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半导体材料行业专题报告:CMP核心材料迎来国产化加速期

发布时间:2020年05月14日 06:37 来源:网络搜索 手机版

来源:未来智库

投资摘要

关键结论与核心逻辑

数十年来,集成电路制造踏着摩尔定律的节奏快速发展,逻辑芯片的特征尺寸 已发展至 5nm,存储芯片堆叠层数达到 128 层。CMP 成为集成电路制造全局 平坦化的重要制程,每一片晶圆在制造中都会经历几道甚至几十道的 CMP 抛 光工艺步骤,而抛光对象分门别类,平坦化要求日趋复杂,因此 CMP 对于集 成电路制造良率十分关键。

其中抛光垫是 CMP 的核心基础材料,决定 CMP 核心效果,重要性持续提升。抛光垫具有技术、专利、客户体系等较高行业壁垒,而全球抛光垫市场目前被 陶氏等海外公司垄断 90%市场,因此国内企业具有广阔替代空间。

2020 年将是国产晶圆制造企业崛起元年,随着中游制造技术能力赶超世界先进, 产能有望迅速翻番增长。以中芯国际、长江存储、合肥长鑫等为代表的国内晶 圆制造厂将重塑国产半导体产业链,核心材料国产化配套势在必行。根据市场 预估,全球 CMP 市场复合增长率约 6%。随着未来国内晶圆厂大幅投产,测算 预计未来 5 年中国 CMP 垫市场规模增速可超 10%,2023 年可达约 30 亿元, 未来可达 50 亿元以上。国内 CMP 抛光垫技术上已具备替代海外产品的能力, 国产供应商即将迎来 1~N 的跨越式发展。我们看好 CMP 抛光垫相关龙头公司 的发展前景。

CMP 是集成电路制造关键制程,抛光垫是核心耗材

平坦化要求日趋复杂,CMP 为集成电路制造关键制程

CMP 全称为 Chemical Mechanical Polishing,即化学机械抛光,是普通抛光技术 的高端升级版本。集成电路制造过程好比建房子,每搭建一层楼层都需要让楼层足 够水平齐整,才能在其上方继续搭建另一层楼,否则楼面就会高低不平,影响整体 可靠性,而这个使楼层整体平整的技术在集成电路中制造中用的就是化学机械抛光 技术。

CMP 是通过纳米级粒子的物理研磨作用与抛光液的化学腐蚀作用的有机结合,对 集成电路器件表面进行平滑处理,并使之高度平整的工艺技术。当前集成电路中主 要是通过 CMP 工艺,对晶圆表面进行精度打磨,并可到达全局平整落差100A。~1000A。(相当于原子级 10~100nm)超高平整度。而未经平坦化处理,晶片起伏 随着层数增多变得更为明显,同层金属薄膜由于厚度不均导致电阻值不同,引起电 致迁移造成电路短路。起伏不平的晶片表面还会使得光刻时无法准确对焦,导致线 宽控制失效,严重限制了布线层数,降低集成电路的使用性能。

摩尔定律下,代工制程节点不断缩小,布线层数持续增加,CMP 成为关键制程。1991 年IBM 公司首次成功地将CMP 技术应用到动态随机存储器的生产以来,随 着半导体工业踏着摩尔定律的节奏快速发展,芯片的特征尺寸持续缩小,已发 展至 5~7nm。CMP 已成功用于集成电路中的半导体晶圆表面的平面化。根据不同 工艺制程和技术节点的要求,每一片晶圆在生产过程中都会经历几道甚至几十道的 CMP 抛光工艺步骤。

随着特征尺寸的缩小,以及布线层数增长,对晶圆平坦化精度要求不断增高, 普通的化学抛光和机械抛光难以满足在当前集成电路 nm 级的精度要求,特别 是目前对于 0.35um 制程及以下的器件必须进行全局平坦化,CMP 技术能够全 局平坦化、去除表面缺陷、改善金属台阶覆盖及其相关可靠性,从而成为目前 最有效的抛光工艺。

CMP 主要运用在在单晶硅片抛光及多层布线金属互连结构工艺中的层间平坦 化。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,同时随着 器件特征尺寸的缩小,需要更多的生产工序,其中 90nm 以下的制程生产工艺 均在 400 个工序以上。就抛光工艺而言,不同制程的产品需要不同的抛光流程, 28nm制程需要12~13次CMP,进入10nm制程后CMP次数将翻倍,达到25~30 次。 http://www.landm.net.cn/chaogufangfa/181485.html

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