抛光材料网(半导体材料系列（二）——抛光领域材料介绍)

Posted 2023-05-27

篇首语：怀抱观古今，寝食展戏谑。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了抛光材料网(半导体材料系列（二）——抛光领域材料介绍)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

抛光材料网(半导体材料系列（二）——抛光领域材料介绍)

在正式开始之前，先做一下风险提示：

本文所有内容均是产业研究和公司研究的案例，不构成任何投资建议，不构成任何投资推荐。另外还有三点值得注意：

1.短期价格波动几乎不可预测。但巨大利益驱使下市场上会充斥神预测。

2.再好的生意，如果基本条件发生大的变化，也有失败的风险。

3.估值过高的好公司，随着流动性收紧，如果利润增长没有达到预期，也有可能长期回调。

上一篇地回顾半导体材料说到半导体材料，2020年半导体材料市场规模达553亿美元，国内市场占比提升至17.65%。中国大陆半导体材料市场销售额从23.84亿美元增至97.63亿美元，年复合增长率达10.9%，远超世界平均复合增速。

并且在前驱体和电子特气领域做了介绍，简单分析了一家半导体材料的平台型公司雅克科技。今天主要介绍一下在CMP抛光领域的两种核心材料以及两家材料公司。

一、CMP抛光

CMP化学机械抛光是集成电路制造的关键技术，CMP是指化学机械抛光技术（Chemical Mechanical Polishing），又称化学机械平坦化技术，用来对正在加工中的晶圆进行平坦化处理。
CMP主要工作原理是在一定压力下及抛光液的存在下，被抛光的晶圆对抛光垫做相对运动，借助纳米磨料的机械研磨作用与氧化剂、催化剂等的化学腐蚀作用之间的有机结合，将物质从晶圆表面逐层剥离，使被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。也是集成电路制造的关键技术之一。

（安集科技招股书）

（鼎龙股份年报）

单纯的机械研磨，表面平整度高、研磨效率高，但是容易出现表面层损伤；单纯的化学腐蚀，表面精度较高、损伤低，但是速度慢、一致性差。化学机械研磨吸收了两者优点，可以实现纳米级到原子级的表面粗糙度。
CMP处理前晶圆会起伏不平，同层薄膜由于厚度不均会导致电阻值不同，引起电子迁移造成短路。通常起伏不平的晶圆表面还会使光刻时无法准确对焦，导致线宽控制失效等。经过CMP后集成电路全局平整落差在10-100nm，保证其可靠性。

CMP是实现晶圆表面局部平坦化和全局平坦化的最佳方法，使得CMP在集成电路行业的重要性越来越显著，原因是当器件特征尺寸在0.35μm以下时，必须进行全局平面化以保证光刻影像传递的精确度和分辨率。

和很多工序相同，CMP工艺的集成电路比例在不断增加，对CMP材料种类和用量的需求也在增加。更先进的逻辑芯片工艺可能会要求抛光新的材料，为CMP抛光材料带来了更多的增长机会，比如14纳米以下逻辑芯片工艺要求的关键CMP工艺将达到20步以上，使用的抛光液将从90纳米的五六种抛光液增加到二十种以上，种类和用量迅速增长；7纳米及以下逻辑芯片工艺中CMP抛光步骤甚至可能达到30步，使用的抛光液种类接近三十种。同样地，存储芯片由2DNAND向3DNAND技术变革，也会使CMP抛光步骤数近乎翻倍。

在集成电路制造中，CMP材料成本占总成本的7%CMP技术所采用的设备及消耗品主要包括：抛光机、抛光液、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等，其中抛光液和抛光垫为消耗品。CM P抛光材料中抛光液占比为49%，CMP抛光垫成本占比为33%，两者合计占比82%。

二、抛光液
CMP 抛光液的主要原料包括研磨颗粒、各种添加剂和水，其中添加剂的种类根据产品应用也有所不同，如金属抛光液中有金属络合剂、腐蚀抑制剂等，非金属抛光液中有各种调节去除速率和选择比的添加剂。
根据抛光对象不同，抛光液可分为铜抛光液、钨抛光液、硅抛光液和钴抛光液等类别。其中，铜抛光液和钨抛光液主要用于逻辑芯片和存储芯片制造过程，在10nm 及以下技术节点中，钴将部分代替铜作为导线；硅抛光液主要用于硅晶圆初步加工过程中。

安集科技主营业务为关键半导体材料的研发和产业化，目前产品包括不同系列的化学机械抛光液和光刻胶去除剂，主要应用于集成电路制造和先进封装领域。公司成功打破了国外厂商对集成电路领域化学机械抛光液和光刻胶去除剂的垄断，实现了进口替代，使中国在该领域拥有了自主供应能力。

在化学机械抛光液板块，公司积极加强并全面开展全品类产品线的布局，旨在为客户提供完整的一站式解决方案。一方面，公司化学机械抛光液包括硅抛光液，浅槽隔离（STI）抛光液，介质层抛光液，钨抛光液，铜以及铜阻挡层抛光液，硅通孔（TSV）抛光液和基于氧化铈磨料的抛光液等系列产品。另一方面，抛光后清洗液是化学机械抛光工艺过程中使用的配套材料，包括铜制程抛光后清洗液，钨制程抛光后清洗液，铝制程抛光后清洗液以及抛光垫清洗液等系列产品。同时，公司还基于化学机械抛光液技术和产品平台，支持客户对于不同制程的需求，定制开发用于新技术新工艺的化学机械抛光液。公司产品已供应国内外多家逻辑芯片和存储芯片制造商，并成为国内主流的抛光液供应商。公司化学机械抛光液已成功用于 130-14nm 逻辑芯片工艺、存储芯片工艺和三维集成工艺，10-7nm 技术节点产品正在研发中。为了支持第三代半导体发展，公司已积极开展相应抛光液产品的技术开发与测试验证。

全球CMP 抛光液市场主要被美国和日本厂商垄断，安集全球占比上升到4.5%,国内市场占比约为20%。

公司铜及铜的阻挡层抛光液占比53%，这一比例在逐渐下降，表明公司在其他抛光液品类的拓展上进展较快。钨抛光液在长江存储中的使用和渗透率快速增长。前面也提到钨抛光液主要用于存储芯片。主要客户为中芯国际、台积电、长江存储、华虹等晶圆制造厂商。

截至 2020 年 12 月 31 日，公司及其子公司共获得 205 项发明专利，其中中国大陆 152 项、中国台湾 44 项、美国 4 项、新加坡 3项、韩国 2 项；另有 226 项发明专利申请已获受理，并拥有多项国际先进技术。

三、抛光垫

抛光垫是一种具有一定弹性且疏松多孔的材料，一般由含有填充材料的聚氨酯构成。抛光垫主要包括聚氨酯抛光垫、无纺布抛光垫、复合型抛光垫等几种类型产品。由于CMP抛光垫在设计和使用寿命方面不断改进，技术壁垒极高；另外，新品测试的流程复杂，认证时间长达1-2年，晶圆厂商为保证有序稳定生产，不轻易更换供应商。CMP抛光垫的生产涉及大量专利技术，而相关核心专利多被美、日、韩所垄断。根据《集成电路制造业用高分子聚合物抛光垫专利分析》（2018）统计，日本拥有专利1053个，美国拥有711个，韩国拥有376个，中国内地拥有244个，中国台湾拥有149个。由此可以看到日本、美国、及韩国在抛光垫市场积累雄厚，也占据了全球抛光垫市场大部分的份额。

随着逻辑芯片制程的提高，单片晶圆的抛光次数也从28nm所需要的约400次提升至5nm的超过1200次，增长超过200%。由于CMP抛光垫的使用寿命有限，通常一个抛光垫的使用寿命仅为45-75小时，随着CMP抛光步骤和抛光次数的增长，对CMP抛光垫的需求将会大幅增长，抛光垫在晶圆制造中占的价值量也将稳步增加。预计中国CMP抛光垫市场规模将从2019年的19.4亿元增长到2024年的29.5亿元。

CMP抛光垫是“受制于人”的重灾区，目前全球CMP抛光垫市场被美国企业所垄断，我国集成电路制造环节所使用的CMP抛光垫几乎全部依赖进口，这是非常危险。经过了 8 年的发展，鼎龙股份子公司鼎汇微电子成为国内唯一一家全面掌握抛光垫全流程核心研发和制造技术的 CMP 抛光垫供应商，抛光垫产品已经覆盖至国内主流晶圆客户。公司与客户建立了良好的沟通，拥有解决客户问题和匹配客户需求的能力。公司的 CMP 抛光垫产品主要技术指标达到市场主流产品要求，填补了该产品领域国产化进口替代的空白，成熟产品逐步放量，生产能力逐期建设，先进制程研究也在持续推进。公司抛光垫业务2019年实现年营业收入1232.82万元，同比增长290.62%，2020年上半年实现营业收入2102.41万元，同比增长2145.96%。2020年全年实现营收7,857万元，较上年同期增长537%。

目前看来，在我国在抛光液以及抛光垫两种核心耗材领域都已经开始实现国产替代，国内晶圆制造厂产线的持续增长会为这些突破了国外垄断的企业带来高速增长。

参考资料：

安集科技招股书

安集科技年报

鼎龙股份年报

万联证券研报

国金证券研报

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