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【智富+一研堂】电子行业深度报告

东方赢家 2020-10-16 10:46:49


电子行业深度报告——CMP 抛光垫需求旺盛,国产替代可期



核心观点


  • CMP抛光垫是晶圆制造环节关键材料。晶圆制造过程中需要多次使用CMP工艺,CMP技术能够实现全局平坦化,是目前效果最好、应用最广泛的平坦化技术。抛光垫价值量占抛光材料的六成,其力学性能和表面组织特征对于平坦化的效果非常关键,是CMP工艺的技术核心和价值核心。

  • 产业景气度旺盛拉动抛光垫需求。全球半导体产业景气度旺盛,未来几年在以中国大陆为首的晶圆厂建厂潮催化下,晶圆代工产业将迎来加速扩张,进而拉动CMP抛光垫的需求。

  • CMP抛光垫进口替代空间广阔。当前全球抛光垫市场呈现寡头垄断格局,陶氏化学占据抛光垫市场近八成份额,国内缺乏独立自主知识产权和品牌,庞大的国内市场完全被外资产品所垄断,进口替代空间广阔。国产材料具有明显的价格和服务等优势,大陆建厂热潮有望驱动国内 CMP抛光垫厂商加速发展

  • 鼎龙股份CMP抛光垫业务进展顺利,有望率先取得突破。近年来我国抛光垫专利申请数量逐渐增多,鼎龙股份在抛光垫领域积累多年,计划募投两期项目实现年产能50万片,一期项目已于去年实现试产,目前产品验证进展顺利;今年4月公司专门投资建设的评价测试中心投入使用,有望缩短测试周期,去年7月,公司获批加入中国集成电路材料和零部件产业技术创新战略联盟,对公司在CMP抛光垫领域的市场推广以及未来持续产业整合起到促进作用,CMP抛光垫业务发展有望提速。


CMP 抛光垫是晶圆制造环节关键材料


CMP技术即化学机械抛光(Chemical-Mechanical Planarization),是指在晶圆制造过程中,使用化学及机械力对晶圆进行平坦化处理的过程。集成电路的制造是在单晶硅的衬底上进行一系列的物理和化学加工的过程,其从熔炼原料到形成成品的总过程大概需要400多道工序,工序繁多且工艺复杂,其中需要多次使用CMP技术。

随着半导体工业沿着摩尔定律的曲线极速发展,集成电路特征尺寸不断减小,布线层数不断增加,对平坦化的要求也相应愈加变高,使得CMP技术重要性愈发显著。如果平坦化处理未到位,晶片的起伏随着层数增多变得更为明显,同层金属薄膜由于厚度不均导致电阻值不同,引起电致迁移造成电路短路。起伏不平的晶片表面还会使得光刻时无法准确对焦,导致线宽控制失效,严重限制了布线层数,降低集成电路的使用性能。


CMP技术是目前效果最好、应用最广泛的平坦化技术。在不同平坦化技术的比较中,CMP技术的平坦技术表现远超过其他技术,是目前能够实现有效全局平坦化的唯一技术。目前产业内对于0.35um及以下的器件必须进行全局平坦化,而CMP技术具有能够全局平坦化、能够平坦化不同的材料、能去除表面缺陷、改善金属台阶覆盖及其相关可靠性、使更小的芯片尺寸增加层数变为可能等多重优点,因此得到了广泛的认可和应用。


CMP技术所应用的抛光液、抛光垫、抛光浆料是硅晶圆及芯片进行工业处理的的三大消耗品,其中抛光工艺的技术核心和价值核心均在抛光垫。抛光垫的主要作用包括:

  • 储存和输送抛光液,维持抛光所需的化学环境,保证工艺的均匀性;

  • 使化学反应物和抛光碎屑等副产物顺利排出加工系统;

  • 提供材料去处所必需的机械载荷,为磨粒磨擦作用创造条件。


选择合适的抛光垫是控制和优化CMP的关键。在CMP工艺中应用的抛光垫主要是高分子材料抛光垫,其主要成分是发泡体固化的聚氨酯。抛光垫表面和内部有很多微孔,表面具有一定数量的微凸体,较为粗糙。在硅片进行化学机械抛光时,正是利用了抛光垫的多孔性和表面粗糙性。抛光垫表面和内部的微孔能起到收集加工去除物、传送抛光液以及保证化学腐蚀等作用,有利于提高抛光均匀性和抛光效率。抛光垫表面上的微凸峰用于支承抛光液中的磨粒,或与被抛光硅片表面层产生摩擦,直接或间接去除硅片表面材料。抛光垫的力学性能,微孔形状、孔隙率、沟槽形状等表面组织特征,都可以通过影响抛光液流动和分布,来决定抛光效率和平坦性指标,因此抛光垫的选择对于平坦化的效果非常关键。


产业景气度旺盛拉动抛光垫需求


根据国际半导体协会(SEMI)发布的报告预计,现在至2020的未来四年间,全球将新建62座晶圆厂,而中国大陆地区将占26座,未来两年全球新建19座晶圆厂,中国大陆地区将占据其中的10座,SEMI预估2017年,中国大陆兴建晶圆厂的支出金额将超过40亿美元,占全球晶圆厂支出总金额的70%;而到2018年,中国建造晶圆厂相关支出将大幅增长至100亿美元,成为全球半导体设备支出成长最快的地区,2018年大陆半导体设备销售额将大幅年增61.4%,达110.4亿美元,超越台湾,成为仅次于韩国133.8亿美元(年增3.2%)的全球第二大市场。随着这些晶圆厂陆续投产,硅片产量将大幅提升。

半导体材料是晶圆生产过程中的重要组成部分,晶圆建厂浪潮将拉动抛光垫需求激增。国产材料具有明显的价格和服务等优势,由中国大陆地区引领的建厂热潮有望驱动国内半导体材料厂商加速发展,CMP抛光垫作为半导体核心材料之一,国产化进度有望提速


CMP 抛光垫进口替代可期


抛光垫作为抛光工艺的技术核心和价值核心,技术壁垒高、认证时间久。在技术角度,抛光垫通常是软弹性材料,多孔隙并被加工得十分粗糙以提供更好的抛光性能,抛光垫的弹性、孔隙参数、粗糙度以及晶片形状等因素对抛光液流动性均产生较大影响,直接决定化学机械抛光的性能,这些设计及工艺方案均需要长期技术探索与积累;在认证时间角度,半导体材料作为晶圆制造的重要部分,认证过程十分严格,与此同时,晶圆代工大厂一般均具有稳定的半导体材料供应商,且保证稳定生产十分重要,因此对于半导体材料新产品的认证往往调配资源有限,新产品的认证一般需要两年甚至更长时间。

目前全球抛光垫市场呈现寡头垄断格局,根据 2016 年数据,陶氏公司占据 79%的市场份额,Cabot、Thomas West、富士纺、日本JSR等公司在市场上也占据一定份额。

国内企业在化学机械抛光领域起步较晚,目前与国际先进水平仍有较大差距,国内有少数外商投资企业少量生产中低端产品,但缺乏独立自主知识产权和品牌,庞大的国内市场完全被外资产品所垄断。

美国、日本、德国、韩国的抛光垫相关专利申请量在2003-2006年达到高峰,此后有逐渐回落的趋势,我国相关专利申请项自2003年开始呈现稳步增长态势,表明我国在化学机械抛光技术领域的研发力度逐渐增强,在半导体特征尺寸逐渐向小型化方向发展的态势下,在加工过程中需要对化学机械平坦化过程进行监控,我国中芯国际率先取得突破,提出了涉及化学机械抛光终点侦测装置和方法,通过在抛光平台中安装红外探测器,利用具有窗口的抛光垫来实现探测抛光时晶圆表面的温度变化。

鼎龙股份多年来致力于化学新材料研发与生产,技术成果涉及纳米材料、磁性材料、粉体技术、高分子材料、电化学、物理化学等专业领域,基于共性技术向微电子材料领域自然延伸,在2013年立项进行CMP材料的研究开发,2014年建立专项实验室和组建具有海外专家背景的专业研发团队,推动抛光垫产品积极研发,并对抛光液进行了调研及项目准备。2015年3月,公司斥资1亿元人民币投建CMP抛光垫产业化项目一期工程,达产后新增年产10万片CMP抛光垫的产能。


2016年5月,公司计划募集资金投入集成电路芯片(IC)抛光工艺材料的产业化二期项目,本次将再投资1.16亿元,其中使用募集资金0.76 亿元,剩余资金公司自筹解决,项目达产后将形成全部一二期年产能 50 万片。该产业化项目一期已经于 2016 年 8 月下旬顺利完成工程化建设,进入产品试生产阶段。目前,该项目正在全面、规模地开展客户应用验证工作,部分客户的首轮验证结果已经于 2017 年初反馈至公司,反馈数据符合公司预期。随着公司在今年 4 月专门投资建设的评价测试中心投入使用,将帮助公司获得丰富测试数据,有效减少客户测试环节、降低客户测试工作量,从而缩短测试周期。


2016年7月,公司获批加入中国集成电路材料和零部件产业技术创新战略联盟,在国家政策大力支持半导体行业国产化的背景下,对公司在CMP抛光垫领域的市场推广以及未来持续产业整合有着积极的意义和重要促进作用,公司在CMP抛光垫领域发展提速。


投资建议与投资标的


  • 国内CMP抛光垫标的较少,具有稀缺性,我们看好半导体材料国产化趋势下,相关公司有望在CMP领域取得突破,建议关注在CMP抛光垫领域深入布局的鼎龙股份,也建议关注与美国嘉柏在CMP领域达成合作协议的江丰电子。


风险提示


  • 晶圆厂建厂进度不及预期,若晶圆厂建厂进度不及预期,则影响对CMP抛光垫的需求;

  • 相关公司CMP抛光垫业务进展不及预期,相关公司CMP抛光垫业务存在进展不及预期的风险;

  • 本机构研究观点应当以正式发布证券研究报告为准,并请仔细阅读相应证券研究报告中的风险提示、披露信息及免责声明等相关内容



发布日期:2017-11-20



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