CMP核心材料正突破海外垄断迎来国产加速期推台锯

发布时间：2022-07-01 18:36:18 来源：亚适五金网

CMP核心材料正突破海外垄断迎来国产加速期

CMP核心材料正突破海外垄断迎来国产加速期关键词 CMP , 抛光集成电路随着摩尔定律快速发展，逻辑芯片的特征尺寸已发展至5nm，存储芯片堆叠层数达到128层。化学机械抛光（CMP）成为集成电路全局平坦化的重要工艺，每一片晶圆在制造中都要经历几道... 集成电路随着摩尔定律快速发展，逻辑芯片的特征尺寸已发展至5nm，存储芯片堆叠层数达到128层。化学机械抛光（CMP）成为集成电路全局平坦化的重要工艺，每一片晶圆在制造中都要经历几道甚至几十道CMP抛光工艺，精确度要求至纳米级别，可以说，CMP对于集成电路的发展起着至关重要的作用。

（图片来源：网络）

CMP技术结合了化学抛光和机械抛光的优势。化学抛光表面精准度较高，对晶圆的损伤较低，完整性好，不容易出现表面/亚表面损伤，但抛光速率较慢。机械抛光表面平坦度较好并且抛光效率高，但容易出现表面/亚表面损伤。CMP则是结合了两者的优点，可以在保证材料去除效率的同时，获得较完美的表面，并且可以实现纳米级到原子级的表面粗糙度。随着集成电路技术节点的提升，CMP抛光高平坦度、高均一性、低缺陷和低压力的要求日益提高。

（图片来源：中国半导体论坛）

抛光材料：CMP工艺的“润滑剂”

抛光材料是CMP工艺过程中必不可少的耗材，根据功能的不同可分为抛光垫、抛光液、调节器、清洁剂等，主要以抛光垫和抛光液为主，两者规模占CMP耗材的82%。

（数据来源：网络）

CMP抛光液由超细固体研磨剂、PH值调节剂、氧化剂、分散剂还有表面活性剂组成，不同成分之间存在着一定的协同作用。抛光液主要用于加强抛光去除率及钝化保护凹处，通常影响化学机械抛光的“化学”因素。高品质抛光液的关键在于控制研磨剂的硬度、粒径、形状等因素，同时让各成分达到合适的浓度，以达到最佳的抛光效果。

抛光垫是在晶圆下面的片状物，材料通常为聚氨酯和无纺布。主要作用是传输抛光液，传导压力，并且维持抛光过程中所需要的机械和化学环境，通常影响化学机械抛光的“机械”因素。抛光垫的使用寿命会影响抛光速率，通常在抛光的过程中会不断消耗，因此其使用寿命成为衡量抛光垫重要技术指标之一，越长的寿命越有利于晶圆厂维持稳定生产。抛光垫的性质直接影响晶圆的表面质量，是关系到平坦化效果的直接因素之一。

（内容来源：网络）

芯片制程提升：CMP耗材需求上涨

在芯片制程不断推进的过程中，必然会出现许多新技术和新衬底，这对抛光材料来说也有新的技术要求。以28纳米工艺为例，晶圆所需要的CMP抛光次数为12-13次，而进入10纳米工艺后，CMP抛光次数达到25-26次，几乎翻了一番。同样的，存储芯片由2DNAND向3DNAND技术的变革，也会增加CMP抛光的次数。同时随着此次全球“芯片荒”，在各国政府大力扶持下，台积电、英特尔和三星等巨头陆续新建晶圆厂，在这过程中使用 CMP 工艺的晶圆厂比例在不断增加，对 CMP材料的种类和用量的需求也在增加。因此，集成电路的快速发展，晶圆厂的持续扩张，直接导致CMP耗材需求持续上涨。

（数据来源：网络）

竞争格局：海外寡头，国内崛起

在全球CPM市场中，CMP抛光材料具有技术壁垒高，认证时间长的特点，抛光垫市场被陶氏公司垄断，在全球占据79%的市场份额，由于抛光垫具有技术、专利、客户体系等壁垒。国外企业在技术积累、专利储备和产品系列上具有较强的优势，并且与全球主要晶圆厂有长期合作，同时拥有已被验证的产品，稳定性及可靠性是被晶圆厂所公认的，在这种情况下，国内企业想要进入供应链相对来说就比较困难。尽管如此，国内抛光垫龙头鼎龙股份依然打破了国外垄断，迎来跨越式发展，并且和中芯国际等国内大厂达成合作。在2021年第一季度中，鼎龙股份的通用打印耗材业务和鼎汇微电子CMP抛光垫业务均实现收入和利润同比双增长，在未来有望受益于中国半导体行业的崛起。

抛光液的核心壁垒在于产品配方和工艺流程控制。在加料、混合和过滤等关键生产流程中，各种组分的顺序、比例、速度和时间等都会影响到终端产品性能，这需要公司持续研究优化找出最佳的方案，因此产品配方和生产工艺流程是每家企业的技术核心。抛光液基本上被美日企业垄断，但市场格局有分散化趋势，美国的卡伯特是全球抛光液市场龙头，2000 年占有率高达 80%，不过到 2017年卡伯特全球占有率下降至36%。其他主要供应商包括日立、富士美、德国Versum等，抛光液市场分散程度相对较高，多元化发展趋势明显，国产实现替代机会较大。目前国内抛光液龙头安集科技已成功打破国外厂商对CMP抛光液的垄断，实现了进口替代，使中国在该领域拥有了自主供应能力。但全球占有率也仅仅只有2%，因此，在这方面还需要花费较长的时间去打通国外市场。其次，在2020年，万华化学基于聚氨酯的上游材料优势计划建设抛光液年产1.5-2万吨，这也将大大加速CMP抛光液国产替代。

（数据来源：网络）

综上，集成电路随着摩尔定律快速发展，芯片的技术节点不断推进，向着高精度、高性能、高集成度以及高可靠性的方向发展，因此，对晶圆表面加工的全局平坦化和一致性提出来前所未有的高要求。CMP 抛光垫和抛光液作为晶圆抛光的必备耗材，很长时间被国外企业垄断，但随着市场格局的分散化趋势以及在“缺芯”背景下晶圆代工厂扩产，CPM耗材需求量不断增加，许多企业意识到上游材料的优势而“进军”CMP相关领域，这让长期占据垄断地位的国际巨头在全球的占有率不断萎缩，鼎龙股份和安集科技作为国内抛光垫和抛光液的龙头企业并且不断崛起，这将意味着国产CMP耗材有更多机会进入市场，给国产替代带来前所未有的好时机。