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化學(xué)機(jī)械拋光液和濕電子化學(xué)品細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)情況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2023-02-25

制造更先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)的邏輯芯片、3D 存儲(chǔ)芯片架構(gòu)和異構(gòu)集成技術(shù)需要更多的工藝步驟，帶來(lái)更高的晶圓制造材料和封裝材料消耗需求。根據(jù) SEMI，2020年全球主要晶圓制造材料中，光刻膠及光刻膠輔助材料、濕電子化學(xué)品和 CMP拋光材料增長(zhǎng)最為強(qiáng)勁，其中 CMP 拋光材料和濕電子化學(xué)品市場(chǎng)規(guī)模分別增長(zhǎng)15%和 17%，主要受益于工藝步驟增加使得 CMP 拋光材料和濕電子化學(xué)品需求量增加。

（1）化學(xué)機(jī)械拋光液市場(chǎng)情況

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）是半導(dǎo)體先進(jìn)制程中的關(guān)鍵技術(shù)，其主要工作原理是在一定壓力下及拋光液的存在下，被拋光的晶圓對(duì)拋光墊做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，借助納米磨料的機(jī)械研磨作用與各類化學(xué)試劑的化學(xué)作用之間的高度有機(jī)結(jié)合，使被拋光的晶圓表面達(dá)到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。根據(jù)不同工藝制程和技術(shù)節(jié)點(diǎn)的要求，每一片晶圓在生產(chǎn)過程中都會(huì)經(jīng)歷幾道甚至幾十道的 CMP拋光工藝步驟。與傳統(tǒng)的純機(jī)械或純化學(xué)的拋光方法不同，CMP 工藝是通過表面化學(xué)作用和機(jī)械研磨的技術(shù)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)晶圓表面微米/納米級(jí)不同材料的去除，從而達(dá)到晶圓表面的高度（納米級(jí)）平坦化效應(yīng)，使下一步的光刻工藝得以進(jìn)行。

隨著制程節(jié)點(diǎn)的進(jìn)步，CMP 技術(shù)越來(lái)越重要，已成為 0.35μm 以下制程不可或缺的平坦化工藝，且隨著多層布線的數(shù)量及密度增加，其對(duì)后續(xù)工藝良率的影響越來(lái)越大。此外，先進(jìn)封裝技術(shù)的應(yīng)用使 CMP 從集成電路前道制造環(huán)節(jié)走向后道封裝環(huán)節(jié)，如硅通孔（TSV）等先進(jìn)封裝技術(shù)對(duì)引線尺寸要求更小更細(xì)，因此會(huì)引入刻蝕、光刻等工藝，而 CMP 作為每道工藝間的拋光工序，得以廣泛應(yīng)用。

對(duì)于邏輯芯片，制程的縮小意味著光刻次數(shù)、刻蝕次數(shù)增加，也帶動(dòng) CMP工藝步驟數(shù)增加。例如 14 納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)的邏輯芯片制造工藝所要求的 CMP 工藝步驟數(shù)將由 180 納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)的 10 次增加到 20 次以上，而 7 納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的邏輯芯片制造工藝所要求的 CMP 工藝步驟數(shù)甚至超過 30 次。

此外，更先進(jìn)的邏輯芯片工藝可能會(huì)要求拋光新的材料，為拋光液帶來(lái)了更多的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。同樣地，對(duì)于存儲(chǔ)芯片，隨著由 2D NAND 向 3D NAND 演進(jìn)的技術(shù)變革，也會(huì)使CMP 工藝步驟數(shù)近乎翻倍，帶動(dòng)了鎢拋光液及其他拋光液需求的持續(xù)快速增長(zhǎng)。此外，更先進(jìn) 的邏輯芯片工藝可能會(huì)要求拋光新的材料，為拋光液帶來(lái)了更多的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。同樣地，對(duì)于存儲(chǔ)芯片，隨著由 2D NAND 向 3D NAND 演進(jìn)的技術(shù)變革，也會(huì)使 CMP 工藝步驟數(shù)近乎翻倍，帶動(dòng)了鎢拋光液及其他拋光液需求的持續(xù)快速增長(zhǎng)。

數(shù)據(jù)來(lái)源：Cabot Microelectronics 官網(wǎng)公開披露的資料

化學(xué)機(jī)械拋光液在 CMP 技術(shù)中至關(guān)重要，在拋光材料中價(jià)值占比約 50%，其耗用量隨著晶圓產(chǎn)量和 CMP 平坦化工藝步驟數(shù)增加而增加。根據(jù)應(yīng)用的不同工藝環(huán)節(jié)，可以將拋光液分為硅拋光液、銅及銅阻擋層拋光液、鎢拋光液、介質(zhì)層拋光液、淺槽隔離（STI）拋光液以及用于先進(jìn)封裝的硅通孔（TSV）拋光液等。拋光液特點(diǎn)為種類繁多，即使是同一技術(shù)節(jié)點(diǎn)根據(jù)不同客戶的工藝技術(shù)要求也有不同配方，其主要原料包括納米磨料、各種添加劑和超純水。其中，納米磨料是決定拋光液性能的關(guān)鍵原料，主要包括硅溶膠、氣相二氧化硅和二氧化鈰等品類，約占拋光液價(jià)值的三分之一。

根據(jù) TECHCET，2021 年全球晶圓制造用拋光液市場(chǎng)規(guī)模為 18.9 億美元，較 2020 年增長(zhǎng) 13%；預(yù)計(jì) 2022 年將增長(zhǎng) 9%超過 20 億美元，2026 年將達(dá)到 26億美元。根據(jù)中金公司證券研究報(bào)告，國(guó)內(nèi)拋光液市場(chǎng)增速有望顯著高于全球市場(chǎng)，2025 年國(guó)內(nèi)拋光液市場(chǎng)有望占全球市場(chǎng)的 25%，達(dá) 40 億元，2021-2025 年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 15%。

（2）濕電子化學(xué)品市場(chǎng)情況

濕電子化學(xué)品是超大規(guī)模集成電路、平板顯示、太陽(yáng)能電池等制作過程中不可缺少的關(guān)鍵性基礎(chǔ)化工材料之一，一般要求超凈和高純，對(duì)生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸及使用環(huán)境的潔凈度都有極高要求。按照組成成分和應(yīng)用工藝不同，可將濕電子化學(xué)品分為通用濕化學(xué)品和功能性濕化學(xué)品兩大類。通用濕化學(xué)品以高純?nèi)軇橹?，例如過氧化氫、氫氟酸、硫酸、磷酸、鹽酸、硝酸等。功能濕化學(xué)品是指通過復(fù)配手段達(dá)到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的配方類或復(fù)配類化學(xué)品，主要包括光刻膠剝離液、清洗液、刻蝕液、電鍍液及其添加劑等。

具體而言，功能性濕電子化學(xué)品在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及光刻、刻蝕、離子注入、CMP、金屬化、電鍍等工藝。光刻工藝結(jié)束后，下一步工藝為刻蝕工藝，首先用到的濕化學(xué)品為刻蝕液，通過特定的溶液與需要刻蝕的薄膜材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，除去光刻膠未覆蓋區(qū)域的薄膜，被稱為濕法刻蝕?？涛g后，需要對(duì)未曝光部分的光刻膠進(jìn)行去除，此時(shí)用到的濕化學(xué)品為光刻膠剝離液，剝離液要求對(duì)光刻膠有較強(qiáng)的溶解性能。

在金屬化工藝中，應(yīng)用的主要濕化學(xué)品為銅電鍍液，起到芯片銅互連的作用，銅互連工藝具有更低的電阻率、抗電遷移性，能夠滿足芯片尺寸越小、功能越強(qiáng)大、能耗更低的技術(shù)性能要求。清洗液用于半導(dǎo)體制造的清洗工藝，去除灰塵、微粒、金屬或離子型導(dǎo)電污染物及有腐蝕作用的無(wú)機(jī)、有機(jī)污染物等。根據(jù)其應(yīng)用工藝不同，清洗液可分為化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）后清洗液、鋁工藝刻蝕后清洗液、銅工藝刻蝕后清洗液等。

濕電子化學(xué)品的純度和潔凈度對(duì)集成電路的成品率、電性能及可靠性都有著十分重要的影響。隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，濕電子化學(xué)品必須與之同步發(fā)展。以邏輯芯片制造工藝為例，根據(jù) CMC Materials 官網(wǎng)公開披露的資料，5 納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)所要求的總工藝步驟數(shù)將由 28 納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)的 400 次左右增加到1,200 次以上，其中清洗工藝步驟數(shù)占總工藝步驟數(shù)的 25~30%，進(jìn)一步帶動(dòng)了高端濕電子化學(xué)品的需求。此外，隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)步，下游客戶對(duì)純度及污染物控制的要求也會(huì)提高，以避免可能引致的產(chǎn)品缺陷。

根據(jù)中國(guó)電子材料行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2020 年全球集成電路用濕化學(xué)品市場(chǎng)規(guī)模 52.31 億美元，同比增長(zhǎng) 6.13%，預(yù)計(jì) 2022 年將增長(zhǎng)到 56.90 億美元，2025年將進(jìn)一步增加到 63.81 億美元；2020 年中國(guó)集成電路用濕化學(xué)品總體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 6.68 億美元，預(yù)計(jì) 2025 年將增長(zhǎng)至 10.27 億美元。

編輯：黃再興

來(lái)源：思瀚北汽藍(lán)谷