电子元器件行业深度分析精品.docx

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1、1.3. CMP材料具有较高的技术壁垒和客户认证壁垒231.4. CMP抛光液：日美厂商垄断，种类繁多催生差异化竞争机遇271.5. CMP抛光垫：陶氏一家独大，鼎龙率先突围344 .相关公司374.1. 华海清科：国内唯一12英寸CMP设备商，市占率稳步提升374442鼎龙股份：国内CMP抛光垫龙头，光电半导体材料业务高速放量4.3. 安集科技：国产CMP抛光液龙头，打造电子材料平台型企52485 .风险提示5.1. 市场竞争风险5252产品开发不及预期525.3. 下游需求衰减523硅通孔（TSV放术、扇出（Fan-Out技术、2.5D转接板（interpose r3D IC等封装技术中对

2、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。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。随着超大规模集成电路制造的线宽不断细小化，制造工艺不断向先进制程节点发展，平坦化的精度要求也不断提高，CMP步骤也会不断增加，从而大幅刺激了集成电路制造商对CMP设备的采购和升级需求。图2:先进封装工艺流程1 先进封装工艺流程-1 、一制作通孔绝缘层/阻挡层淀积金属填充CMP L背面诚薄键合图3: CMP平坦化效果困资料来源:华海洽科招收书.安尔证柞研究中心

3、图4: CMP与传统方法的抛光去除速率对比资料来源：华海清科招股书.安代证奉研究中心1.2. CMP工艺技术原理CMP设备主要依托CMP技术的化学-机械动态耦合作用原理,通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化（全局平整落差5nm以内的超高平整度）。CMP抛光过程可以分为化学过程和物理过程。化学过程指：研磨液中化学成分与硅片表面材料产生化学反应，通过将不溶物转化为易溶物或软化高硬度物质，生成比较容易去除的物质。物理过程指：研磨液中的磨粒与硅片表面材料发生机械物理摩擦，从硅片表面去除这些化学反应物，溶入流动的液体中带走。图5: CMP抛光模块示意图图

4、6: CMP抛光作业原理图研星口粉图3: CMP平坦化效果困资料来源:华海洽科招收书.安尔证柞研究中心图4: CMP与传统方法的抛光去除速率对比资料来源：华海清科招股书.安代证奉研究中心1.2. CMP工艺技术原理CMP设备主要依托CMP技术的化学-机械动态耦合作用原理,通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化（全局平整落差5nm以内的超高平整度）。CMP抛光过程可以分为化学过程和物理过程。化学过程指：研磨液中化学成分与硅片表面材料产生化学反应，通过将不溶物转化为易溶物或软化高硬度物质，生成比较容易去除的物质。物理过程指：研磨液中的磨粒与硅片表面材

5、料发生机械物理摩擦，从硅片表面去除这些化学反应物，溶入流动的液体中带走。图5: CMP抛光模块示意图图6: CMP抛光作业原理图研星口粉抛光垫、钻石碟、清洗液等，对CMP工艺效应均有关键影响。1.CMP抛光垫：主要作用是储存和运输抛光液、去除磨屑和维持稳定的抛光环境等；2. CMP抛光液：是研磨材料和化学添加剂的混合物，可使晶圆表面产生一层氧化膜，再由抛光液中的磨粒去除，达到抛光的目的。3. CMP钻石碟：是CMP工艺中必不可少的耗材，用于维持抛光垫表面一定的粗糙状态，通常与CMP抛光垫配套使用。4. CMP清洗液：主要用于去除残留在晶圆表面的微尘颗粒、有机物、无机物、金属离子、氧化物等杂质，

6、满足集成电路制造对清洁度的极高要求，对晶圆生产的良率起到了重要的作用。图8: CMP工艺上下游上游原材料中游制造CMP材料CMP设备表面活性剂袁化剂fflx下游产品资料来源:新材料在我,安信证券研究中心CMP设备是CMP技术应用的载体，集摩擦学、表/界面力学、分子动力学、精密制造、化学化工、智能控制等多领城最先进技术于一体，是集成电路制造设备中较为复杂和研制难度较大的设备之一。同时，由于铜连线在微处理器生产中广泛引用，因此唯一能够抛光铜金属层的CMP设备更成为芯片制造厂商必需的重要工具。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

7、：通常具有真空吸附装貉用于吸附晶圆，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，分为清洁一冲洗一干燥环节，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图9: CMP设备结构图修辰X光液修整31资料来源:华海清科招股书,安信证券研究中心1.4.先进制程推进带动CMP设备及材料需求当前CMP

8、已经广泛应用于集成电路制造中对各种材料的高精度抛光。按照被抛光的材料类型，具体可以划分为三大类：（1）衬底：主要是硅材料。（2 ）金属：包括Al/Cu金属互联层，Ta/Ti/TiN/TiNxCy等扩散阻挡层、粘附层。（3 ）介质：包括SiO2BPSGPSG 等 ILD （层间介质），SI3N4SiOxNy 等钝化层、阻挡层。在025m节点后的AI布线和进入0.13m节点后的Cu布线，CMP技术的重要性持续凸显：9065nm节点：随着铜互连技术和低k介质一种绝缘材料的广泛采用浅槽隔离(STI)、绝缘膜、铜互连层是CMP的主要研磨对象。28nm节点：逻辑器件的晶体管中引入高k金属栅结构(HKMG)

9、,因而同时引入了两个关键的平坦化应用，包括虚拟栅开口 CMP工艺和替代金属栅CMP工艺。32nm及22nm节点：铜互连低k介质集成的CMP工艺技术支持32nm和22nm器件的量产，其中开始出现的FinFET晶体管添加了虚拟栅平坦化工艺，这是实现后续3D结构刻蚀的关键技术。随着摩尔定律的推进，当制造工艺不断向先进制程节点发展时，对CMP技术的要求也相应提高。当制程节点发展至7nm以下时，芯片制造过程中CMP的应用在最初的氧化硅CMP和铝CMP基础上新增了包含氮化硅CMP、鳍式多晶硅CMP、铝金属栅极CMP等先进CMP技术，所需的抛光技术也增加至30余步，大幅刺激了集成电路制造商对CMP设备及材料

10、的采购和升级需求。图10:介质CMP浅槽隔离(STI)乳化硅椎光局部互逢(LI)乳化硅及伤拗光层间介质(ILD)久化硅粕光11资料来源：华海济科招股书,安住证券研究中心图11:金属CMP女大马士羊仙布线 层间介质（ILD）合舄仅抛先资料来源:华海清科招股书,安信证券研究中心图12: 911层金属结构CuCMP的示意图资料来源:华海清科招股书,安信证养研究中心2. CMP设备市场快速成长，国产替代快速前行2.1.行业高景气带动晶圆厂扩大资本开支设备需求大幅提高在5G、物联网、汽车电子、云计算等需求的带动下，半导体市场需求持续增长。2020年尽管受到疫情的影响，全球半导体市场规模依然同比增长6.8

11、%，达到了 4404亿美元，预计2021年、2022年全球半导体市场规模分别为5530亿美元、6015亿美元，同比分别增长25.6%、8.8%o从分地区来看，2021年和2022年亚太市场规模增速将高于全球平均，分别为26.7%, 8.4% ,在全球市场的占比分别为62.11%, 61.90%o图11:金属CMP女大马士羊仙布线 层间介质（ILD）合舄仅抛先11资料来源:华海清科招股书,安信证券研究中心图12: 911层金属结构CuCMP的示意图资料来源:华海清科招股书,安信证养研究中心2. CMP设备市场快速成长，国产替代快速前行2.1. 行业高景气带动晶圆厂扩大资本开支设备需求大幅提高在5

12、G、物联网、汽车电子、云计算等需求的带动下，半导体市场需求持续增长。2020年尽管受到疫情的影响，全球半导体市场规模依然同比增长6.8%，达到了 4404亿美元，预计2021年、2022年全球半导体市场规模分别为5530亿美元、6015亿美元，同比分别增长25.6%、8.8%o从分地区来看，2021年和2022年亚太市场规模增速将高于全球平均，分别为26.7%, 8.4% ,在全球市场的占比分别为62.11%, 61.90%o增长持续超出预期。根据SEMI的预测，全球半导体设备市场将于2022年同比增长10.68% ,增长至1140亿美元，2016-2022年复合增长率将达到18.47%o另外

13、，中国大陆的半导体设备销售额从2013年的33亿美元增长至2020年的187亿美元，年复合增长率高达27.70% ,远超全球市场增速。从中国市场占比来看，中国大陆半导体设备销售额在全球占比从2013年的10.40%提高到2020年的26.25%o2021年，中国大陆第二次成为全球半导体设备的最大市场，销售额增长了 58% ,达到296亿美元,在全球市场占比高达28.7% ,占比进一步提高。图14: 2013-2022E全球半导体设备市场规模及增速图15: 2012-2022E中国半导体设备市场规模及增速200000800硒4002001250.00%40.0030.00%20.00%10.00

14、%0.00-10.00-20.00l2016 2017 2018 2019 2020 2021E2022E一市场规模（亿美元）一同比增长资料来源:SEMI.安信证券研究中心资料来源:SEMI.安信证券研究中心22中国大陆CMP设备市场规模接近8亿美元根据Gartner数据,CMP设备在半导体晶圆制造设备中占比为3% ,结合SEMI的数据，2020-2021年全球晶圆制造设备市场规模612亿美元、880亿美元，按照3%的比例测算，CMP设备对应市场规模为18.4亿美元、26.4亿美元,。 根据SEMI数据,2021年中国大陆在半导体设备在全球市场占比高达28.7% ,按次比例测算CMP设备的占比，预计2021年中国大陆CMP设备市场规模7.6亿美元。图16: 2021年CMP设备市场规模资料来源:SEMI. Gartner,安信证券研究中心2.3. CMP设备技术壁垒高，勘卜龙头企业长期垄断复杂的技术工艺与高难度的研发是CMP设备的主要壁垒。CMP设备是集机械学、流体力学、材料化学、精细加工、控制软件等多领域最先进技术于一体的设备，需保持精密的机械控制与干湿化学和机械间的平衡，具有较为复杂的研制难度，对技术、工艺、专利等有严格的要求，厂商竞争存在较高的技术壁垒。 专利也是CMP设备的一大准入壁垒。2013年之后，CMP专利申请量缓慢增长，而CMP后清洗专利申请量却处于