CMP抛光液是一种用于半导体制造过程中的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,简称CMP)工艺的关键材料,它可以有效地去除晶圆表面的凸起和凹陷,实现晶圆表面的平整化,提高晶圆质量和性能。随着半导体技术的不断发展,对CMP抛光液的性能要求也越来越高,尤其是在制作高集成度、低功耗、高速度的芯片时,需要使用更精细、更稳定、更环保的CMP抛光液。
抛光液都有哪些组成和领域?
抛光液作为一种水溶性抛光剂,主要由固体粒子研磨剂、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等成分构成。
CMP抛光材料产业链情况:
根据抛光薄膜的不同,抛光液也会对应分为钨抛光液、铜抛光液、硅抛光液等种类,所需要的的研磨颗粒以及添加剂也会有所不同。其中研磨颗粒在抛光液中成本占比最大,是至关重要的关键材料,一般会用到的有有二氧化硅、氧化铝、氧化铈等。
根据不同的应用领域,CMP抛光液可以分为以下几类:
1)金属CMP抛光液:用于去除金属层(如铜、钨、铝等)的多余部分,形成金属互连线路。金属CMP抛光液需要具有高的去除率、低的选择性、低的腐蚀性和低的缺陷密度等特点。
2)氧化物CMP抛光液:用于去除氧化物层(如二氧化硅、氮化硅等)的多余部分,形成介电层或绝缘层。氧化物CMP抛光液需要具有高的去除率、高的选择性、低的划痕和低的缺陷密度等特点。
3)聚合物CMP抛光液:用于去除聚合物层(如聚酰亚胺等)的多余部分,形成低介电常数材料或低k材料。聚合物CMP抛光液需要具有高的去除率、高的选择性、低的划痕和低的缺陷密度等特点。
4)硬质材料CMP抛光液:用于去除硬质材料(如碳化硅、氮化镓等)的多余部分,形成功率器件或光电器件。硬质材料CMP抛光液需要具有高的去除率、高的选择性、低的划痕和低的缺陷密度等特点。
抛光液在抛光材料中的占比:
从 CMP 抛光材料组分来看,抛光液和抛光垫分别占到抛光材料的 48.10%和 31.60%,二者合计占比近八成,其他抛光材料还包括调节器和清洁剂等。
CMP抛光液的市场空间如何?
CMP抛光液在半导体制造中占有重要地位,其市场需求与半导体产业发展密切相关。随着5G通信、人工智能、物联网等新技术和新应用的快速发展,对半导体芯片的需求也不断增加,推动了半导体产业规模和水平不断提升。
据统计,2020年全球半导体市场规模达到4390亿美元,同比增长6.8%;2021年预计达到5270亿美元,同比增长20%。而全球CMP抛光液市场规模也从2019年的22.5亿美元增长到2020年的24.7亿美元,预计2021年将达到28.4亿美元。
CMP抛光液主要的生产厂商以及竞争格局
目前,全球CMP抛光液市场主要由美国、日本、韩国等国家的企业占据主导地位,其中以美国的陶氏杜邦、日本的卡伯特微电子和韩国的Soulbrain等为代表。这些企业在CMP抛光液的研发、生产、销售和服务方面都具有较强的实力和优势,占据了全球CMP抛光液市场的近80%的份额。而中国的CMP抛光液企业相对较弱,主要集中在低端产品和应用领域,市场份额不足10%。
然而,随着中国半导体产业的快速发展,对CMP抛光液的需求也不断增加,尤其是在高端产品和应用领域,对CMP抛光液的性能要求也越来越高。为了满足市场需求,降低对外依赖,提高自主创新能力,中国CMP抛光液企业也在加大研发投入,提升产品质量和技术水平,争取实现国产替代。目前,中国已经有一批具有一定规模和实力的CMP抛光液企业,如江苏晶科、上海微宏、北京中微等,在一些低端或中端产品和应用领域已经实现了国产替代,并在一些高端产品和应用领域也取得了一定的突破。例如,江苏晶科已经成功开发出适用于14纳米以下工艺节点的金属CMP抛光液,并与国内外知名芯片厂商建立了合作关系;上海微宏已经成功开发出适用于28纳米以下工艺节点的氧化物CMP抛光液,并与国内外知名芯片厂商建立了合作关系;北京中微已经成功开发出适用于12英寸晶圆的硬质材料CMP抛光液,并与国内外知名芯片厂商建立了合作关系。
我国抛光液目前主要生产企业
1)安集科技:国内抛光液龙头
安集微电子是国内抛光液领域主流的供应商,产品包括CMP抛光液、清洗液等,先后完成铜及铜阻挡层系列、钨抛光液、硅抛光液、氧化物抛光液等产品的研发和产业化,已在14~130nm 技术节点实现规模化销售,7~10nm 技术节点产品正在研发中。2020 年度公司实现营业收入 4.22亿元,较去年同期增长 47.99%。
2)上海新阳
2020年8月13日,上海新阳与上海晖研材料科技有限公司签订了《战略合作协议》,共同开发 CMP 抛光液。上海晖研具有研发团队,生产工艺技术等专有技术,而上海新阳具有产品生产基础条件与产品销售渠道,双方达成产品研发、生产、销售与服务的合作关系。
3)深圳力合
成立于2003年,与清华大学深圳研究院有合作开发抛光液产品,并承担了国家"十二五"等科技重大专项,实力不容小觑。深圳力合主要提供新开发抛光液(玻璃基片抛光液、钛基片抛光液、砷化镓抛光液)、蓝宝石抛光液、硅晶片抛光液和计算机硬盘基片抛光液4种产品。
4)上海新安纳
成立于2008年,是中科院上海微系统所联合国内外研究机构、企业共同创办的公司,也承担了国家"十二五"重大专项,主要提供铜抛光液、硅片抛光液、蓝宝石抛光液、LED芯片背面减薄抛光液。
5)深圳市众望丽华微电子
成立于2020年11月,是一家集研发、生产、销售、服务为一体的民营高科技企业。以研发生产成电路用大尺寸硅片衬底抛光液和集成电路抛光液为主要产品方向,为半导体衬底材料厂商和集成电路晶圆代工厂商提供表面处理服务。
未来,随着中国半导体产业向高端化、集成化、多元化方向发展,对CMP抛光液的需求将更加旺盛,同时也将提出更高的性能要求。这将为中国CMP抛光液企业带来更大的机遇和挑战,促使其加快技术创新和产品升级,实现更多领域的国产替代,提升在全球CMP抛光液市场中的竞争力和影响力。