半导体行业深度报告（五）：抛光钻孔千回检，先进工艺技术带来CMP抛光材料新增长空间

行业研究 2023年11月23日 行业深度 超配抛光钻孔千回检，先进工艺技术带来 CMP抛光材料新增长空间 ——半导体行业深度报告（五） 证券分析师 方霁S0630523060001 电子 fangji@longone.com.cn 20% 14% 8% 2% -4% -10% -16% 22-1123-0223-0523-08 申万行业指数:电子(0727)沪深300 投资要点： 2021年全球抛光液规模约18.9亿美元，抛光垫约为11.3亿美元，抛光液与抛光垫占据半导体抛光材料的80%以上，长期需求规模将继续增长。CMP既是（ChemicalMechanicalPolishing）化学机械抛光是集成电路制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键工艺。CMP工 作原理是在一定压力下及抛光液的存在下，被抛光的晶圆对抛光垫做相对运动，借助纳米磨料的机械研磨作用与各类化学试剂的化学作用之间的高度有机结合，满足被抛光的晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。根据CabotMicroelectronics、TECHCET数据，全球CMP抛光液2016年市场规模为11亿美元，2021年为18.9亿美元，预计2026年将达到25.3亿美元。根据TECHCET和观研天下数据，全球CMP抛光垫市场规模呈逐步增长态势，2016年市场规模为6.5亿美元，2021年为11.3亿美元。 先进制程工艺、2D转3D结构、先进封装等技术进步都会导致抛光次数和抛光液用量种类 相关研究 1.MCU：汽车+工控+loT三大驱动力助推，国产替代前景广阔——半导体行业深度报告（四） 2.新能源打开IGBT天花板，新产能蓄力国产企业新台阶——半导体行业深度报告（三） 3.存储市场柳暗花明，国产替代未艾方兴——半导体行业深度报告（二）4.入空驭气奔如电，电子气体国产进程有望加速——半导体行业深度报告（一） 大幅增加。逻辑芯片方面，工艺制程从250nm缩小到7nm时，抛光步骤从8次提升至30次 使用的抛光液种类也从5种提升至20余种；在存储芯片领域，有2DNAND向3DNAND封装技术升级的过程中，抛光步骤由7次增加到15次，抛光步骤近乎翻倍。新增晶圆厂与先进技术升级，都能给CMP耗材带来更多的增量机会。 内资晶圆厂逆势扩产，中国大陆CMP耗材市场空间进一步扩大。SEMI数据，国内晶圆厂商中芯国际、华虹等主要晶圆代工厂及士兰微、华润微、闻泰科技、长江存储等IDM厂商积极扩产，12英寸逻辑扩产主要集中于28nm及以上的成熟制程，预计到2023年形成产能106.5万片/月，相较2020年产能提升270%。3DNAND预计从2020年的5万片/月扩产至2023年的27.5万片/月。内资晶圆厂的逆势扩产，为国内具备成熟技术的半导体材料企业带来了新的增长空间。 目前国产企业在全球抛光液与抛光垫占比不足10%，国产化需求迫在眉睫。根据安集科技公告，全球90%以上的抛光液被CMC、Fujifilm、Resonac、Merck、DuPont等企业占据根据CabotMicroelectronics数据，2020年全球CMP抛光垫市场格局中，陶氏杜邦占比79%，卡博特（Cabot）占比5%，ThomasWest占比4%。海外企业占据全球半导体抛光材料主要份额，当前国产供应链安全迫在眉睫，国内新建晶圆厂采用国产材料的比例会大幅提升，国产企业技术与产品也会不断追赶海外，长期国产化率或将不断提升。 建议关注：①安集科技：1）作为中芯国际和长江存储两大内资晶圆厂材料份额均为第一的供应商，扩产收益确定性强；2）未来公司研磨颗粒研发顺利自产自销，远期毛利率有 望进一步提升；3）扩产项目进展顺利，募投项目增产扩品，未来产品逐步放量；4）功能性湿电子化学品逐步突破，未来将成为公司第二成长曲线。②鼎龙股份：1）部分精抛垫已在客户端批量使用，小尺寸大硅片用抛光垫客户反馈良好，大尺寸大硅片用抛光垫预计 2024年上半年实现量产；2）多晶硅抛光液逐步放量，公司抛光材料布局进一步完善，未来有望成为新的增长点；3）面板封装材料TFE-INK有望在2023Q4导入客户并取得订单，有望带动业绩增长；4）公司在先进封装领域布局的临时键合胶（TBA）、封装光刻胶（PSPI） 等几款材料产品进展顺利。 风险提示：1）下游需求不及预期的风险；2）原材料供应及价格上涨的风险；3）国际贸易摩擦的风险。 正文目录 1.CMP抛光：集成电路制造过程中的关键工艺5 1.1.CMP技术是集成电路生产制造的核心工艺之一5 1.2.CMP工艺覆盖硅片制造、晶圆制造以及封装测试环节6 2.全球CMP材料快速增长，中国占比逐年提升8 2.1.全球半导体材料市场规模创新高，中国大陆市场份额迅速攀升8 2.2.CMP抛光液：CMP工艺中占比最大的核心耗材10 2.3.CMP抛光垫：提供化学反应和机械去除场所的消耗品13 2.4.CMP抛光材料属于高技术、高投入以及上下游联系紧密的多壁垒行业15 2.5.国家出台多项产业扶持政策，加速推动行业发展17 3.内外多重驱动力叠加，行业增长空间广阔19 3.1.国产化率低成长空间大，安全自主可控为长期发展趋势19 3.2.内资晶圆厂加速扩产，行业受益确定性强20 3.3.先进封装带动叠加制程增加，CMP材料用量空间快速增长21 4.上市公司推荐24 4.1.安集科技：国产CMP抛光液领军企业24 4.2.鼎龙股份：CMP抛光垫全流程核心研发和制造技术的国产供应商27 5.投资建议33 6.风险提示33 图表目录 图1CMP发展历程5 图2未经平坦化之前芯片的表面形态6 图3平坦化之后芯片的表面形态6 图4CMP工艺原理6 图5CMP工作原理6 图6各领域中使用抛光工艺的情况7 图7全球半导体材料市场规模（亿美元，%）8 图8中国半导体材料市场规模（亿元，%）9 图92022年全球半导体材料市场销售额分地区占比（%）9 图102019年晶圆材料分类别占比（%）9 图112019年封装材料分类别占比（%）9 图12CMP材料细分占比（%）10 图13抛光液细分成分10 图14按照研磨颗粒划分的抛光液类别10 图15全球抛光液市场规模（亿美元，%）11 图16中国抛光液市场规模（亿元，%）11 图17CMP抛光材料厂商安集科技和Entegris全球份额变化情况（%）12 图18CMP抛光液主要厂商概况13 图19CMP抛光垫的参数指标14 图20抛光垫按照材质结构分类14 图21全球CMP抛光垫市场规模（亿美元）14 图22中国抛光垫市场规模（亿元）14 图232020年全球抛光垫市场竞争格局（%）15 图24全球以及中国抛光垫申请趋势（件）16 图25安集科技专利申请的地域分布16 图26安集科技专利申请的一级技术分支情况16 图27安集科技产品研发周期17 图28安集科技固定资产情况（%）17 图29安集科技主要研发及生产设备情况17 图30中国集成电路进出口数量统计（亿个）19 图31美国BIS出口管制19 图32日本设备出口管制19 图332023年-2026年全球200mm晶圆厂产能和规划预测20 图342020到2025年全球300mm晶圆代工产能预测21 图35全球分地区新建晶圆厂计划（座）21 图36带有TSV的Pixel/DRAM/Logic3层堆叠CIS芯片结构示意图21 图37Bosch刻蚀工艺示意图22 图38用于9-11层金属结构铜CMP的示意图23 图39逻辑芯片工艺增长带来的抛光步骤增加（次）23 图40存储芯片工艺不同带来的抛光步骤增加（次）23 图41公司发展历程24 图42安集科技股权架构（截止到2023年Q3）24 图43公司三大生产基地布局及产品规划情况25 图44至2023Q3公司营业收入变化（亿元，%）25 图45至2023Q3公司归母净利润变化（亿元，%）25 图46公司销售毛利率&净利率（%）26 图47公司各费用率变化（%）26 图48研发投入占比（亿元，%）26 图49公司研发人员情况（人，%）26 图50安集科技项目进展情况27 图51公司发展历程28 图52鼎龙股份产品汇总29 图53公司股权架构（截止到2023Q3）30 图54公司七大技术平台30 图55至2023Q3公司营业收入变化（亿元，%）30 图56至2023Q3公司归母净利润变化（亿元，%）30 图57公司分业务占营收比（%）31 图58公司分产品毛利变化（%）31 图59公司销售毛利率&净利率变化情况（%）31 图60公司各项费用率变化情况（%）31 图61公司研发支出情况（亿元，%）32 图62公司专利情况（项）32 图63鼎龙股份项目进展情况32 表1抛光液按照应用领域分类11 表2全球抛光垫厂商的主要产品系列15 表3我国相关行业政策发布情况17 1.CMP抛光：集成电路制造过程中的关键工艺 1.1.CMP技术是集成电路生产制造的核心工艺之一 图1CMP发展历程 （1）CMP技术随着芯片制程技术不断进步，经历过铝、铜、低K介质、钴等多种材料技术进步。CMP（ChemicalMechanicalPolishing）化学机械抛光概念从1965年由Walsh等人提出，发展至今已经成为IC制造工艺中不可或缺的环节之一。在CMP抛光技术的发 展历程上有几个关键节点，从0.35μm~0.25μm技术节点开始CMP技术成为唯一可实现全局平坦化的IC关键技术。0.18～0.13μm技术节点，由于铜正式取代铝成为主流导线材料，使CMP成为铜互连技术必不可少的工艺制程。当技术节点发展到65nm时，用于减小RC延迟时间而引入的低K介质材料，逐步取代传统的SiO2，传统的CMP技术由于较高的压力容易导致低K材料的塌陷或剥落，致使传统的CMP很难应用于65nm节点以下，开发低压力、低K介质材料适用的CMP设备成为新的发展方向。当技术节点发展到30～20nm时，Cu互连不在适用于20nm以下的互连技术，迫使人们开始研发新的互连材料及互连技术，应用于钴互连技术的CMP技术成为又一发展方向。当集成电路节点发展到14nm时，CMP发展成为实现新的工艺技术如鳍式场效应晶体管（FinFET）、硅通孔技术（TSV）的关键技术。 CMP应用相关线宽技术 •1950年 •机械抛光为主 1um •1965年 •由Walsh等人剔除化学机械抛光 （CMP概念） 0.8um •1983年 •IBM开始开发CMP工艺 0.5um~0.25um •1986至1992 年 •各式CMP开始适量上线，并于1992年正式进入国际半导路线图 0.18um~65nm •1994年 •台湾首次应用CMP于生产中 •1996年 •日本大量应用CMP技术 65nm~14nm •1997年至2007年 •各类CMP技术及产品用于芯片制造 10nm~7nm •2007年至2014 年 •CMP成为实现新的工艺技术如鳍式场效应晶体管（FinFET）、硅通孔技术 （TSV）的关键技术 7nm以上 •2014年至今 •CMP工艺持续向5nm及3nm等先进制程推进 资料来源：《化学机械抛光技术发展及应用》李思、张雨，东海证券研究所 （2）CMP是集成电路制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键工艺。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。CMP工艺通过化学腐蚀和机械研磨的协同配合，来实现晶圆表面微米/纳米级不同材料的高效去除，从而达到晶圆或表面纳米级平坦化，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，解决晶圆表面起伏不平导致的光刻无法准确对焦、电子迁移短路、线宽控制失效等问题，并且还具有加工成本低及加工方法简单的优势。从下图可以看到，硅片在经过刻蚀、离子注入等工艺后，其表面会变得凹凸不平，会影响下一道工序的进行，在光刻工艺中，如果曝光面不平坦，就无法发挥其分辨率的特长，曝光设备的分辨率越高，焦深（DOF）就越低，重复的使用在薄膜沉积后、光