半导体CMP抛光材料行业发展概览报告2024-2026

2024-2026半导体CMP抛光材料行业发展概览报告汇报人：吕家庆2024-08-01FROMBAIDUWENKU定义或者分类特点产业链发展历程政治环境商业模式目录CONTENTSFROMBAIDUWENKU经济环境社会环境技术环境发展驱动因素行业壁垒行业风险行业现状行业痛点问题及解决方案行业发展趋势前景机遇与挑战竞争格局经济环境社会环境技术环境发展驱动因素行业壁垒行业风险行业现状目录CONTENTSFROMBAIDUWENKU行业痛点问题及解决方案行业发展趋势前景机遇与挑战竞争格局01定义或者分类特点FROMBAIDUWENKUCHAPTER什么是半导体CMP抛光材料CMP抛光材料是应用于CMP工艺中的抛光材料，而CMP工艺是在半导体工业中使器件在各阶段实现全局平坦化的关键步骤。其原理是在一定压力和抛光液环境下，被抛光工件相对于抛光垫做相对运动，通过抛光液中固体粒子的研磨作用和氧化剂的腐蚀作用，使工件形成平坦光洁的表面。CMP抛光材料包括抛光液、抛光垫、调节器、清洁剂和其他材料，其中抛光液和抛光垫是凝集CMP工艺核心技术的关键材料。CMP抛光液由超细固体粒子研磨剂、氧化剂、表面活性剂、稳定剂等物质组成。CMP抛光液中发挥主要作用的是固体粒子研磨剂和氧化剂，固体粒子研磨剂一般为纳米级，发挥研磨作用，氧化剂发挥腐蚀溶解作用。抛光液浓度、研磨剂种类和大小、酸碱性、流速等对抛光速度和加工质量均有影响，抛光液的技术难点在于需根据不同的材料调整配方组合，以改善抛光速度和效果。根据抛光对象的不同，抛光液可分为硅抛光液、硅氧化物抛光液、铜抛光液、钨抛光液等。根据酸碱性不同，抛光液可分为酸性抛光液和碱性抛光液，酸性抛光液常用于抛光金属材料，如铜、钨、钛等；碱性抛光液常用于抛光非金属材料，如硅、硅氧化物等。CMP抛光垫由高分子材料制成，主要为发泡体固化的聚氨酯。这种材料使抛光垫具有多孔性和表面粗糙性，可发挥打磨、传导压力、传送抛光液、收集去除物等作用。抛光垫的硬度、密度、孔隙大小、弹性、修整频率等性能会对抛光效果产生影响，其技术难点在于沟槽设计和使用寿命。抛光垫在使用后会逐渐“釉化”，为保持抛光垫使用效果，需要用调节器定期整修使其恢复粗糙，或更换新的抛光垫，抛光垫使用寿命在45至75小时之间。根据软硬程度，抛光垫分为软垫和硬垫，硬垫有助于提高材料去除率，软垫有利于整体平面度，形成无缺陷表面。定义02产业链FROMBAIDUWENKUCHAPTER原材料供应商、研磨剂企业、化工企业、包装材料企业上游CMP抛光液、CMP抛光垫中游集成电路、分立器件、光电子器件、传感器下游产业链01020303发展历程FROMBAIDUWENKUCHAPTER04政治环境FROMBAIDUWENKUCHAPTER描述:《国家集成电路产业发展推进纲要》:将集成电路产业发展上升为国家战略。:《中国制造2025》:制定了至2020年集成电路自给率将达到40%、2025年达到50%的目标，国家对集成电路领域整体的推动利好CMP抛光材料等细分领域的发展。发改委:《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》:将集成电路材料中使用的抛光液、研磨液列为战略性新兴产业重点产品，引导社会资源对集成电路产业加大投入，推动CMP抛光材料行业发展。政治环境1政治环境《国家集成电路产业发展推进纲要》:将集成电路产业发展上升为国家战略。《中国制造2025》:制定了至2020年集成电路自给率将达到40%、2025年达到50%的目标，国家对集成电路领域整体的推动利好CMP抛光材料等细分领域的发展。发改委05商业模式FROMBAIDUWENKUCHAPTER06经济环境FROMBAIDUWENKUCHAPTER我国经济不断发展，几度赶超世界各国，一跃而上，成为GDP总量仅次于美国的唯一一个发展中国家。我国经济赶超我国人口基数大，改革开放后人才竞争激烈，大学生就业情况一直困扰着我国发展过程中。就业问题挑战促进社会就业公平问题需持续关注并及时解决，个人需提前做好职业规划与人生规划重中之重。公平就业关注经济环境07社会环境FROMBAIDUWENKUCHAPTER总体发展稳中向好我国总体发展稳中向好，宏观环境稳定繁荣，对于青年人来说，也是机遇无限的时代。关注就业公平与提前规划促进社会就业公平问题需持续关注并及时解决，对于个人来说提前做好职业规划、人生规划也是人生发展的重中之重。就业问题与人才竞争我国人口基数大，就业问题一直是发展过程中面临的挑战，人才竞争激烈，大学生毕业后就业情况、失业人士困扰国家发展。政治体系与法治化进程自改革开放以来，政治体系日趋完善，法治化进程也逐步趋近完美，市场经济体系也在不断蓬勃发展。中国当前的环境下描述了当前技术发展的日新月异，包括人工智能、大数据、云计算等前沿技术的涌现。技术环境需求增长、消费升级、技术创新等是行业发展的主要驱动因素，推动了行业的进步。发展驱动因素行业壁垒包括资金、技术、人才、品牌、渠道等方面的优势，提高了新进入者的难度。行业壁垒我国经济不断发展08技术环境FROMBAIDUWENKUCHAPTER技术驱动技术环境的发展为行业带来了新的机遇，是行业发展的重要驱动力。创新动力技术环境的不断创新和进步，为行业的创新发展提供了有力支持。人才需求技术环境的发展促进了人才的需求和流动，为行业的人才队伍建设提供了机遇。团队建设技术环境的发展要求企业加强团队建设，提高员工的技能和素质，以适应快速变化的市场需求。合作与交流技术环境的发展促进了企业间的合作与交流，推动了行业的整体发展。技术环境010203040509发展驱动因素FROMBAIDUWENKUCHAPTER发展驱动因素中国政策对半导体行业发展的鼓励和国际政策策对半导体材料的出口管制促进中国半导体CMP抛光材料行业发展。一方面，中国政府对半导体产业高度重视，出台各项政策并成立国家产业基金大力扶持；另一方面，作为半导体产业中的关键材料，国际政府对CMP抛光材料进行出口管制，利好中国CMP抛光材料行业发展。内外政策促进中国行业发展在需求方面，集成电路技术的进步使CMP抛光材料行业市场扩容。在供给方面，CMP抛光材料是高价值、高消耗材料，资本进入该领域动力大，推动中国半导体CMP抛光材料供应企业数量增加；需求和供应动力强劲一方面，中国政府对半导体产业高度重视，出台各项政策并成立国家产业基金大力扶持。另一方面，作为半导体产业中的关键材料，外国政府对CMP抛光材料进行出口管制，利好中国CMP抛光材料行业发展；中国和国际策促进行业发展半导体产业的转移对上游国产材料产生大量需求，促使CMP抛光材料等一系列配套材料本土化生产，实现大规模进口替代，改善当前半导体CMP抛光材料进口依赖度达90%以上的局面。全球产业转移，进口替代空间大10行业壁垒FROMBAIDUWENKUCHAPTER11行业风险FROMBAIDUWENKUCHAPTER12行业现状FROMBAIDUWENKUCHAPTER市场情况描述行业现状随着半导体工业飞速发展，电子器件的尺寸越来越小，对半导体原材料晶片表面的平整度要求也越来越高，达到纳米级别。对晶片表面处理的传统的平坦化技术有热流法、旋转玻璃法、回蚀法、选择淀积等，但这些都只能做到局部的平面化，不能达到全局平面化。化学机械抛光（CMP）不但能够对硅片表面进行局部处理，同时也可以对整个硅片表面进行平坦化处理,是目前唯一能兼顾表面全局和局部平坦化的技术。它可以平整晶片表面的不平坦区域，属于化学作用和机械作用相结合的技术，使芯片制造商能够继续缩小电路面积并扩展光刻工具的性能。每个晶圆的生产，都需要对晶片进行多次CMP抛光才得以实现。行业现状01市场份额变化半导体CMP抛光材料在集成电路的制造成本中约占7%左右，是半导体产业中的高端耗材，与下游芯片产量正向相关。得益于中国半导体产业的快速发展，下游行业对半导体CMP抛光材料的需求稳步增长。中国半导体CMP抛光材料的市场销售规模在2018年达到20亿元，2014年至2018年年复合增长率为9%。2019年至2023年中国CMP抛光材料市场将继续以9%的增速增长，在2023年达到37亿元，其中，CMP抛光液的市场规模约为CMP抛光垫的7倍。CMP抛光液市场销售规模从2014年的11亿元增长到2018年的17亿元，年复合增长率为0%，CMP抛光液2019年至2023年的年复合增长率为9%，在2023年市场规模将达到24亿元。CMP抛光垫过去五年年复合增长率为7%，2018年市场规模为3亿元，将以0%的年复合增长率继续增长，至2023年市场规模为13亿元。行业现状抛光液是CMP技术决定性因素抛光液市场占整个半导体材料的3~4%。抛光液是一种不含任何硫、磷、氯添加剂的水溶性抛光剂，主要起到抛光、润滑、冷却的作用。是CMP技术中的决定性因素之一，其性能直接影响被加工工件表面的质量以及抛光加工的效率。从抛光液全球市场格局来看，全球主要供应商主要为7-8家。长期以来，全球化学机械抛光液市场被美日企业所垄断。全球抛光液行业市场TOP3分别是:卡博特市占率为33%、日立市占率为13%、富士美市占率为10%。其中卡博特全球抛光液市场占有率最高，但已从2000年的约80%下降至2019年的约36%，表明全球抛光液市场正朝多元化方向发展，地区本土化自给率提升。01抛光垫抛光垫一般由聚胺脂做成，有像海绵一样的机械特性和多孔吸水特性，主要型号有IC1000、IC1400、IC2000、SUBAIV等，其中IC1000和SUBAIV是用得最广的。抛光垫表面包括一定密度的微凸峰，也有许多微孔，不仅可以去除硅片表面材料，而且还起到存储和运输抛光液、排除抛光过程产物的作用。抛光垫全球市场集中，前5大厂商占据91%的份额，目前中国大陆仅鼎龙股份有能力提供。鼎龙股份原为打印机耗材龙头，但早早地就看到半导体材料的前景，从13年开始立项，熬到16年8月才完成建厂，一直到17年才拿到第一张订单。2018年，鼎龙股份的CMP抛光垫卖出314万元，2019年卖出1230万元，2020年上半年卖出2102万元，增长迅猛，但和巨头比差距甚大。而且因为专利壁垒，代表未来趋势的12英寸晶圆用的开窗口抛光垫专利被美国公司占有，国内仅有DOW获得授权生产销售，鼎龙股份是从8英寸无窗口抛光垫入手，12英寸硅片用的抛光垫还处在客户测试阶段。0213行业痛点FROMBAIDUWENKUCHAPTER国际专利保护、技术封锁阻碍发展国际专利保护和技术封锁是中国半导体CMP抛光材料行业发展的障碍之一。半导体CMP抛光材料行业属于技术密集型行业，国际巨头拥有先发优势，掌握核心技术，对专有技术严格保密并申请专利保护，从产品的外形、设计、功能、工艺、生产过程、相关因素等方面申请专利，形成专利包，其他企业一旦使用相关技术便会侵犯专利，对中国半导体CMP抛光材料企业的研发产生不利影响。如美国嘉柏的抛光液产品使用3D气相研磨颗粒技术，由二氧化硅在1,700至1,800摄氏度烧制而成。美国嘉柏对该项技术进行专利申请，导致中国企业无法使用该项技术生产产品，限制产品的研发和生产。下游认证壁垒高、周期长制约发展下游客户认证壁垒高、周期长，对中国半导体CMP抛光材料企业的销售产生制约。芯片生产采取大批量制作模式，工艺复杂、流程多，需要历经2,000～5,000道工序，每一道工序使用材料的稳定性对最终晶圆良率有重大影响。若抛光材料的品质无法保持稳定，将造成大批量硅片磨损，损失巨大。同时，更换CMP材料供应商意味着对已形成稳定的工艺流程进行调整，需要花费很多的人力和成本，产生不可控制的风险，影响最终成品质量。故下游客户对材料供应商的认证十分严格，整个认证周期可达1～2年，需要经过初评、产品报价、样品检测、稳定性检测、考察关键指标、与主流产品对比分析、长达半年至一年的小批量试用、生产线考察等认证步骤。高端人才紧缺限制发展中国半导体行业高端人才紧缺，限制中国半导体CMP抛光材料行业发展。半导体CMP抛光材料技术含量高，中国缺少在研发和产业化方面的专业技术人员。一方面，专业人才在研究背景和实践操作方面都需具有丰富经验，理解生产工艺中的关键技术节点；另一方面，专业人才还需把握半导体整个产业和技术未来的发展趋势，配合下游产业开发出客户需要的产品，并在之后的供应中提供专业技术支持。而中国目前在半导体领域的人才储备少、企业院校对人才的培养滞后导致专业人才匮乏，制约半导体CMP抛光材料行业发展。030201行业痛点14问题及解决方案FROMBAIDUWENKUCHAPTER15行业发展趋势前景FROMBAIDUWENKUCHAPTER发展趋势前景描述发展低端、大批量应用产品:在中国半导体CMP抛光材料发展的初期，开发低端、大批量应用抛光材料可成为中国企业快速扩张、占领市场、实现盈利的有效策略。在低端应用领域，如分立器件，对CMP抛光材料的要求相对集成电路领域较低，但在生产过程中需要大批量使用，中国企业在技术上容易突破，且研发成本不高，销售价格较国际产品低，可在短期内完全实现进口替代。以分立器件为例，需要大量使用CMP抛光液，且下游应用广泛，在快消电子品和不需要集成电路的低成本电路中均有应用，如汽车电子、电子玩具、电子照明等。中国是全球最大的分立器件生产基地，对上游CMP抛光液需求大。企业兼并收购加快技术升级:中国半导体CMP抛光材料行业兼并收购和投资活动加剧助推技术快速升级。高端抛光材料制造技术的研发难度高、投入大，单个企业短时间内难以实现突破，通过收购拥有技术的中国小微企业或与领先的国际企业合作，中国半导体CMP抛光行业技术水平将加快提升。一方面，中国企业通过收购、并购等方式整合半导体CMP抛光材料行业资源。在国家“02重大专项”、《国家集成电路产业发展推进纲要》等各项政策的大力推动下，中国半导体CMP抛光材料行业获得了一定的发展，涌现了一些拥有先进技术的小微企业。有意进军半导体产业的大型企业通过收购这些先进小微企业，可快速获取专业技术，并为研发投入提供有力支持，加快技术研发的进程。半导体先进制程推动CMP行业发展:CMP主要用于浅槽隔离(STI)抛光、铜的研磨与抛光、高k金属栅的抛光、FinFET晶体管的虚拟栅CMP、GST的CMP、埋入字线DRAM存储器的栅CMP、高迁移率沟道材料未来的CMP等工艺。随着芯片制程不断精细，抛光材料种类和用量也迅速增长。比如14纳米以下逻辑芯片工艺要求的关键CMP工艺将达到20步以上，使用的抛光液将从90纳米的五六种抛光液增加到二十种以上；7纳米及以下逻辑芯片工艺中CMP抛光步骤甚至可能达到30步，使用的抛光液种类接近三十种。而存储芯片由2DNAND向3DNAND技术变革，也会使CMP抛光步骤数近乎翻倍。根据卡博特数据，当逻辑芯片制程达到5纳米时，约25%-30%生产步骤都要用到抛光液。存储芯片由2DNAND升级到3DNAND后由于结构更复杂，抛光次数增加，且约50%生产步骤需要用到抛光液。固定磨料化学机械抛光技术:新的平坦化技术研发主要集中在将磨料固定在有机薄膜基材表面上，形成新的抛光垫来替代传统抛光垫的固定磨料化学机械抛光技术（FixedCMP，FA-CMP）。通过使用不含有磨料的抛光液，直接通过抛光液与硅片之间化学腐蚀作用及抛光垫和硅片之间的摩擦作用去除表面材料实现硅片全局平坦化的无磨料化学机械抛光技术（Abrasive-freeCMP，AF-CMP）。在传统电化学铜沉积工艺基础上，在两个电极之间增加非导体多孔抛光垫，在利用抛光垫干扰作用实现选择性电化学铜沉积同时，利用抛光垫的机械摩擦和抛光作用去除多余铜沉积层而达到平坦化目的的电化学沉积技术（Electrochemicalmechanicaldeposition，ECMD）。依靠电流密度效应按一系列同心环对铜结构表面进行平坦化的无应力抛光技术（Stress-Freepolishing，SFP）。通过压力将要平坦化的物体压平的接触平坦化（Contactplanarization，CP）。通过控制等离子喷嘴的位置和速度，对凹凸表面进行局部加工的等离子辅助化学刻蚀（Plasmaassistedchemicaletching，PACE）等。行业发展趋势前景发展低端、大批量应用产品在中国半导体CMP抛光材料发展的初期，开发低端、大批量应用抛光材料可成为中国企业快速扩张、占领市场、实现盈利的有效策略。在低端应用领域，如分立器件，对CMP抛光材料的要求相对集成电路领域较低，但在生产过程中需要大批量使用，中国企业在技术上容易突破，且研发成本不高，销售价格较国际产品低，可在短期内完全实现进口替代。以分立器件为例，需要大量使用CMP抛光液，且下游应用广泛，在快消电子品和不需要集成电路的低成本电路中均有应用，如汽车电子、电子玩具、电子照明等。中国是全球最大的分立器件生产基地，对上游CMP抛光液需求大。行业发展趋势前景01020304企业兼并收购加快技术升级中国半导体CMP抛光材料行业兼并收购和投资活动加剧助推技术快速升级。高端抛光材料制造技术的研发难度高、投入大，单个企业短时间内难以实现突破，通过收购拥有技术的中国小微企业或与领先的国际企业合作，中国半导体CMP抛光行业技术水平将加快提升。一方面，中国企业通过收购、并购等方式整合半导体CMP抛光材料行业资源。在国家“02重大专项”、《国家集成电路产业发展推进纲要》等各项政策的大力推动下，中国半导体CMP抛光材料行业获得了一定的发展，涌现了一些拥有先进技术的小微企业。有意进军半导体产业的大型企业通过收购这些先进小微企业，可快速获取专业技术，并为研发投入提供有力支持，加快技术研发的进程。半导体先进制程推动CMP行业发展CMP主要用于浅槽隔离(STI)抛光、铜的研磨与抛光、高k金属栅的抛光、FinFET晶体管的虚拟栅CMP、GST的CMP、埋入字线DRAM存储器的栅CMP、高迁移率沟道材料未来的CMP等工艺。随着芯片制程不断精细，抛光材料种类和用量也迅速增长。比如14纳米以下逻辑芯片工艺要求的关键CMP工艺将达到20步以上，使用的抛光液将从90纳米的五六种抛光液增加到二十种以上；7纳米及以下逻辑芯片工艺中CMP抛光步骤甚至可能达到30步，使用的抛光液种类接近三十种。而存储芯片由2DNAND向3DNAND技术变革，也会使CMP抛光步骤数近乎翻倍。根据卡博特数据，当逻辑芯片制程达到5纳米时，约25%-30%生产步骤都要用到抛光液。存储芯片由2DNAND升级到3DNAND后由于结构更复杂，抛光次数增加，且约50%生产步骤需要用到抛光液。固定磨料化学机械抛光技术新的平坦化技术研发主要集中在将磨料固定在有机薄膜基材表面上，形成新的抛光垫来替代传统抛光垫的固定磨料化学机械抛光技术（FixedCMP，FA-CMP）。通过使用不含有磨料的抛光液，直接通过抛光液与硅片之间化学腐蚀作用及抛光垫和硅片之间的摩擦作用去除表面材料实现硅片全局平坦化的无磨料化学机械抛光技术（Abrasive-freeCMP，AF-CMP）。在传统电化学铜沉积工艺基础上，在两个电极之间增加非导体多孔抛光垫，在利用抛光垫干扰作用实现选择性电化学铜沉积同时，利用抛光垫的机械摩擦和抛光作用去除多余铜沉积层而达到平坦化目的的电化学沉积技术（Electrochemicalmechanicaldeposition，ECMD）。依靠电流密度效应按一系列同心环对铜结构表面进行平坦化的无应力抛光技术（Stress-Freepolishing，SFP）。通过压力将要平坦化的物体压平的接触平坦化（Contactplanarization，CP）。通过控制等离子喷嘴的位置和速度，对凹凸表面进行局部加工的等离子辅助化学刻蚀（Plasmaassistedchemicaletching，PACE）等。16机遇与挑战FROMBAIDUWENKUCHAPTER17竞争格局FROMBAIDUWENKUCHAPTER竞争格局半导体CMP抛光材料行业属于技术密集型行业，单一产品具有高度专用性，技术壁垒高，研发投入大。下游集成电路行业产品技术升级和更新快，导致上游抛光材料行业需要同步升级与之匹配。CMP抛光材料行业在全球范围内呈现寡头垄断格局，前七大公司市场份额达90%。在抛光液领域，美国嘉柏全球市占率最高，近三年维持35%左右的市场份额，美国嘉柏与美国Versum、日本富士、韩国ACE等公司合计占全球市场90%的份额。在抛光垫领域，美国陶氏化学占全球市场90%的份额，其余份额由美国嘉柏、日本东丽、美国3M等公司瓜分。中国半导体CMP抛光材料行业起步晚，企业数量少、规模小，产品以进口为主，长期被美、日、韩等国垄断，目前仅有少数企业能实现量产。安集科技是中国唯一一家在130-28纳米技术节点提供12英寸晶圆抛光液的本土供应商，在2018年完成了多个世界水平的材料研发和产业化供应，打破国际垄断，2019年已在研制10-7纳米技术节点的产品。鼎龙股份是抛光垫的主要本土供应商，该公司的8英寸晶圆用产品已实现量产供应，12英寸晶圆用产品已开展客