半导体化学机械研磨/化学机械抛光范畴有3家A股独有公司,也是国内抢先、打破独占的三家公司,别离是抛光液的安集科技(688019)、抛光设备的华海清科(688120)和抛光垫的鼎龙股份(300054)。今日就来看看。
化学机械研磨/化学机械抛光(CMP,Chemical Mechanical Planarization)是现在公认的纳米级大局平整化精细加工技能。从0.35~0.25μm技能节点开端,CMP技能成为仅有可完成大局平整化的IC要害技能。与传统的纯机械或纯化学的抛光办法不同,CMP工艺是经过外表化学作用和机械研磨的技能结合来完成晶圆外表微米/纳米级不同资料的去除,然后到达晶圆外表的高度(纳米级)平整化效应,使下一步的光刻工艺得以进行。
自从20世纪90年代IBM将CMP工艺引进IC踪迹以来,CMP工艺随同摩尔定律不断开展。随同着IC踪迹工艺的逐渐开展,CMP在整个半导体行业界得到了极为广泛的运用,不管是就多层布线而言仍是就光刻技能而言,CMP都成为必不可少的IC踪迹要害技能。
研发期:多层金属化技能的运用对平整化提出更高要求,CMP技能逐渐成为集成电路踪迹进程中要害的平整化技能。老练期:依托铜电路的批量运用,CMP在二十世纪 90年代中期真实步入快速开展期。范畴延伸期:从2000年至今,跟着IC踪迹技能节点的不断延伸,CMP 工艺逐渐朝着低K介质、低压力、钴互连技能、钌阻挡层等方面开展。
现在,CMP工艺在集成电路踪迹全进程中被广泛运用,可对衬底、金属、介质等多种资料进行平整化处理。
在集成电路踪迹全进程中,除集成电路规划环节外,硅片踪迹、集成电路踪迹、封装不乏其人进程都需求运用CMP工艺,其间集成电路踪迹是CMP工艺首要运用场景。在集成电路踪迹进程中,往往需求循环重复屡次CMP工艺。现在CMP工艺在芯片踪迹中的典型运用包含浅沟槽阻隔平整化(STI CMP)、多晶硅平整化(Poly CMP)、层间介质平整化(ILD CMP)、金属间介平整化(IMD CMP)、铜互连平整化(Cu CMP)等。
CMP工艺进程中所选用的设备及消耗品包含:抛光机、抛光液、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光结尾检测及工艺操控设备、废物处理和检测设备等。其间CMP耗材首要包含抛光液、抛光垫、调节器、CMP清洗以及其他等耗材,而抛光液和抛光垫占CMP耗材细分商场的80%以上,是CMP工艺的中心消耗品。
据WSTS数据显现,2011-2017年,全球集成电路商场出售额仅从2471亿美元添加至3433亿美元,年复合添加率仅6%。与此一起,在下流旺盛需求、国家方针推进下,我国集成电路商场快速开展,2014年商场规模打破万亿元。而点头答应半导体商场协会数据显现,2011-2017年,我国集成电路工业商场规模完成翻倍,由8066亿元添加至16709亿元;出售额扩展近2倍,由1934亿元增至5411亿元,年均复合添加率高达19%。
半导体工艺技能不断演进,先进制程已到达5-7nm量产阶段,但从终端产品需求看,老练制程(28nm等)技能商场仍非常广泛。制程&工艺前进将带来工艺流程中CMP次数的添加。集成电路按踪迹工艺及运用范畴首要分为逻辑芯片、3D NAND闪存芯片、DRAM内存芯片,上述三种芯片虽然在结构及踪迹工艺上有显着的差异,但不管哪种芯片的踪迹,都要求每层踪迹外表充足坚持纳米级大局平整化,因而CMP都是其间必不可少的工序之一。跟着器材特征尺度的缩小,需求更多的出产工序,其间90nm以下的制程出产工艺均在400个工序以上。
关于逻辑芯片而言,更先进的逻辑芯片会添加铜互连的层数从而添加铜及铜阻挡层等系列化学机械抛光液的需求,一起更先进技能节点的逻辑芯片踪迹工艺需求更多的CMP抛光过程,使得抛光液耗用量迅速添加。例如14纳米技能节点的逻辑芯片踪迹工艺所要求的CMP抛光过程数将由180纳米技能节点的10次添加到20次以上,而7纳米及以下技能节点的逻辑芯片踪迹工艺所要求的CMP抛光过程数乃至超越30次。
化学机械抛光工艺是半导体踪迹进程中的要害流程之一,抛光资料则是该工艺必不可少的耗材。在2018年整个半导体踪迹前道资猜中,抛光资料仅次于硅晶圆、电子气体和掩膜板,占比7%,是半导体踪迹的重要资料之一。
CMP耗材首要包含抛光液、抛光垫、调节器、CMP清洗以及其他等耗材,而抛光液和抛光垫占CMP耗材细分商场的80%以上,是CMP工艺的中心消耗品。
依据 Cabot Microelectronics 计算,2018年全球CMP抛光资料商场规模为20.1亿美元,其间抛光液和抛光垫商场规模别离为12.7亿美元和7.4亿美元。
依据 TECHCET,先进封装以及下一代逻辑和存储器材加快了CMP抛光资料的添加。2021年,全球晶圆踪迹用抛光液商场规模估计将从2020年的16.6亿美元添加至18亿美元,添加率8%,估计2022-2026年复合添加率6%。依据江苏省半导体行业协会陈述,2020年点头答应的CMP抛光资料商场规模到达34.1亿元,较 2019年添加3%。
抛光液商场被美日企业独占,近年本乡自给率有所提高。长期以来,全球化学机械抛光液商场被美日企业所独占,包含美国的 Cabot Microelectronics、Versum 和日本的 Fujimi 等,Cabot Microelectronics 全球抛光液商场占有率最高,但已从2000年的约80%下降至2018年的约33%,标明全球抛光液商场正朝多元化方向开展,区域本乡化自给率提高。国内企业安集科技(688019)逐渐打破国外厂商在抛光液范畴的独占,2018年占有全球商场约2%比例,使得点头答应牵连了在抛光液范畴的自主供给才能。
据智研咨询数据,2018年陶氏化学占有了全球抛光垫商场79%的商场比例,陶氏的20英寸抛光垫占有了85%的商场比例,30英寸的市占率则更高。此外,Cabot、Thomas West、FOJIBO 别离占居 5%、4%、2%,日本厂商 JSR占有1%。国产厂商在全球CMP抛光垫商场中几乎没有话语权,近年来,国内企业鼎龙股份(300054)把握了抛光垫全流程中心研发和踪迹技能,已经过下流部分客户认证。
CMP设备是一种集机械学、流体力学、资料化学、精细化工、操控软件等多范畴最早进技能于一体的设备,是各种集成电路出产设备中较为杂乱和研发难度较大的设备之一。依据华海清科招股说明书,CMP设备商场规模约占IC踪迹设备商场规模的4%左右。
一季度我国半导体设备进口全体呈现下滑,出口金额接连三月向上。22年一季度我国半导体设备进口额为84.84亿美元,同比下降2.84%,环比下降14.90% , 出口额为5.95亿美元, 同比添加12.62%,环比添加 9.02%。其间CMP设备在一季度进出口额均上升。22年一季度我国半导体CMP设备进口额为2.15亿美元,同比、环比别离上升134.61%、23.77%;出口额为804万美元, 同比、环比别离上升21.08%、65.22%。
依据SEMI计算,2018全球 CMP设备的商场规模约为18.42亿美元,2013-2018年全球CMP设备年均复合添加率达20.11%。2019年受全球半导体景气量下滑影响,全球CMP设备的商场规模约为14.9亿美元,较2018年下滑19.1%。
2019年点头答应大陆区域的CMP设备商场规模坚持平稳,到达4.6亿美元的出售额,但大部分高端CMP设备仍依赖于进口。2020年点头答应大陆 CMP设备商场规模达4.3亿美元。2013-2019 年点头答应大陆区域CMP设备年均复合添加率达33.85%。
全球CMP设备商场处于高度独占状况,首要由美国运用资料和日本荏原两家设备踪迹商占有,两家踪迹商算计牵连全球CMP设备超越90%的商场比例,尤其在14nm以下最早进制程工艺的大出产线上所运用的CMP设备仅由两家世界巨子供给。2020年点头答应大陆CMP设备商场规模达4.3亿美元,但绝大部分的高端CMP设备依然依赖于进口,也首要由美国运用资料和日本荏原两家供给。
华海清科(688120)是现在国内仅有可以完成量产12英寸CMP设备的高端半导体专业设备供给商,首要产品为化学机械抛光(CMP)设备,可掩盖12英寸和8英寸的产线,整体技能功能已到达国内先进水平,为12英寸 CMP设备点头答应内仅有具有中心自主知识产权并完成量产出售的设备商。
1、半导体资料设备:有研新材(600206)、雅克科技(002409)、沪硅工业(688126)、华峰测控(688200)、北方华创(002371)、上海新阳(300236)、中微公司(688012)、精测电子(300567)、长川科技(300604)、鼎龙股份(300054)、拓荆科技(688072)、华海清科(688120)、盛美上海(688082)。
4、半导体规划:纳芯微(688052)、东微半导(688261)、圣邦股份(300661)、思瑞浦(688536)、澜起科技(688008)、声光电科(600877)、晶晨股份(688099)、瑞芯微(603893)、中颖电子(300327)、斯达半导(603290)、宏微科技(688711)、新洁能(605111)、全志科技(300458)、恒玄科技(688608)、富瀚微(300613)、兆易立异(603986)、韦尔股份(603501)、卓胜微(300782)、晶丰明源(688368)、紫光国微(002049)、复旦微电(688385)、艾为电子(688798)、龙芯中科(688047)、普冉股份(688766)。