CMP拋光材料的介紹和應(yīng)用領(lǐng)域及市場分析

1）在單晶硅片制造環(huán)節(jié)，單晶硅片首先通過化學(xué)腐蝕減薄，此時粗糙度在 10-20μm，在進(jìn)行粗拋光、細(xì)拋光、精拋光等步驟，可將粗糙度控制在幾十個 nm 以內(nèi)。一般來說，單晶硅片需要 2 次以上的拋光，表面才可以達(dá)到集成電路的要求。

2）在前半制程工藝中，主要應(yīng)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。CMP 平坦化工藝在此工藝中使用的環(huán)節(jié)包括：互聯(lián)結(jié)構(gòu)中凹凸不平的絕緣體、導(dǎo)體、層間介質(zhì)(ILD)、鑲嵌金屬(如 Al，Cu)、淺溝槽隔離(STI)、硅氧化物、多晶硅等。

隨著集成電路芯片工藝制程技術(shù)的不斷進(jìn)步，對 CMP 工藝的需求不斷增加。CMP 技術(shù)最早使用在氧化硅拋光中，是用來進(jìn)行層間介質(zhì)(ILD)的全局平坦的，在集成電路芯片進(jìn)入 0.35μm 節(jié)點(diǎn)后，CMP 更廣泛地應(yīng)用在金屬鎢、銅、多晶硅等的平坦化工藝中。隨著金屬布線層數(shù)的增多，需要進(jìn)行 CMP 拋光的步驟也越多。以 28nm 節(jié)點(diǎn)工藝為例，所需 CMP 次數(shù)為 12-13 次，而進(jìn)入 10nm 制程節(jié)點(diǎn)后，CMP 次數(shù)會翻一番，達(dá)到 25-26 次。

技術(shù)門檻

拋光材料制備技術(shù)門檻較高，其中拋光墊的技術(shù)壁壘在于溝槽設(shè)計(jì)及提高壽命改良，拋光液的技術(shù)壁壘在于調(diào)整拋光液組成以改善拋光效果。對于拋光墊而言合理的溝槽設(shè)計(jì)幫助拋光液流動并帶走切削的細(xì)屑，使晶圓表面最終能形成完美的鏡面效果，另一方面作為耗材下游晶圓廠對拋光墊使用壽命的要求越來高，因此溝槽設(shè)計(jì)與使用壽命提高是拋光墊生產(chǎn)過程中的核心技術(shù)壁壘。拋光液的配方則是影響拋光效果的決定性因素。各大公司和研究機(jī)構(gòu)通常非常注重拋光液配方的研究，同時根據(jù)拋光對象的不同對拋光液的組成進(jìn)行調(diào)整，以獲得較好的拋光速率和拋光效果。

市場規(guī)模

全球市場規(guī)模約為 16.1 億美元，國內(nèi)市場約占全球市場 20%份額。根據(jù) SEMI 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2016 年全球 CMP 拋光材料市場規(guī)模達(dá)到 16.1 億美元，估算 2017 年達(dá)到 17.2 億美元，其中，2016 年中國拋光材料的市場份額約占全球的 20%，市場規(guī)模約為 23 億人民幣。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(yù)計(jì)未來能保持 4%的年均增長率，到 2020 年全球市場規(guī)模達(dá)到 19 億美元以上，其中拋光液的市場規(guī)模有望在 2020 年突破 12億美元的市場規(guī)模，是帶動拋光耗材市場成長主要動力。

全球產(chǎn)業(yè)格局及主要企業(yè)

CMP 拋光材料具有技術(shù)壁壘高，客戶認(rèn)證時間長的特點(diǎn)，一直以來處于寡頭壟斷的格局。其一，美國和日本等國際巨頭利用先發(fā)優(yōu)勢在研發(fā)和生產(chǎn)方面不斷革新，同時實(shí)行嚴(yán)格的專利保護(hù)封鎖技術(shù)防止外泄，構(gòu)筑難以突破的技術(shù)壁壘；其二，對下游晶圓廠來說客戶認(rèn)證的時間很長，新產(chǎn)品測試流程復(fù)雜，一般需要一年半深證兩年才能完成一種新產(chǎn)品的認(rèn)證。

全球芯片拋光液市場主要被在美國、日本、韓國企業(yè)所壟斷。全球芯片拋光液主要被日本 Fujimi、Hinomoto Kenmazai 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。

全球 CMP 拋光墊幾乎全部被陶氏所壟斷。陶氏公司占據(jù)全球拋光墊市場 79%的市場份額，在細(xì)分集成電路芯片和藍(lán)寶石兩個高端領(lǐng)域更是占據(jù) 90%的市場份額。此外，3M、卡博特、日本東麗、***三方化學(xué)等可生產(chǎn)部分芯片用拋光墊。