2016—2017年中国电子化学品CMP材料行业分析报告..pptx

2016—2017年中国电子化学品CMP材料行业分析报告2016年10月

一、CMP耗材从无到有，国产替代潜力无限1、CMP：追赶摩尔定律的关键技术（1）IC发展的两大趋势：不断缩小的器件特征尺寸和不断扩大的晶圆尺寸随着计算机、通信和网络技术的快速发展，集成电路不断向高速化、高集成化、高密度化和高性能化发展。早在50年前，戈登〃摩尔就预测单位芯片上的集成晶体管数量将每年增加一倍，十年后又修改为每两年翻一番，这就是著名的摩尔定律。这条看似没有理论依据的定律神奇地预测了半导体行业50年的发展，引领着半导体芯片不断更新换代，集成度越来越高。为了扩大芯片容量，提升运算速度和技能，同时降低生产成本，最有效的方法就是缩小芯片的特征尺寸和增大晶圆的直径尺寸。目前芯片的特征尺寸已经步入纳米级别，28nm、22nm已成为市场主流，14nm已可量产，10nm也开始试产，高度竞争进一步提升了发展速度。随着芯片层次的提升，其面积也随之扩大，为保证生产效率，晶圆的尺寸也越来越大，这样一片晶圆上就能生产更多的芯片，从而大幅增加产量，降低单个芯片的生产成本。据IBM研究，300mm（12英寸）晶圆所生产的芯片成本较200mm可降低30%~40%，因此300mm晶圆目前已成为发展主流，并在向450mm过渡。图1：集成电路的主要应用与增速图2：半导体产业的

发展趋势及预测（2）CMP是单晶硅片加工和多层金属互联技术中关键的平坦化技术CMP技术广泛应用在单晶硅片抛光和金属布线及介质层抛光中。集成电路制造需要在单晶硅片上执行一系列的物理和化学操作，生产工艺非常复杂。随着器件特征尺寸的缩小，所需要的生产工序也更多，90nm以下的制程生产工艺均在400个工序以上才能完成。在这个复杂的过程中，单晶硅片制造和前半制程工艺中将会多次用到化学机械抛光（CMP）技术，最主要的是应用在单晶硅片的镜面抛光和金属布线层的抛光中。图3：集成电路生产工序越来越复杂图4：CMP在集成电路制造过程中的应用对于最小特征尺寸在0.35μm以下的器件，必须进行全

局平坦化。因此随着器件特征尺寸减小，合适的抛光工艺尤为重要。一般抛光工艺包括机械抛光、化学抛光和化学机械抛光（CMP），其中化学机械抛光利用抛光液对砝片表面的机械研磨和化学腐蚀的双重作用，兼有机械抛光和化学抛光两种抛光方法的优点，尤其适合大直径晶圆的加工，是现代半导体制造工业中最为普遍的抛光方法。CMP利用晶圆和抛光头之间的相对运动来实现平坦化，抛光头以一定压力压在旋转的抛光垫上，研磨液在硅片表面和抛光垫之间流动，然后抛光垫的传输和离心力的作用下，均匀分布其上，在硅片和抛光垫之间形成一层研磨液液体薄膜。研磨液中的化学成分与硅片表面材料产生化学反应，将不溶的物质转化为易溶物质，或者将硬度高的物质进行软化，然后通过磨粒的微机械摩擦作用将这些化学反应物从硅片表面去除，溶入流动的液体中带走，最终达到抛光的效果。图5：化学机械抛光原理图图6：各类平坦化技术效果对比单晶硅片：一般来说，单晶硅片需要2次以上的抛光，表面才可以达到集成电路的要求。单晶硅片首先通过化学腐

蚀减薄，此时粗糙度在10~20μm，再进行粗抛光、细抛光、精抛光等步骤，可将粗糙度控制在几十个nm以内。金属布线：IC元件采用小尺寸、高聚集化的多层立体布线后，光刻工艺中对解析度和焦点深度（景深）的限制越来越高，因此需要刻蚀的每一层都有很高的全局平整度，即要求保证每层全局平坦化，通常要求每层的全局平整度不大于特征尺寸的2/3。CMP平坦化工艺使用的环节有：互联结构中凹凸不平的绝缘体、导体、层间介质（ILD）、镶嵌金属（如Al，Cu）、浅沟槽隔离（STI）、硅氧化物、多晶硅等。图7：硅片需经过多次抛光步骤图8：经过CMP抛光前后的多层金属化结构28nm制程需要12~13次CMP，进入10nm制程后CMP次数将翻倍。CMP技术最早使用在氧化硅抛光中，是用来进行层间介质（ILD）的全局平坦的，在半导体进入0.35μm节点之后，CMP更广泛地应用在金属钨、铜、多晶硅等的平坦化工艺中。随着金属布线层数的增多，需要进行CMP抛光的步骤也越多，以28nm节点工艺为例，所需CMP次数为12~13次，而进入10nm制程节点后，CMP次数则会翻一番，达到25~26次。

图9：随金属互联层数增多CMP的应用范围越来越广图10：随制程进步所需CMP次数快速增长2、中国CMP材料市场：爆发受益于半导体产业快速成长（1）集成电路产业将迎国产化大时代 利好政策密集出台，集成电路产业将