2016—2017年中国电子化学品CMP材料行业分析报告.docx

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2016—2017年中国电子化学品CMP

材料行业分析报告

2016年10月

目录

一、CMP耗材从无到有，国产替代潜力无限3

1、CMP：

追赶摩尔定律的关键技术3

（1）IC发展的两大趋势：

不断缩小的器件特征尺寸和不断扩大的晶圆尺寸3

（2）CMP是单晶硅片加工和多层金属互联技术中关键的平坦化技术4

2、中国CMP材料市场：

爆发受益于半导体产业快速成长6

（1）集成电路产业将迎国产化大时代6

（2）晶圆代工厂争相布局中国，竞争激烈成本是关键11

（3）CMP材料市场将持续受益，有望实现产业突破12

3、CMP耗材存巨量国产替代空间14

（1）CMP耗材两大重要细分市场：

抛光垫与抛光液14

（2）高技术壁垒导致寡头垄断格局，国产期待零突破19

二、鼎龙股份，进军CMP抛光垫新蓝海21

图表目录

图1：

集成电路的主要应用与增速4

图2：

半导体产业的发展趋势及预测4

图3：

集成电路生产工序越来越复杂5

图4：

CMP在集成电路制造过程中的应用5

图5：

化学机械抛光原理图6

图6：

各类平坦化技术效果对比6

图7：

硅片需经过多次抛光步骤7

图8：

经过CMP抛光前后的多层金属化结构7

图9：

随金属互联层数增多CMP的应用范围越来越广7

图10：

随制程进步所需CMP次数快速增长7

图11：

国内集成电路产量（亿块）7

图12：

中国集成电路市场规模及预测（亿元）7

图13：

全球半导体市场份额占比8

图14：

我国IC设计业保持高增速8

图15：

中国无晶圆IC设计业产值占全球比重稳定提升8

图16：

我国IC严重依赖进口9

图17：

中国占据全球10%的晶圆产能（千片约当8寸晶圆/月）9图18：

大陆晶圆代工产业产值高速增长9

图19：

各地区晶圆代工产能预测（万片/月，折8寸）9图20：

我国硅抛光片产量10

图21：

中国硅抛光片产量占全球比重10

图22：

半导体材料的分类11

图23：

全球半导体材料销售额（十亿美元）11图24：

中国半导体材料销售额（十亿美元）11图25：

各前道材料细分市场占比12

图26：

中国CMP材料市场份额稳定增长12

图27：

抛光垫的微观结构15

图28：

软垫和硬垫的工作机理15

图29：

2015年各抛光耗材市场容量占比17

图30：

晶圆驱动下的抛光垫、抛光液市场规模增长18

图31：

晶圆代工产能扩张带动抛光垫市场成长18

图32：

陶氏垄断全球CMP抛光垫市场19

图33-34：

化工新材料行业历史PEBand和PBBand20

图33：

化工新材料行业历史PEBand22图34：

化工新材料行业历史PBBand22表1：

集成电路支持政策一览7

表2：

2015-2030年《国家集成电路产业发展推进纲要》发展目标8

表3：

2016和2017预计新增晶圆厂与生产线统计（60%以上实现概率）10表4：

中国大陆主要晶圆厂商产能情况10

表5：

研磨液主要组成成分13

一、CMP耗材从无到有，国产替代潜力无限

1、CMP：

追赶摩尔定律的关键技术

（1）IC发展的两大趋势：

不断缩小的器件特征尺寸和

不断扩大的晶圆尺寸随着计算机、通信和网络技术的快速发展，集成电路不断向高速化、高集成化、高密度化和高性能化发展。

早在50年前，戈登〃摩尔就预测单位芯片上的集成晶体管数量将每年增加一倍，十年后又修改为每两年翻一番，这就是著名的摩尔定律。

这条看似没有理论依据的定律神奇地预测了半导体行业50年的发展，引领着半导体芯片不断更新换代，集成度越来越高。

为了扩大芯片容量，提升运算速度和技能，同时降低生产成本，最有效的方法就是缩小芯片的特征尺寸和增大晶圆的直径尺寸。

目前芯片的特征尺寸已经步入纳米级别，28nm、

22nm已成为市场主流，14nm已可量产，10nm也开始试产，

高度竞争进一步提升了发展速度。

随着芯片层次的提升，其面积也随之扩大，为保证生产效率，晶圆的尺寸也越来越大，这样一片晶圆上就能生产更多的芯片，从而大幅增加产量，降低单个芯片的生产成本。

据IBM研究，300mm（12英寸）晶圆所生产的芯片成本较200mm可降低30%~40%，因此

300mm晶圆目前已成为发展主流，并在向450mm过渡。

图1：

集成电路的主要应用与增速图2：

半导体产业的发展趋势及预测

（2）CMP是单晶硅片加工和多层金属互联技术中关键的平坦化技术

CMP技术广泛应用在单晶硅片抛光和金属布线及介质层抛光中。

集成电路制造需要在单晶硅片上执行一系列的物理和化学操作，生产工艺非常复杂。

随着器件特征尺寸的缩小，所需要的生产工序也更多，90nm以下的制程生产工艺均在400个工序以上才能完成。

在这个复杂的过程中，单晶硅片制造和前半制程工艺中将会多次用到化学机械抛光

（CMP）技术，最主要的是应用在单晶硅片的镜面抛光和金属布线层的抛光中。

图3：

集成电路生产工序越来越复杂图4：

CMP在集成电路制造过程中的应用

对于最小特征尺寸在0.35μm以下的器件，必须进行全局平坦化。

因此随着器件特征尺寸减小，合适的抛光工艺尤

为重要。

一般抛光工艺包括机械抛光、化学抛光和化学机械抛光（CMP），其中化学机械抛光利用抛光液对砝片表面的机械研磨和化学腐蚀的双重作用，兼有机械抛光和化学抛光两种抛光方法的优点，尤其适合大直径晶圆的加工，是现代半导体制造工业中最为普遍的抛光方法。

CMP利用晶圆和抛光头之间的相对运动来实现平坦化，抛光头以一定压力压在旋转的抛光垫上，研磨液在硅片表面和抛光垫之间流动，然后抛光垫的传输和离心力的作用下，均匀分布其上，在硅片和抛光垫之间形成一层研磨液液体薄膜。

研磨液中的化学成分与硅片表面材料产生化学反应，将不溶的物质转化为易溶物质，或者将硬度高的物质进行软化，然后通过磨粒的微机械摩擦作用将这些化学反应物从硅片表面去除，溶入流动的液体中带走，最终达到抛光的效果。

图5：

化学机械抛光原理图图6：

各类平坦化技术效果

对比

单晶硅片：

一般来说，单晶硅片需要2次以上的抛光，表面才可以达到集成电路的要求。

单晶硅片首先通过化学腐蚀减薄，此时粗糙度在10~20μm，再进行粗抛光、细抛光、

精抛光等步骤，可将粗糙度控制在几十个nm以内。

金属布线：

IC元件采用小尺寸、高聚集化的多层立体布线后，光刻工艺中对解析度和焦点深度（景深）的限制越来越高，因此需要刻蚀的每一层都有很高的全局平整度，即要求保证每层全局平坦化，通常要求每层的全局平整度不大于特征尺寸的2/3。

CMP平坦化工艺使用的环节有：

互联结构中凹凸不平的绝缘体、导体、层间介质（ILD）、镶嵌金属

（如Al，Cu）、浅沟槽隔离（STI）、硅氧化物、多晶硅等。

图7：

硅片需经过多次抛光步骤图8：

经过CMP抛光前后的多层金属化结构

28nm制程需要12~13次CMP，进入10nm制程后CMP次数将翻倍。

CMP技术最早使用在氧化硅抛光中，是用来进行层间介质（ILD）的全局平坦的，在半导体进入0.35μm节点之后，CMP更广泛地应用在金属钨、铜、多晶硅等的平坦化工艺中。

随着金属布线层数的增多，需要进行CMP抛光的步骤也越多，以28nm节点工艺为例，所需CMP次数为12~13次，而进入10nm制程节点后，CMP次数则会翻一番，达到

25~26次。

图9：

随金属互联层数增多CMP的应用范围越来越广图

10：

随制程进步所需CMP次数快速增长

2、中国CMP材料市场：

爆发受益于半导体产业快速成

长

（1）集成电路产业将迎国产化大时代

利好政策密集出台，集成电路产业将迎国产化大时代。

集成电路产业是国民经济支柱行业之一，影响社会信息化进程，因此一直以来都是国家重点支持行业。

然而一直以来国内厂商的核心技术缺乏，难以满足旺盛的市场需求和国家信息安全、国防建设的需要。

自2000年以来，政府就针对集成电路产业出台了一系列政策，旨在推动国产竞争力。

2014年6月，《国家集成电路产业发展推进纲要》的出

台，集成电路发展环境和政策体系进一步优化，并在 2014年十月成立了国家集成电路产业投资基金，推动海外并购潮。

表1：

集成电路支持政策一览

表2：

2015-2030年《国家集成电路产业发展推进纲要》发展目标

集成电路市场规模持续增长，中国已成为全球半导体核心市场。

在政策和需求双重激励下，国内集成电路产业持续增长。

2015年国内集成电路产量同比增长7.1%，达到1087亿块，产业规模约为11131亿元，自2014年突破万亿元大关后继续保持稳定增长，产业步入高速发展的黄金时期。

由于集成电路是最主要的半导体产品，因此中国整个半导体市场有望随之爆发。

据IHS统计，全球层面：

2015年半导体营收3670亿美元，预计2016年增长1.6%，达到3730

亿美元；中国层面：

半导体市场约1520亿美元，预计5年

复合增长4.1%左右，2019年达到1790亿美元；2014年中国半导体在亚太市场占87%，在全球超过50%，长期看仍可维持50%以上的占有率，中国已成为全球半导体的核心市场。

图11：

国内集成电路产量（亿块）图12：

中国集成电

路市场规模及预测（亿元）

图13：

全球半导体市场份额占比

（2）晶圆代工厂争相布局中国，竞争激烈成本是关键中国IC设计产业成长潜力大，拉动大陆晶圆产能需求。

随中国集成电路产业的发展，IC设计产业迎来了快速发展的新时期。

2015年中国IC设计环节销售额达到1325亿元，同比增长25.5%。

根据Trendforce估计，中国无晶圆IC设计业的销售产值年复合增长率达25%，2015年产值约占全球的

18.5%左右，并有望进一步提升。

这一方面取决于国内激励性的政策，另一方面也离不开国内巨大的消费市场。

虽然全球的IC设计业受需求萎靡影响而有衰退之势，但是中国市场却在政府和产业的努力下稳步增长。

根据半导体协会的预估，即使未来5年保证年20%的年增长速度，国内的IC设计产业也仅能满足50%的国内市场

需求，国内的IC设计业仍有很大的发展空间。

图14：

我国IC设计业保持高增速图15：

中国无晶圆IC

设计业产值占全球比重稳定提升

与飞速发展的IC设计业相比，供给侧的晶圆产能仍不足。

虽然半导体产业的车轮已经开始了加速前进的步伐，但是晶圆供给，尤其是高端晶圆产能仍然不能满足产业发展的要求。

因此即使集成电路产量逐年提升，目前大陆IC大部分仍需进口，自给率仅20％，离国家提出了2025年50%自给率的目标仍有很大距离。

就12寸晶圆而言，台湾和韩国掌握了全球56%的12英寸晶圆产能，而中国大陆厂商仅掌握全球不到1%的12英寸晶圆产能，位于中国大陆（包括外商独资）的12英寸晶圆产能则有8%。

虽然总体晶圆产能目前已经达到世界第五，但是全球占比也只有10%，对比中国占全球的50%以上的