2016—2017年中国电子化学品CMP材料行业分析报告.docx

1、20162017 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 31、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 42、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 123、CMP 耗材存巨量国产替代空间 14（1） CMP 耗材两大重要细分市

2、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

3、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

4、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

5、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，

6、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，

7、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

8、集成电路制造过程中的应用对于最小特征尺寸在 0.35 m 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

9、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 1020 m，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

10、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 1213 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 0.35 m 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

11、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 1213 次，而进入 10nm 制程节点后，CMP 次数则会翻一番，达到2526 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

12、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

13、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

14、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%

15、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