CMP 拋光材料自主可控不斷提升

• 2023年8月16日 來源：中研網(wǎng) 324 14
• 繁體

CMP又稱化學機械平坦技術，是使用化學腐蝕及機械力對加工過程中的硅晶圓或其它襯底材料進行平坦化處理。CMP設備包括拋光、清洗、傳送三大模塊，其作業(yè)過程中，拋光頭將晶圓待拋光面壓抵在粗糙的拋光墊上，借助拋光液腐蝕、微粒摩擦、拋光墊摩擦等耦合實現(xiàn)全局平坦化。目

CMP又稱化學機械平坦技術，是使用化學腐蝕及機械力對加工過程中的硅晶圓或其它襯底材料進行平坦化處理。CMP設備包括拋光、清洗、傳送三大模塊，其作業(yè)過程中，拋光頭將晶圓待拋光面壓抵在粗糙的拋光墊上，借助拋光液腐蝕、微粒摩擦、拋光墊摩擦等耦合實現(xiàn)全局平坦化。目前的集成電路元件普遍采用多層立體布線，因此集成電路制造的前道工藝環(huán)節(jié)要進行多次循環(huán)。在此過程中，CMP技術是集成電路（芯片）制造過程中實現(xiàn)晶圓表面平坦化的關鍵工藝，是集成電路制造中推進制程技術節(jié)點升級的重要環(huán)節(jié)。

晶圓制造主要包括7大流程，分別是擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、化學機械拋光（CMP）、金屬化，其中CMP技術是晶圓制造的必須流程之一，對高精度、高性能晶圓制造至關重要。集成電路產(chǎn)業(yè)鏈可分為硅片制造、集成電路設計、集成電路制造、封裝測試等四大領域，除集成電路設計領域外，其他三大領域均有CMP的應用場景。

集成電路作為全球信息產(chǎn)業(yè)的基礎與核心，廣泛應用于電子設備（如智能手機、電視機、計算機等）、通訊、軍事等領域，對經(jīng)濟建設、社會發(fā)展和國家安全具有重要戰(zhàn)略意義和核心關鍵作用，是衡量一個國家或地區(qū)現(xiàn)代化程度和綜合實力的重要標志。

CMP中核心材料為拋光液與拋光墊，上游為研磨顆粒、添加劑、聚氨酯、無紡布等，下游則為晶圓制造廠。隨著新技術發(fā)展和應用領域不斷拓展，全球集成電路行業(yè)市場規(guī)模增長迅猛，帶動晶圓制造需求提升，拋光墊與拋光液市場空間逐漸打開。

CMP材料根據(jù)功能的不同，主要分為拋光液、拋光墊、拋光后清洗液、調(diào)節(jié)劑等。拋光墊主要作用是儲存和運輸拋光液、去除磨屑和維持穩(wěn)定的拋光環(huán)境等。拋光液在化學機械拋光過程中可使晶圓表面產(chǎn)生一層氧化膜，再由拋光液中的磨粒去除，達到拋光的目的。清洗液主要用于去除殘留在晶圓表面的微塵顆粒、有機物、無機物、金屬離子、氧化物等雜質(zhì)。

根據(jù)CMP細分拋光材料市場份額，拋光液占比達49，拋光墊占比33，合計超過80。

拋光液是一種由去離子水、磨料、PH值調(diào)節(jié)劑、氧化劑以及分散劑等添加劑組成的水溶性試劑。在拋光的過程中，拋光液中的氧化劑等成分與硅片表面材料產(chǎn)生化學反應，在表面產(chǎn)生一層化學反應薄膜，后由拋光液中的磨粒在壓力和摩擦的作用下將其去除，最終實現(xiàn)拋光。

拋光液種類繁多，根據(jù)應用的不同工藝環(huán)節(jié)，可以將拋光液分為硅拋光液、銅及銅阻擋層拋光液、鎢拋光液、介質(zhì)層拋光液、淺槽隔離（STI）拋光液以及用于先進封裝的硅通孔（TSV）拋光液等。

拋光墊一般是由聚氨酯做成，表面包括一定密度的微凸峰與微孔，不僅可以去除硅片表面材料，而且還起到存儲和運輸拋光液、排除拋光過程產(chǎn)物的作用。

拋光墊具有類似海綿的機械特性和多孔特性，表面有特殊的溝槽，屬于消耗品，其壽命通常只有45-75小時，需要定時整修和更換。拋光墊按材質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為：聚合物拋光墊、無紡布拋光墊、帶絨毛結(jié)構(gòu)的無紡布拋光墊、復合型拋光墊。

拋光墊主要使拋光液有效均勻分布至整個加工區(qū)域，并可提供新補充的拋光液進行一個拋光液循環(huán)。拋光墊必須對拋光液具有良好的保持性，在加工時可以涵養(yǎng)足夠的拋光液，使CMP中的機械和化學反應充分作用。為了保持拋光過程的穩(wěn)定性、均勻性和可重復性，拋光墊材料的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)以及表面形貌等特性，都需要保持穩(wěn)定。

晶圓代工行業(yè)源于半導體產(chǎn)業(yè)鏈的專業(yè)化分工，主要負責晶圓制造，屬于技術、資本與人才密集型行業(yè)，需要大量的資本支出和人才投入，具有較高的進入壁壘。根據(jù)ICInsights的統(tǒng)計，2016-2021年全球晶圓制造市場規(guī)模由652億美元提升至1101億美元，CAGR為11.05，同期中國晶圓制造市場規(guī)模約由49.05億美元提升至115.65億美元，行業(yè)增速高于全球，達到15.36。

據(jù)IDC及芯思想研究院統(tǒng)計，截至2021年，我國6英寸及以下晶圓制造線裝機產(chǎn)能約420萬片等效6英寸晶圓產(chǎn)能，8英寸、12英寸晶圓制造廠裝機產(chǎn)能分別為125萬片/月、131萬片/月，預計到2024年8英寸、12英寸將達到187與273萬片/月，年均復合增速分別為14.37、27.73。

從半導體材料市場構(gòu)成來看，2022年CMP拋光材料占比達到7.2。受益于5G、人工智能、消費電子、汽車電子等領域的需求拉動，全球半導體材料市場規(guī)模呈現(xiàn)波動向上的態(tài)勢。2016-2022年半導體材料的市場規(guī)模由428.2億美元提升至698億美元，CAGR為8.48，根據(jù)SEMI預測，2023年全球半導體材料市場規(guī)模預計突破700億美元，同比提升0.29。

伴隨著國內(nèi)半導體材料廠商技術水平和研發(fā)能力的提升，中國半導體材料市場規(guī)模提升速度高于全球。2017-2022年國內(nèi)半導體材料市場規(guī)模由524.5億元提升至914.4億元，CAGR達到11.76，根據(jù)SEMI預測，2023年市場規(guī)模預計為1024.3億元，同比提升12.02。

人工智能高速發(fā)展對算力提出高要求，以ChatGPT為例，模型參數(shù)量從一代的1.17億個躍升至三代的1750億個，增長約1496倍，對算力需求幾何式增長。當前云端是AI算力的中心，AI芯片需求爆發(fā)式增長。未來隨著技術成熟，AI芯片的應用場景除了在云端及大數(shù)據(jù)中心，也會隨著算力逐漸向邊緣端移動，帶動AI芯片需求持續(xù)增長。Al芯片主要分為GPU、FPGA、ASIC三大類，其中GPU占據(jù)主導地位。

中國AI芯片廠商正在奮起直追，尤其是在ASIC（專用集成電路）路線上加大投入。目前，國內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)出寒武紀、華為昇騰、海光信息、燧原科技等優(yōu)秀AI芯片廠商，AI算力性能顯著提升，未來有望實現(xiàn)超預期發(fā)展。新興AI帶動高性能芯片需求，將進一步促進半導體材料增長。

CMP技術是目前唯一能兼顧表面全局和局部平坦化的拋光技術，伴隨著集成電路線寬變小、層數(shù)增多以及摩爾定律的延續(xù)，對CMP的技術提出了更高的要求，同時CMP設備的使用頻率也逐漸提高。

制程節(jié)點發(fā)展至7nm以下時，芯片制造過程中CMP的應用在最初的氧化硅CMP和鎢CMP基礎上新增了包含氮化硅CMP、鰭式多晶硅CMP、鎢金屬柵極CMP等先進CMP技術，所需的拋光步驟也增加至30余步，大幅刺激了集成電路制造商對CMP設備的采購和升級需求。存儲芯片由2DNAND向3DNAND技術變革，也帶動了CMP拋光步驟翻倍式的提升。

全球拋光液市場規(guī)模由2016年的11億美元提升至2021年的14.3億美元，2021年同比提升6.72，CARG為5.39，同期中國拋光液市場規(guī)模大幅增長，2016-2021年市場規(guī)模由12.3億元提升至22億元，CAGR達到12.28，復合增速明顯快于全球。

伴隨未來集成電路應用場景不斷豐富，技術助力中國大陸晶圓代工行業(yè)市場保持高速增長，中國CMP拋光材料需求未來可期。

• 相關深度報告REPORTS

  

  2023-2028年水電站行業(yè)市場深度分析及發(fā)展規(guī)劃咨詢研究報告

  水電站由水力系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和電能產(chǎn)生裝置等組成，是實現(xiàn)水能到電能轉(zhuǎn)換的水利樞紐工程，電能生產(chǎn)的可持續(xù)性要求水電站水能的利用具有不間斷性。通過水電站水庫系統(tǒng)的建設，人為地調(diào)節(jié)和改變水...

  查看詳情

延伸閱讀

推薦閱讀

猜您喜歡