CMP–晶圆平坦化必经之路，国产替代放量中.docx

一、CMP：半导体抛光材料，芯片平坦度必经之路
CMP 全称为 Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光，是半导体晶片表面加工的关键技术之一。
图表 1：集成电路制造过程流程简图
资料来源：CNKI，国盛证券研究所
其中单晶硅片制造过程和前半制程中需要多次用到化学机械抛光技术。与此前普遍使用的机械抛光相比，化学机械抛光能使硅片表面变得更加平坦，并且还具有加工成本低及加工方法简单的优势，因而成为目前最为普遍的半导体材料表面平整技术。
图表 2：CMP 环节对于晶圆表面平坦化示意图
资料来源：SMIC，化学机械抛光制程简介，国盛证券研究所
化学机械抛光采用将机械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺：
化学腐蚀 – 抛光液：首先是介于工件表面和抛光垫之间的抛光液中的氧化剂、催化剂等于工件表面材料进行化学反应，在工件表面产生一层化学反应薄膜；
机械摩擦 – 抛光垫：然后由抛光液中的磨粒和由高分子材料制成的抛光垫通过机械作用将这一层化学反应薄膜去除，使工件表面重新裸露出来，然后再进行化学反应。
整个过程是化学作用与机械作用的交替进行，最终完成对工件表面的抛光，速率慢者控制抛光的速率。
图表 3：硅片抛光过程示意图
资料来源：CNKI，国盛证券研究所
CMP 包括三道抛光工序，主要运用到的材料包括抛光垫、抛光液、蜡、陶瓷片等。不同工序根据目的的不同，分别需要不同的抛光压力、抛光液组分、pH 值、抛光垫材质、
结构及硬度等。CMP 抛光液和 CMP 抛光垫是 CMP 工艺的核心要素，二者的性质影响着表面抛光质量。
图表 4：化学机械抛光示意图
资料来源：半导体设备资讯站，国盛证券研究所
而在 CMP 环节之中，也存在着各式不同的类别，例如钨/铜及其阻挡层、铝、STI、ILD等。
STI（Shallow Trench Isolation）即浅沟槽隔离层，他的作用主要是用氧化层来隔开各个门电路（Gate），使各门电路之间互不导通。STI CMP 这就是将晶圆表面的氧化层磨平，最终正好使 SIN 暴露出来。
图表 5：STI CMP 示意图
资料来源：SMIC，化学机械抛光制程简介，国盛证券研究所
Oxide CMP 包括了ILD CMP 及 IMD CMP，主要是将氧化硅（Oxide）磨平至一定厚度，实现平坦化。
图表 6：Oxide CMP 示意图
资料来源：SMIC，化学机械抛光制程简介，国盛证券研究所
在钨、铜、Poly 等各类 CMP 环节之中，其实本质上都是将电门之间的缝隙填充完后， 对于不同部分的研磨，使晶圆表面实现平坦化或者使需要暴露出来的材质正好暴露在外。
图表 7：钨CMP 流程示意图
资料来源：SMIC，化学机械抛光制程简介，国盛证券研究所
图表 8：Poly CMP 流程示意图（Poly 为P2）
资料来源：SMIC，化学机械抛光制程简介，国盛证券研究所
二、晶圆厂持续扩产，带动材料永续性需求提升
中游代工扩产叠加下游需求激增推动半导体材料市场持续增长。从半导体材料来看，至 2020 年全球市场规模在 亿美元，较 2019 年同比增长 %。从长期维度来看半导体材料的市场一直随着全球半导体产业销售而同步波动。而由于半导体芯片存在较
大的价格波动，但是作为上游原材料的价格相对较为稳定，因此半导体材料可以被誉为半导体行业中的剔除价格方面最好的参考指标之一。
此外看到当前半导体市场由于 5G 时代到来，进而推动下游电子设备硅含量的大增，带 来的半导体需求的快速增长，直接推动了各个晶圆厂商的扩产规划。而芯片的制造更是 离不开最上游的材料环节，因此我们有望看到全球以及中国半导体市场规模的飞速增长。
图表 9：全球半导体材料市场销售额
600
500
400
300
200
100
0

资料来源：SEMI，国盛证券研究所
半导体材料市场销售额（亿美元） YoY


30%
25%
20%
15%
10%
5%
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-10%
-15%
-20%
在全球半导体材料的需求格局之中，中国大陆从 2011 年的 10%的需求占比，至 2019年已经达到占据全球需求总量