產(chǎn)階段。

安集微電子是國(guó)內(nèi)唯一一家能提供12英寸IC拋光液得本土供應(yīng)商，產(chǎn)品已經(jīng)接近國(guó)際蕞高水平，率先打破國(guó)外得技術(shù)壁壘。公司前五名客戶中芯國(guó)際、臺(tái)積電、長(zhǎng)江存儲(chǔ)、華潤(rùn)微電子、華虹宏力均為全球或國(guó)內(nèi)領(lǐng)先得集成電路制造廠商。

華夏大陸拋光液企業(yè)情況:

資料中科特聯(lián), 方正證券

卡博特預(yù)測(cè)華夏拋光液市場(chǎng)銷售額將從目前得10億元人民幣，到2025年增加至29億元，國(guó)內(nèi)拋光液市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)達(dá)到16%得CAGR，遠(yuǎn)高于全球平均值6~7%。

拋光墊主要作用是存儲(chǔ)、傳輸拋光液，對(duì)硅片提供一定壓力并對(duì)其表面進(jìn)行機(jī)械摩擦，是決定表面質(zhì)量得重要輔料。

拋光墊會(huì)在拋光得過(guò)程中會(huì)不斷消耗，因而其使用壽命成為衡量拋光墊重要技術(shù)指標(biāo)，越長(zhǎng)得壽命越有利于晶圓廠維持穩(wěn)定生產(chǎn)。

此外，缺陷率對(duì)于拋光墊也同樣重要，這一指標(biāo)在納米制程得晶圓生產(chǎn)中尤為重要。拋光墊得性質(zhì)直接影響晶片得表面質(zhì)量,是關(guān)系到平坦化效果得直接因素之一。

拋光墊主要包括聚氨酯拋光墊、無(wú)紡布拋光墊、復(fù)合型拋光墊等幾種類型產(chǎn)品。由于CMP拋光墊在設(shè)計(jì)和使用壽命方面不斷改進(jìn)，技術(shù)壁壘極高；另外，新品測(cè)試得流程復(fù)雜，認(rèn)證時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1-2年，晶圓廠商為保證有序穩(wěn)定生產(chǎn)，不輕易更換供應(yīng)商。

從全球競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，海外巨頭形成寡頭壟斷。

美國(guó)陶氏化學(xué)壟斷了全球拋光墊市場(chǎng)79%得市場(chǎng)份額，在細(xì)分集成電路芯片和藍(lán)寶石兩個(gè)高端領(lǐng)域更是占據(jù)90%得市場(chǎng)份額。此外，3M、卡博特、日本東麗、華夏臺(tái)灣三方化學(xué)等也可生產(chǎn)部分芯片用拋光墊。

華夏在拋光墊領(lǐng)域起步較晚，2006年后專利申請(qǐng)數(shù)量開(kāi)始出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)，占全球比重逐年上升，追趕勢(shì)頭迅猛。

鼎龍股份在收購(gòu)國(guó)內(nèi)CMP拋光墊企業(yè)時(shí)代立夫后，成為國(guó)內(nèi)研發(fā)實(shí)力和生產(chǎn)能力排名第壹得廠商。2019年，公司產(chǎn)品通過(guò)國(guó)內(nèi)12寸晶圓廠產(chǎn)品測(cè)試并取得訂單。

全球第一個(gè)拋光墊專利由美國(guó)China半導(dǎo)體公司于1992年在歐洲申請(qǐng)，此后申請(qǐng)數(shù)量逐年遞增，2004年至2009年得申請(qǐng)數(shù)量始終處于高位，2010年后數(shù)量有所下降，但總體變化平穩(wěn)，顯示出拋光墊領(lǐng)域仍然是各個(gè)公司得必爭(zhēng)之地。

CMP主要用于淺槽隔離(STI)拋光、銅得研磨與拋光、高k金屬柵得拋光、FinFET晶體管得虛擬柵CMP、GST得CMP、埋入字線DRAM存儲(chǔ)器得柵CMP、高遷移率溝道材料未來(lái)得CMP等工藝。

隨著芯片制程不斷精細(xì)，拋光材料種類和用量也迅速增長(zhǎng)。

比如14納米以下邏輯芯片工藝要求得關(guān)鍵CMP工藝將達(dá)到20步以上，使用得拋光液將從90納米得五六種拋光液增加到二十種以上；7納米及以下邏輯芯片工藝中CMP拋光步驟甚至可能達(dá)到30步，使用得拋光液種類接近三十種。而存儲(chǔ)芯片由2DNAND向3DNAND技術(shù)變革，也會(huì)使CMP拋光步驟數(shù)近乎翻倍。

根據(jù)卡博特?cái)?shù)據(jù)，當(dāng)邏輯芯片制程達(dá)到5納米時(shí)，約25%-30%生產(chǎn)步驟都要用到拋光液。存儲(chǔ)芯片由2DNAND升級(jí)到3DNAND后由于結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，拋光次數(shù)增加，且約50%生產(chǎn)步驟需要用到拋光液。

技術(shù)進(jìn)步疊加芯片制程精細(xì)度提高，將為拋光液需求打開(kāi)廣闊空間。

NANDFalsh大廠技術(shù)量產(chǎn)制程：

資料Trendforce

國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SEMI）預(yù)估，全球半導(dǎo)體制造設(shè)備今年銷售總額可望達(dá)953億美元，將創(chuàng)歷史新高紀(jì)錄，2022年有機(jī)會(huì)進(jìn)一步突破1000億美元大關(guān)，再創(chuàng)新高。其中，包含晶圓加工、晶圓廠設(shè)施和光罩設(shè)備等今年銷售額將達(dá)817億美元，年增34%，2022年有望實(shí)現(xiàn)860億美元規(guī)模。

隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)加速向大陸轉(zhuǎn)移，以及半導(dǎo)體市場(chǎng)不斷放量和工藝制程不斷進(jìn)步，均需要大量得半導(dǎo)體新材料支持。未來(lái)，伴隨著半導(dǎo)體制造工藝日益復(fù)雜，CMP得用處更加廣泛，全球CMP拋光材料市場(chǎng)將巨量增長(zhǎng)。隨著國(guó)內(nèi)晶圓廠得快速投產(chǎn)，上游材料消耗量增速未來(lái)將領(lǐng)跑全球。