半导体产业链研究:CMP材料和设备迎发展机遇

12 天前8.6k
在全球产能紧缺和供应链安全倍受瞩目的背景下,我们认为国内CMP材料和设备厂商有望迎来发展机遇。
本文来自:中金点睛,作者:李学来 吴頔 江磊

随着半导体制程的缩小带动了CMP工艺步骤数量的提升,同时也对抛光材料设备的要求更加严苛。在全球产能紧缺和供应链安全倍受瞩目的背景下,我们认为国内CMP材料和设备厂商有望迎来发展机遇。

摘要

CMP是半导体先进制程中的关键技术。随着制程节点的发展,CMP技术越来越重要,已成为0.35μm以下制程不可或缺的平坦化工艺,且随着多层布线的数量及密度增加,其对后续工艺良率的影响越来越大。CMP系统中抛光液和抛光垫为主要耗材,抛光液特点为种类繁多,且需要时间经验积累Know-how;抛光垫特点为材质复杂,材料的性质对工艺影响较大,两者共同决定了CMP工艺的性能及良率。

多重因素驱动CMP材料和设备需求增长。根据Techcet数据,2020年全球抛光材料市场约30亿美元,抛光液/抛光垫市场规模分别为16.6/10.2亿美元,国内抛光液/抛光垫市场分别为20/12亿元,我们认为国内市场增速有望高于显著全球市场,2025年抛光液/抛光垫市场有望占全球市场的25%,分别达40/27亿元,2021-2025年CAGR达15%,主要驱动因素为:1)下游需求旺盛,中国及全球晶圆厂积极扩产,设备耗材市场同步增长;2)制程节点的更新带动CMP工艺步骤及抛光液种类的增加;3)先进封装的运用,使CMP从前道走向后道,随着硅通孔技术的广泛应用,CMP工艺在3D封装中也成为了必需的工艺之一。

全球行业集中度相对较高,国内企业迎来发展机遇。CMP为多学科交叉,行业进入壁垒较高,整体产业呈日美企业垄断的格局。国内企业进入时间相对较晚,因此整体国产化率偏低。从细分领域来看,CMP抛光液行业龙头份额相对较低,随着抛光液的种类扩展,龙头企业无法满足所有客户需求,为新进入者提供了切入市场的机会。CMP抛光垫及设备领域则呈现垄断格局,下游客户从议价权及供应链安全的角度出发,有意愿培养新的供应商。我们认为已实现技术突破的国内CMP厂商有望迎来发展机遇。

正文


CMP是芯片制程中的关键工艺


CMP为半导体制造工艺中关键环节

芯片制造流程可以广义地分为晶圆前道和后道2个环节,其中前道工艺在晶圆厂中进行,主要负责晶圆的加工制造,后道工艺在封测厂中进行,主要负责芯片的封装测试,而CMP(Chemical Mechanical Polishing)技术在这2个环节中都有使用,且随着多层布线的数量及密度的增加,对后续工艺良率的影响也越来越大,为半导体制造中的关键环节。

图表:CMP工艺的应用场景

资料来源:《金刚石与磨料磨具工程》稿约[J].金刚石与磨料磨具工程,2004(02):4.,中金公司研究部

► 在前道加工领域,CMP主要负责对晶圆表面实现平坦化。晶圆前道加工环节通主要包含光刻、刻蚀、显影、薄膜沉积、等多个步骤,每种工艺都会被重复多次使用,CMP则主要用于衔接不同薄膜工艺,其中根据工艺段来分可以分为前段制程(FEOL)和后段制程(BEOL),前段制程工艺主要为STI-CMP和Poly-CMP,后段制程工艺主要为介质层ILD-CMP、IMD-CMP以及金属层W-CMP、Cu-CMP等。

► 在后道封装领域,CMP工艺也逐渐被用于先进封装环节的抛光,如硅通孔(TSV)技术、扇出(Fan-Out)技术、2.5D转接板(interposer)、3D IC等封装技术中对引线尺寸要求更小更细,因此会引入刻蚀、光刻等工艺,而CMP作为每道工艺间的抛光工序,也得以广泛应用于先进封装中。

图表:CMP各工艺环节示意图

资料来源:李思,张雨.化学机械抛光技术发展及其应用[J].电子工业专用设备,2019,48(05):1-6+20.,中金公司研究部

图表:CMP在半导体行业的应用领域

资料来源:李思,张雨.化学机械抛光技术发展及其应用[J].电子工业专用设备,2019,48(05):1-6+20.,中金公司研究部

不同性能的器件对平坦化程度的要求不同,具体可分为表面平坦化(间隙填充)、区域平坦化和全部平坦化。随着工艺节点的演进,传统机械抛光法无法解决表面起伏带来的断线、短路、断路等问题,因此引入了硼磷硅玻璃回流法、旋涂玻璃反刻法、光刻胶反刻法等,实现了局部表面平坦化,但随着工艺节点逐渐发展到0.25μm/0.35μm时,如果晶圆制造过程中无法做到纳米级全局平坦化,既无法重复进行光刻、刻蚀、薄膜和掺杂等关键工艺,同时随着铜双大马式革工艺的使用,CMP成为了半导体制造必不可少的技术之一。

图表:平坦化工艺分类及对比

资料来源:李思,张雨.化学机械抛光技术发展及其应用[J].电子工业专用设备,2019,48(05):1-6+20.,中金公司研究部

CMP技术则综合了化学腐蚀和机械摩擦两种抛光技术,可以避免单纯的机械抛光造成的表面损伤和单纯的化学抛光造成的抛光速率较慢的问题。

化学腐蚀:由抛光液中存在氧化剂、酸碱试剂等与硅片表面发生化学反应,在器件表面生成一层氧化膜,使器件更易被抛光。

机械摩擦:由抛光液中得研磨颗粒与硅片表面发生机械摩擦,去除化学反应产生的氧化膜,两个环节交替进行最终使器件表面完成抛光。

CMP技术的发展历史大概分为三个阶段:

► 第一阶段:研发期(1965~1990年)CMP技术诞生于1965年,当时该技术主要被应用于制造镜片表面的研磨过程。随着多层金属化技术被引入到集成电路制造工艺中,硅片表面的不平整度加剧,严重影响了芯片成品的性能。于是到了80年代中期,IBM首次将CMP技术应用于集成电路制造,当时CMP研磨对象主要为钨与氧化物。

► 第二阶段:成熟期(1990~2000年) 1990年IBM将CMP技术工艺转让给Micro Technology公司,后于1991年与Motorola公司联合开发了运用CMP技术制造的64Mb DRAM。1996年日本主要的10家芯片制造厂在生产350nm的器件中使用了CMP工艺。1996年后,STI CMP、PSP、W-CMP相继发展成熟,韩国和中国台湾等亚太厂商也开始发展CMP技术。此外,芯片制程从250nm节点进入130nm节点,铜正式取代铝成为主流导线材料,使 CMP 成为铜互连技术必不可少的工艺制程。

► 第三阶段:拓展期(2000~至今)当技术节点发展到90-65nm时,用于减小 RC 延迟时间而引入的低 K 介质材料,逐步取代传统的 SiO2,同时低压力CMP、电子化学机械抛光(ECMP)、无应力抛光技术等新技术成为新的研发方向。当技术节点发展到30-20nm时,铜逐渐不适用于20nm以下的互联技术,而钴互连技术、鳍式场效应晶体管(Fin FET)、硅通孔(TSV)等技术成为了新的研发方向。

图表:CMP技术发展历史

资料来源:李思,张雨.化学机械抛光技术发展及其应用[J].电子工业专用设备,2019,48(05):1-6+20.,中金公司研究部

CMP设备、抛光液及抛光垫是决定CMP工艺良率的关键因素

CMP工艺系统:分为抛光和清洗模块,由设备及材料共同组成

CMP工艺中,晶圆先朝下被吸在装载盘上,在一定压力下以一定转速压在同样旋转的抛光垫上,并与配送到抛光垫上的抛光液相互作用,抛光液会使晶圆表面生成钝化层,从而方便磨粒与抛光垫对钝化层进行机械去除,使被抛光的晶圆表面实现高度平坦化。

► CMP设备:主要分为抛光部分和清洗部分,抛光部分由抛光头、研磨盘等组成,清洗部分由清洗刷、供液系统等组成

•  抛光头:通常具有真空吸附装置用于吸附晶圆,防止晶圆在抛光过程中产生位移,同时向下施加压力。

•  研磨盘:起到对晶圆的支撑作用,承载抛光垫并带动其转动并对抛光头压力大小、转动速度、开关动作等进行控制。

•  清洗刷:用于CMP后清洗环节,在CMP后去除颗粒和其他化学污染物,分为清洁—冲洗—干燥环节,保证晶圆干进干出。

•  终点检测设备:终点检测设备用于检测CMP工艺是否把材料磨到正确的厚度,避免过薄(未起到抛光作用)及过厚(损失下层材料)带来的负面影响,通常使用电性能及光学两种测量方式。

► CMP材料:根据功能的不同,主要分为抛光液,抛光后清洗液,抛光垫,钻石盘等。

•  抛光垫(Pad):由多孔且有弹性的聚合物组成,如聚氨酯。其沟槽设计用来辅助抛光液流动带走材料碎屑,提高抛光质量,同时在晶圆厂大批量晶圆生产的需求下,抛光垫更长的使用寿命也是其提高市场竞争力的主要因素之一。

•  抛光液(Slurry):抛光液中含有化学活性成分,如氧化剂和表面活性剂,也包含机械活性成分的研磨颗粒。

•  钻石碟(Disk):主要用于扫过抛光垫表面提高表面粗糙度,除去用过的浆料,提升抛光效率。

图表:CMP设备结构示意图

资料来源:李思,张雨.化学机械抛光技术发展及其应用[J].电子工业专用设备,2019,48(05):1-6+20.,中金公司研究部

由于CMP系统组成复杂,因此影响CMP抛光效果的因素较多。如抛光压力、抛光头/抛光盘转速、抛光液流速、工艺温度等对工艺均会有不同程度的影响,一般用抛光速率、均匀性、平坦度和表面缺陷四类指标来衡量工艺水平的高低:

► 抛光速率:在单位时间内晶圆表面材料被研磨的厚度,一般而言研磨速率越快,该环节的效率就越高;

► 研磨均匀性:指的是同一晶圆研磨速率的稳定性以及不同晶圆在相同条件下研磨速率的一致性,均匀性决定了设备的稳定程度;

► 平坦度:指晶圆表面的起伏程度,即使表面保持平整的能力;

► 表面缺陷:工艺对晶圆表面造成的擦伤以及对沟槽产生的凹陷、侵蚀、残留物和颗粒污染物等,表面缺陷直接影响了产品及工艺的良率。

图表:CMP工艺各参数对系统影响

资料来源:《半导体制造技术导论》Hong Xiao(萧宏) 2013,中金公司研究部

抛光液:种类繁多,需要时间经验积累Know-how

抛光液在CMP技术中至关重要,根据Semi统计,其在抛光耗材中价值量占比约50%以上。抛光液是一种颗粒分布匀散的胶体,可使硅片表面产生一层氧化膜,再由抛光液中磨粒将其去除,使硅片表面平坦化,根据应用的不同工艺环节,可以将其分为硅片抛光液、铜(Cu)抛光液、阻挡层抛光液、钨(W)抛光液、钴(Co)抛光液、介质层抛光液、浅槽隔离(STI)抛光液、用于封装的硅通孔(TSV)抛光液等。其中硅抛光液主要用于对硅片的初步加工研磨;铜及阻挡层抛光液主要用于对铜互联工艺及其阻挡层(TaN / Ta)的抛光;钨抛光液主要用于通孔及接触孔工艺段,因此在需要堆叠的存储芯片中应用较多;钴抛光液主要用于10 nm 制程以下钴取代铜作为互联材料的工艺中;TSV抛光液则用于3D封装结构的工艺中。抛光液特点为种类繁多,即使在同一工艺段根据研磨对象的不同也有多种配方,在先进制程中已达20-30种。

图表:抛光液分类

资料来源:安集科技官网,中金公司研究部

根据Techcet预计,2021年抛光液市场中占比最高的为铜抛光液及铜阻挡层抛光液,其占比分别为21%和24%,合计占据45%市场份额,随着半导体制程节点越来越先进,铜互连技术在多重布线层中占比越来越高,推动了相关抛光液市场的发展;其次为钨抛光液,占比17%,主要受存储单元堆叠层数越来越高影响所致;氧化铈及氧化硅抛光液分别占比16%和12%,其余7%则为高介电栅结构及多晶硅抛光液。

图表:2018-2021年全球各类抛光液市场

资料来源:Techcet,中金公司研究部

图表:2021年预测各类抛光液市场占比

资料来源:Techcet,中金公司研究部

从构成角度而言,抛光液又由磨料、添加剂和纯水组成。其中磨料为对CMP效率及工艺影响较大,占据抛光液成本中的60%-70%,不同被研磨材料对应的磨料不同;添加剂则用于决定抛光液的化学性质,包括稳定剂、氧化剂、络合剂、表面活性剂、缓蚀剂等按照一定比例配置而成,决定了其粘度、PH值、浓度、稳定性等。

图表:抛光液组成部分功能概况

资料来源:安集科技招股说明书,前瞻产业研究院,中金公司研究部

根据研磨颗粒分类,可以分为SiO2、Al2O3和CeO2三种常见磨料:

二氧化硅(SiO2)磨料:具有良好的稳定性和悬浮性、低黏度和低硬度等特点,在CMP工艺中广泛应用,通常用在介质层研磨环节;

三氧化二铝(Al2O3)磨料:凭借其硬度高、稳定性好等优点,广泛应用于金属层研磨工艺环节中,如钨和铜的CMP中;

二氧化铈(CeO2)磨料:具有抛光效率高、光洁度好等优点,与硅研磨颗粒相比,对氮化物有更好的选择性,因而在以氮化硅为停止层的STI氧化物CMP工艺中得到充分应用。

尽管研磨颗粒占成本比重高,但核心技术不在于磨料的自制而是配方的加料、混合、过滤。抛光液企业对通过独立第三方采购研磨颗粒等主要原材料进行复配已具有行业共性,而由于抛光液中需要加入研磨颗粒和稳定剂、氧化剂、络合剂、表面活性剂、缓蚀剂等多种添加剂,如何优化产品配方中各种组分的加料方式、加料顺序、加料速度、加料时间等成为抛光液生产商的工艺难点。

抛光液进入壁垒较高,对技术把控需要长时间的经验性积累。抛光液配方调配过程对经验的依赖性较大,且无法通过现有产品反向解构出其配方,配方又具有非常严格的保密性和专利保护,因此需要长时间的尝试才能实现研发需要长时间研究摸索才能掌握其原理。此外,即使是同一技术节点,不同客户的集成技术不同,对抛光材料的需求也不同,生产商需要与客户长时间合作开发,才能研制出定制化的抛光液配方,专用性较强,进一步提升了行业的研发壁垒。

抛光垫:主要分为硬垫及软垫,材料特性、表面粗糙度等为工艺难点

抛光垫是CMP工艺中除抛光液之外的另一重要耗材。CMP加工过程中,抛光垫能贮存抛光液,并把它运送到工件的整个加工区域,使抛光均匀。抛光垫由多孔、有弹性的聚合物材料组成,具有类似海绵的机械特性和多孔特性,且表面有特殊的沟槽,可提高抛光均匀性。

根据抛光垫材料硬度分类,通常可以分为硬垫和软垫:

硬垫:实现高的移除速率、较好均匀性,但容易损伤材料表面。

软垫:抛光液利用率高,表面粗糙度低,但难以实现高效的平坦化加工

高硬度抛光垫容易造成晶圆刮伤导致低的良率,较软的抛光垫则有更高的损耗率,因而通过改变化学成分与多孔结构控制,根据工艺需求选择特定硬度的抛光垫是抛光垫环节的工艺难点。

图表:硬垫(左)及软垫(右)工艺示意图

资料来源:《半导体制造技术导论》Hong Xiao(萧宏) 2013,鼎龙股份官网, 中金公司研究部

此外,抛光垫的表面粗糙度会决定对被抛光材料的形貌选择范围,较粗糙的抛光垫有较大的形貌选择范围与较好的平坦化结果,较平滑的抛光垫则相反,根据所用材质不同,可以分为聚氨酯抛光垫,无纺布抛光垫和复合型抛光垫:

聚胺酯抛光垫:聚氨酯具有良好的综合性能,制成的抛光垫耐磨性好、抛光效率高、形变小,在集成电路 CMP 中应用非常广泛。但同时聚氨酯抛光垫硬度过高,加工过程中容易划伤芯片表面。

无纺布抛光垫:无纺布抛光垫的原材料为聚合物棉絮类纤维,其渗水性能好,容纳抛光液的能力强,但是其硬度较低、对材料去除率低,因此会降低抛光片平坦化效率。

复合型抛光垫:一般采用“上硬下软”的上下两层复合结构,在基体材料中加入了能溶于抛光液的高分子或无机填充物,这些填充物在抛光过程中溶于抛光液,使得抛光垫的使用寿命得以延长,同时降低了缺陷率并减少了抛光液的使用量。


内生及外生性因素共同作用,CMP设备材料需求增长


半导体材料主要分为硅片、光刻胶、电子湿化学品、抛光液、靶材、电子特气等,根据 SEMI 测算,2014-2020年全球半导体材料市场从 440.4 亿美元提升至 553.1 亿美元,年均复合增长率约为 4%;国内市场从 32.6 亿美元提升至 97.6 亿美元,年均复合增长率达 20%,国内材料市场全球占比从 7.41%上升至 17.65%。

图表:半导体材料产业链及对应2020年市场规模

资料来源:Semi,中金公司研究院

伴随着工艺节点的提升以及先进封装的应用,CMP应用场景及步骤越来越广泛,同时叠加中国及全球范围内的晶圆厂产能扩充情况下,我们认为有望带动CMP设备材料市场协同向好发展。将CMP耗材市场进一步拆分,其中抛光液及抛光垫占主要份额。根据Semi数据,2020年CMP耗材中,抛光液占比约55%、抛光垫占比33%,两者合计占比超80%,剩余部分则由钻石碟、清洗剂及其他耗材组成。根据Techcet数据及测算,2020年全球抛光材料市场约30亿美元,其中抛光液/抛光垫市场规模分别为16.6/10.2亿美元,受到3D Nand的应用以及制程节点越来越先进,至2025年有望分别达22.7/13.5亿美元,2021-2025年CAGR分别达6%/5.1%。根据前瞻产业研究院统计,2020年国内抛光液/抛光垫市场分别为20/12亿元,我们认为国内市场受益于晶圆厂扩建及国产化率提升,增速有望高于全球市场,2025年抛光液/抛光垫市场有望占全球市场的25%,分别为40/27亿元,2021-2025年CAGR达15%。

图表:20219~2026E全球CMP材料市场空间

资料来源:Techcet,中金公司研究部

CMP设备方面,根据Gartner统计,2018年全球CMP设备的市场规模约为18.42亿美元,2013年-2018年全球CMP设备年均复合增长率达到20.11%。2019年受全球半导体景气度下滑影响,全球CMP设备的市场规模约为14.9亿美元,中国市场2019年CMP设备规模达4.6亿美元,2020年约4.3亿美元,2013-2020年复合增长率达30%,未来随着工艺技术迭代升级及国内晶圆产扩建,投资规模在半导体设备中的占比也将逐步提升,我们预计2025年国内CMP设备市场有望达8.9亿美元,2021-2025年CAGR达20%。

图表:2016~2024年全球CMP设备市场及预测

资料来源:Gartner,中金公司研究部

图表:2016~2020年国内CMP设备市场

资料来源:Semi,中金公司研究部

驱动因素1:晶圆制造产能扩建带动CMP材料需求

在5G、物联网、智能汽车、云服务等下游旺盛需求的驱动下,全球晶圆厂积极扩产。根据SEMI数据预测,2024年全球8英寸晶圆月产能预计将达到660万片,相较于2020年的565万片,增幅17%,2024年全球12英寸晶圆厂数量相比2020年将至少新增38家,达到161家,同时12英寸晶圆月产能也将增加约180万片,达到700万片以上。

同时,中国大陆晶圆产能大幅提升,国产化进程快速推进。根据SEMI预测,从2019年到2024年,全球至少新增38座12英寸晶圆厂,其中中国新增19座(中国台湾11座、大陆8座),占新建总数的一半,中国12英寸晶圆产能的全球份额,也将从2015年的8%提高到2024年的20%,预计产能将达到月产150万片。无论是成熟制程还是先进制程的产能扩建,对全球和中国CMP材料市场都具有强力的拉动作用。国内厂商在巩固成熟制程的市场同时,通过自身技术升级来争取广大的先进制程市场。

图表:2013-2024E全球200mm晶圆产能/晶圆厂数量

资料来源:SEMI,中金公司研究部

图表:2015-2024E全球300mm晶圆产能/晶圆厂数量

资料来源:SEMI,中金公司研究部

驱动因素2:CMP工艺步骤因晶圆制造技术升级而大幅增长

随着摩尔定律的延续,当制造工艺不断向先进制程节点发展时对CMP技术的要求相应提高、步骤也会不断增加。如果晶圆(芯片)制造过程中无法做到纳米级全局平坦化,既无法重复进行光刻、刻蚀、薄膜和掺杂等关键工艺,也无法将制程节点缩小至纳米级的先进领域,因此随着超大规模集成电路制造的线宽不断细小化而产生对平坦化的更高要求和需求,CMP在先进工艺制程中具有不可替代且越来越重要的作用。

在逻辑芯片中,制程的缩小意味着光刻次数、刻蚀次数的大幅增加,同样也带动CMP工艺步骤的增加。根据Cabot官网数据显示,180nm制程所需CMP工艺步骤约为10步,14nm制程需要CMP工艺约为20步, 7nm 制程需要CMP工艺约30步,越向先进制程发展,其对应的CMP工艺步骤越高,同时抛光液品种也由原先的5-6种增加到20余种,带动了耗材需求量的增长。

在存储芯片中,从2D NAND到3D NAND的技术变革同样带来了CMP工艺步数的提升,在2D NAND中需要7个CMP步骤,而在3D NAND中达15次。同时,3D NAND技术中对钨材料使用也大幅提高,拉动了钨抛光液的市场需求。

图表:IC加工中各环节所需要的CMP步骤

资料来源:安集科技公告,中金公司研究部

图表:逻辑芯片制程节点对应CMP工艺步骤

资料来源:安集科技公告,中金公司研究部

图表:存储芯片技术升级增加CMP工艺步骤

资料来源:安集科技公告,中金公司研究部

驱动因素3:先进封装的应用使CMP从前道走向后道

在封装领域,传统的2D封装并不需要CMP工艺,但随着系统级封装等新的封装方式的发展,技术实现方法上出现了倒装、凸块、晶圆级封装、2.5D封装和3D封装等先进封装技术, 3D堆叠技术可以有限扩大内存芯片的容量、提升传输带宽,同时由于堆叠中引线的减少,大大降低了消芯片中因数据传输造成的不必要的能量损耗;因此采用硅通孔技术(TSV)工艺的3D IC大量运用于存储器(SRAM、DRAM、Flash)和GPU中,CMP工艺也成为了TSV技术的必需工艺之一。

图表:先进封装技术的发展趋势

资料来源:Yole Development,中金公司研究部

传统封装中,大多在封装的塑料外壳下使用引线进行电气连接,先进封装则通过对点(Bumping、TSV等)和层(RDL、Interposer等)的合理布局替代了传统封装中的引线。从下图可以看到, TSV 技术中的CMP抛光过程主要可分为两步:(1)用于通孔大马士革铜工艺淀积后的正面抛光工艺,用来平坦化和隔开另一面沉积的导体薄膜,便于金属布线;(2)用于晶圆背面金属化和平坦化的减薄抛光工艺。

图表:先进封装TSV工艺示意图

资料来源:Entrepix ,Gerald Gerlach and Klaus Jürgen Wolter. Bio and Nano Packaging   Techniques for Electron Devices[M]. Springer, Berlin, Heidelberg, 2012,中金公司研究部

图表:硅通孔技术(TSV)与传统封装技术对比

资料来源:Gerald   Gerlach and Klaus Jürgen Wolter. Bio and Nano Packaging Techniques for   Electron Devices[M]. Springer, Berlin, Heidelberg, 2012,中金公司研究部


产业链呈美日厂商垄断,国内企业迎来发展机遇


CMP产业链中核心设备材料为抛光液、抛光垫及CMP设备,其中抛光液上游为研磨颗粒、添加剂和纯水,抛光垫上游为聚胺脂、无纺布等,下游则为晶圆制造厂。由于CMP行业是多学科的交叉,因此产业链整体壁垒较高,对技术、工艺、专利等要求严格,由于国内企业进入时间相对较晚,因此整体国产化偏低。目前国内抛光液领先企业为安集科技、抛光垫领先企业为鼎龙股份、CMP设备领先企业为华海清科。

图表:CMP产业链主要公司

资料来源:各公司官网,中金公司研究部

CMP抛光液:行业竞争相对较分散,国内厂商迎来追赶机遇

抛光液方面,由于抛光液种类繁多,市场竞争格局相对较分散,全球龙头企业为Cabot,根据Semi统计,2018年抛光液市场主要参与厂商为Cabot(33%)、Hitachi(13%)、Fujimi(10%)、Versum(9%)、其他还包括Dow、DuPont、Rodel、Eka,Hinomoto Kenmazai,韩国ACE等公司,海外企业合计占据全球90%以上的市场份额,国内代表企业为安集科技,占全球市场份额2.4%,国内市场主要为Cabot主导,根据Cabot数据统计,2018年中国市场Cabot占43%份额,安集科技占13%份额,其余44%为其他海外企业占据。2020年Cabot在抛光液领域收入达4.81亿美元,市场份额提升至36%,安集科技收入达3.75亿元,市占率提升至4.2%。

图表:全球抛光液市场份额

资料来源:Semi,Cabot官网,中金公司研究部

图表:2018年国内抛光液市场份额

资料来源:Semi,中金公司研究部

► Cabot Microelectronics(CCMP.O,未覆盖)

Cabot Microelectronics Corporation 成立于1999年,为全球领先的CMP抛光液供应商和第二大CMP抛光垫供应商,其主要产品为电子材料(80%)及高性能材料(20%),其中电子材料中主要为CMP抛光液、抛光垫及其他电化学材料,高性能材料中主要为炭黑材料、纳米胶等。Cabot早在2000年之前即实现钨抛光液、电介质抛光液等化学机械抛光液的产业化,具有先发优势和规模优势,产品覆盖铝、铜、钨等金属抛光液以及介电层抛光液、硅抛光液等,产品线覆盖齐全。

图表:Cabot产品线布局

资料来源:Cabot Microelectronics,中金公司研究部

公司在钨系列抛光液领域进入研发时间较早,主要产品型号为Semi-Sperse系列及Win系列,在行业内始终保持领先地位,按2018年收入拆分来看占公司抛光液收入比重为53%,且受益于存储由2D向3D结构转变,对钨抛光液的需求量大幅增长。在5G、AIOT、可穿戴等需求旺盛的情况下,公司其他类抛光液均向好增长,2016~2020年公司年复合增长率7.8%。

图表:CMC 2011~2020年收入增长

资料来源:Cabot Microelectronics,中金公司研究部

图表:CMC 2011~2020年市场份额

资料来源:Cabot Microelectronics,中金公司研究部

尽管Cabot为行业龙头,且大幅领先于行业第二名企业,但其市场份额呈逐渐下滑状态。我们根据抛光液行业规模及Cabot披露的抛光液收入测算,2011年公司全球市占率约50%,至2020年公司份额已下滑至36%。我们认为原因为随着制程的演进,抛光液的种类一直在扩展,由原先的4-5种已逐渐发展到30余种,技术难度也变得较为复杂,客户的需求也逐渐多样化,龙头公司很难在所有细分领域掌握核心技术形成垄断,满足所有客户需求,因此多数企业选择深耕某一细分领域,这同时也给了新进入者切入市场的机遇与挑战。

安集科技(688019.SH)

安集科技为国内抛光液领先企业,公司主要产品为CMP抛光液及功能性湿电子化学品,其中CMP抛光液覆盖介电材料(二氧化硅、氮化硅)抛光液,钨抛光液,铜及铜阻挡层抛光液等,产品线齐全,公司打破了国外厂商对集成电路领域化学机械抛光液的垄断,位列国内半导体材料第一梯队。公司多位核心技术人员出自CMP行业龙头Cabot Microelectronics,在半导体材料积累了数十年的丰富经验和先进技术,且团队稳定,曾作为项目责任单位完成了“90-65nm集成电路关键抛光材料研究与产业化”及“45-28nm集成电路关键抛光材料研究与产业化”两个国家“02立项”项目,目前公司化学机械抛光液已成功用于130-14nm逻辑芯片工艺、存储芯片工艺和三维集成工艺,10-7nm技术节点产品正在研发中。2020年公司CMP抛光液收入达3.75亿元,市场份额约4.2%。

CMP抛光垫:行业呈一家独大格局,国内厂商积极培育国内供应商

抛光垫产品种类相对抛光液较单一,因此市场竞争也较为集中。目前全球抛光垫市场主要被美国厂商陶氏化学垄断,2018年市场份额接近80%,其他供应商包括Cabot(5%)、TWI(4%)日本东丽、3M、中国台湾三方化学、美国Cabot 等公司,国内鼎龙股份在该领域较为领先,实现从零到一的突破。

抛光垫领域呈一家独大的竞争格局,主要原因为抛光垫产品大致分为硬垫和软垫两种,在硬垫领域过去制程演进的过程中不同的技术节点对于抛光垫的变化不是非常大,龙头公司相对容易保持产品的一致性、垄断性、和稳定性,但同时正是因为在集中度如此高的情况下,对于国内厂商而言,为抑制海外厂商对国内有过高议价权,或将更愿意培养备选供应商,尤其是国内供应商,因此对国内已实现零一突破的企业,国内下游厂商或将更积极配合其开发认证。

图表:全球CMP抛光垫市场格局(2018年)

资料来源:Semi,中金公司研究部

CMP设备:行业呈美日厂商垄断,国产替代已有一定进展

CMP设备市场较为集中,主要厂商为应用材料及日本荏原Ebara,2018年两者占据90%以上市场份额。尤其在14nm以下先进制程工艺的大生产线上所应用的CMP设备仅由两家国际巨头提供,呈美日垄断格局,国内主要厂商为华海清科和北京烁科精微电子。

受益于近年来国产替代需求的愈加紧迫,CMP设备国产化率提升迅速,根据Semi及华海清科招股说明书统计,2018年-2020年华海清科在中国大陆地区的CMP设备市场占有率约为1.05%、6.12%和12.64%,呈现快速提升趋势。

图表:全球CMP设备市场份额(2018年)

资料来源:Semi,中金公司研究部

风险提示

国产化进展不及预期

在供应链安全日益紧迫的情况下,国内供应商正在积极导入国产半导体设备材料供应商,因此也给国内厂商提供了发展机遇,若行业整体国产化趋势放缓,或下游客户对国产替代紧迫程度放缓,将影响国内半导体设备材料企业收入及利润的释放。

晶圆产能扩张不及预期

我们认为国内晶圆代工厂商、存储器厂商甚至部分计划采用Fab-lite模式的芯片设计厂商有望保持产能的高速扩张,若下游晶圆厂产能扩张不及预期,则将导致国产设备材料每年的采购额大幅下降,影响其收入及利润。

行业竞争加剧风险

由于国内CMP企业整体布局时间较短,较海外龙头企业仍有一定的技术差距,若海外企业加大研发投入或通过兼并购增加公司规模及研发实力,可能会导致国内企业竞争加剧。

相关主题/热点

格隆汇声明:文中观点均来自原作者,不代表格隆汇观点及立场。特别提醒,投资决策需建立在独立思考之上,本文内容仅供参考,不作为实际操作建议,交易风险自担。

商务、渠道、广告合作/招聘立即咨询

相关文章

2015年底与2018年底的美股调整会重现吗?

前天 10:40

cover_pic

群益证券-中芯国际(688981):晶圆代工景气有望持续,H股估值较低

11-26 17:02

cover_pic

绿城水务:上调污水处理服务费价格标准调整

11-26 05:46

cover_pic
我也说两句
手机号码
+86
验证码
* 微信登录请先绑定手机号,绑定后可通过手机号在APP/网站登录。
绑定

绑定失败

该手机号已注册格隆汇账号,您可以选择合并账号。

关于合并:

1.合并后可使用手机号或微信快捷登录;

2.仅保留手机账号信息,清除原有微信账号信息;

3.付费权益将同步至手机账号;

4.部分特殊情形可能导致无法合并;

合并
返回上一步
确认您合并的手机号
获取验证码输入后提交合并账号
合并