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CMP抛光液为何成为制约芯片国产化的“罪魁祸首”

关键词 CMP , 抛光研磨|2019-03-15 10:50:38|金属加工|来源 金智创新
摘要 CMP抛光液(chemicalmechanicalpolishing化学机械抛光,简称CMP)是平坦化精密加工工艺中超细固体研磨材料和化学添加剂的混合物,CMP抛光液一般由提供研磨...

       CMP抛光液( chemical mechanical   polishing化学机械抛光,简称CMP)是平坦化精密加工工艺中超细固体研磨材料和化学添加剂的混合物,CMP抛光液一般由提供研磨作用的超细固体粒子如纳米级SiO2、Al2O3粒子等和提供腐蚀溶解作用的表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成。它广泛用于各类集成电路、半导体、蓝宝石、LED行业及其他领域的抛光过程,用来辅助抛光、保护硅片等材料免受划伤,因此在国产芯片的发展历程中是离不开它的。本文将对中国CMP抛光液行业现状与机遇进行分析。

  CMP技术是目前集成电路硅晶片抛光的充分条件

  CMP技术通过化学腐蚀和机械研磨综合发挥作用,它利用了磨损中的“软磨硬”原理,即用较软的材料来打磨较硬的抛光工件。施加一定压力和抛光浆料,使抛光工件相对于抛光垫作往复运动,借助于纳米粒子的研磨作用和氧化剂的腐蚀作用的结合,在被抛光的工件表面形成较高质量的光洁表面。从而避免了单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面不平整、抛光一致性差和单纯机械抛光造成的表面损伤等缺点。

  在集成电路(IC)和超大规模集成电路中(ULSI)对基体材料硅晶片的抛光上,CMP技术应用最为广泛。目前,国际上普遍认为,器件特征尺寸小于0.35μm时,为了保证光刻影像传递的精确度和分辨率必须进行全局平面化,而CMP是现在几乎唯一可以满足全局平面化需求的技术。

  目前,CMP技术己经发展成以化学机械抛光机为主体,将在线检测、终点检测、清洗等工艺流程融于于一体的系统技术,产生于集成电路向薄型化、平坦化、微细化、多层化工艺发展过程。同时也是晶圆向更大直径过渡,提高生产率,降低制造成本,衬底全局平坦化所必需的工艺技术。

  作为CMP技术的最重要构成,CMP抛光液一般由磨料、PH值调节剂、氧化剂、分散剂和去离子水等添加剂组成,如表1所示。

表1 CMP抛光液的构成及简介

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  国内市场被国外企业垄断,国内企业主导中低端产品

  2017年,中国CMP抛光液消费量达到了2137万升,预计2025年将达到9653万升。

图1 国内市场上主流厂商销量(万升)及占比

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  国内市场芯片用抛光液主要由Cabot Microelectronics、Dow Electronic Materials、Fujimi  Incorporated、Air Products/Versum Materials、Fujifilm、Hitachi   Chemical和安集微电子等主导。2017年,国外厂商的销量市场总占有率超过65.7%,呈现垄断的格局。

  在高端半导体领域,国内厂商目前主要是安集微电子一家,公司客户遍及除大陆之外的美国、新加坡、马来西亚、台湾、欧洲等地区,其中包括数家全球知名的晶圆制造企业,如中芯国际、台积电和Intel等。半导体用CMP抛光液技术壁垒高,市场集中度极高,中国市场,高端产品主要被日美企业垄断。

  在中低端领域己基本国产化。国内厂商如上海新安纳电子科技有限公司、湖北海力天恒纳米科技有限公司、湖南皓志科技股份有限公司、深圳市力合材料有限公司、无锡易洁工业介质有限公司等,占有重要地位。

  2017年,中国国内企业CMP抛光液产量达到了538万升,预计2025年将达到4100万升,2017年产值为1.37亿元,预计2025年达到10亿元,2018~2025年复合增长率为21.9%。通过对比国内CMP抛光液的产量和消费量,我们可以发现目前CMP抛光液的缺口很大,尤其是高端产品,国产化率较低,需要大量依赖进口。

  产业化瓶颈:投入风险大,国外垄断,供应链不完善

  用于晶圆前道生产工艺中的国内材料科技一直是空白。比如,用于晶圆表面的SiO2抛光液,SiO2浆料是整个配方成分的核心,它目前处于国外企业垄断中。半导体材料产业链的上游被国外企业掌控,决策权在国外公司,考虑问题很难从中国市场出发。随着集成电路的发展,它的负面影响会越来越大。国内的材料企业的优势是对市场的反应速度快,服务也跟得上。但是是缺少含金量的技术工艺。

  目前本土厂商面临着以下制约因素:

  一是集成电路材料领域新产品新技术迭代需要投入大量时间,从研发、中试到产业化,最终才能在用户端获得大规模应用,风险高,很多时候产品尚未成型,企业已经面临资金断裂的风险。

  二是国外竞争对手常常利用其市场垄断地位,进行产品捆绑、连带等违规操作,先发制人阻止本地产品进入市场,扩大市场占有率,本土企业甚至已经失去了模仿跟进的机会。

  三是供应链不完善,很多高端原材料(如胶体二氧化铈、超高纯胶体二氧化硅)都需要从欧洲、美国和日本进口,导致国内企业只能从低端开始,技术与市场竞争从开始就处于被动的局面。

  芯片国产化拉动CMP抛光液的市场需求

  十年以前,国内抛光液市场有90%的产品需要依赖进口,其中高端产品如8英寸、12英寸的芯片用抛光液,国内无法生产,全部依赖进口。今年,中兴芯片事件引发了国人对芯片行业的集体焦虑。预计在不久的将来,更多的政策利好和资金扶持还会不断出现,集成电路的上游行业会快速发展,CMP抛光液的需求规模也将大大提升。

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