集成電路關鍵制程材料，半導體CMP的市場分析

（文章來源：樂晴智庫）

在晶圓制造材料中，CMP拋光材料占據(jù)了7%的市場。根據(jù)不同工藝制程和技術節(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拋光工藝步驟。從0.35μm技術節(jié)點開始，CMP技術成為了目前唯一可實現(xiàn)全局平坦化的關鍵技術。

化學機械拋光技術(CMP)全稱為Chemical Mechanical Polishing，是集成電路制造過程中實現(xiàn)晶圓全局均勻平坦化的關鍵工藝。集成電路制造過程好比建房子，每搭建一層樓層都需要讓樓層足夠水平齊整，才能在其上方繼續(xù)搭建另一層樓，否則樓面就會高低不平，影響整體可靠性，而這個使樓層整體平整的技術在集成電路中制造中用的就是化學機械拋光技術。

集成電路制造需要在單晶硅片上執(zhí)行一系列的物理和化學操作，工藝復雜，在單晶硅片制造和前半制程工藝中會多次用到CMP技術。在前半制程工藝中，主要應用在多層金屬布線層的拋光中。由于IC元件采用多層立體布線，需要刻蝕的每一層都有很高的全局平整度，以保證每層全局平坦化。

與傳統(tǒng)的純機械或純化學的拋光方法不同，CMP是一種由化學作用和機械作業(yè)兩方面協(xié)同完成的拋光方法，能夠實現(xiàn)晶圓表面的高度（納米級）平坦化效果，是薄膜平坦化的最佳利器，進而能夠改良芯片的整體結構，提升芯片的綜合性能。

根據(jù)IC Insights統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2018年全球CMP拋光材料市場規(guī)模為20.1億美元，其中拋光液和拋光墊市場規(guī)模分別為12.7億美元和7.4億美元，中國拋光液市場規(guī)模約16億人民幣，預計2017-2020年全球CMP拋光材料市場規(guī)模年復合增長率為6%。從產(chǎn)業(yè)鏈上看，CMP拋光材料位于上游。中游為晶圓加工和芯片制造，下游為計算機、通訊、汽車電子、工控醫(yī)療等終端應用。

CMP的主要工作原理是在一定的壓力及拋光液的存在下，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。

CMP拋光材料主要包括拋光液、拋光墊、調節(jié)器、清潔劑等，其市場份額分別占比49%、33%、9%和5%。主要以拋光液和拋光墊為主，至2018年市場拋光液和拋光墊市場分別達到了12.7和7.4億美元。拋光液的作用主要是為拋光對象提供研磨及腐蝕溶解，通常為影響化學機械拋光的化學因素。

拋光墊的作用主要是傳輸拋光液，傳導壓力和打磨發(fā)生化學反應的材料表面，通常為影響化學機械拋光的機械因素。拋光材料的市場容量主要取決于下游晶圓產(chǎn)量，近年來一直保持較為穩(wěn)定增長，預計到2020年全球市場規(guī)模達到23億美元以上，其中拋光液的市場規(guī)模有望在2020年突破14億美元，是帶動整個拋光耗材市場成長主要動力。

拋光液門檻較高。拋光液一般分為二氧化硅拋光液、鎢拋光液、鋁拋光液和銅拋光液。其中銅拋光液主要應用于130nm及以下技術節(jié)點邏輯芯片的制造工藝，而鎢拋光液則大量應用于存儲芯片制造工藝，在邏輯芯片中用量較少。拋光液在CMP過程中影響著化學作用與磨粒機械作用程度的比例，很大程度上決定了CMP能獲得的拋光表面質量和拋光效果。

集成電路工藝的進化帶來了對拋光材料的各種新需求。過去三十年中，集成電路產(chǎn)業(yè)遵循摩爾定律，制程節(jié)點不斷推進，從1997年250nm開始，平均每18個月左右出現(xiàn)新一代技術節(jié)點，目前領先廠商如臺積電等已實現(xiàn)7nm工藝量產(chǎn)，5nm工藝也量產(chǎn)在即。邏輯芯片隨著制程增加，也為CMP拋光液用量帶來了增長機會。

90nm工藝要求的關鍵CMP工藝僅12步左右，所用拋光液的種類約5、6種，而7nm以下工藝CMP拋光步驟甚至可達30步，使用拋光液種類也接近30種，帶動CMP拋光液的種類和用量都迅速增長。

全球芯片拋光液主要被日本Fujimi、HinomotoKenmazai公司，美國卡博特、杜邦、Rodel、Eka，韓國的ACE等所壟斷，占據(jù)全球90%以上的高端市場份額。其中卡博特全球拋光液市場占有率最高，但是已經(jīng)從2000年約80%下降至2017年35%，表明未來全球拋光液市場朝向多元化發(fā)展，本土化自給率提升。國內(nèi)這一市場主要依賴進口，國內(nèi)僅有部分企業(yè)可以生產(chǎn)，但也體現(xiàn)了國內(nèi)逐步的技術突破，以及進口替代市場的巨大。

拋光墊市場目前主要被陶氏化學公司所壟斷，占據(jù)全球拋光墊市場76%的市場份額，在細分集成電路芯片和藍寶石兩個高端領域更是占據(jù)90%的市場份額。其他供應商還包括日本東麗、3M、臺灣三方化學、卡博特等公司，合計份額在10%左右。

根據(jù)全球CMP材料領先企業(yè)Cabot（卡博特）市場預估，隨著晶圓廠產(chǎn)能增長，預計至2023年CMP拋光墊全球市場規(guī)模約9.9億美金，預計未來全球CMP市場復制增長率約6%。隨著未來國內(nèi)晶圓廠大幅投產(chǎn)，測算預計未來5年中國CMP拋光墊市場規(guī)模增速可超10%，至2023年可達約4.40億美金，具有較大的發(fā)展前景。

在政策和資金的支持下，我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，為產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)整體突破創(chuàng)造條件。2020年將是國產(chǎn)晶圓制造企業(yè)崛起元年，隨著中游制造技術能力趕超世界先進，產(chǎn)能有望迅速翻番增長。在政策和資金的支持下，我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，為產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)整體突破創(chuàng)造條件，核心材料國產(chǎn)化配套勢在必行。國內(nèi)晶圓產(chǎn)能增加及先進制程的發(fā)展，將帶動CMP拋光材料需求快速增長。

（責任編輯：fqj）