半导体材料国产替代的难易程度,因品类而异。CMP材料(抛光液、抛光垫)的国产化诉求最高:这两类核心材料完全由美企主导,杜邦与卡博特微电子占据绝大多数市场份额,部分细分产品很难在日韩找到替代品,而国内已有安集科技、鼎龙股份等代表性厂商实现突破。相比之下,硅片和光刻胶长期由日企主导,自主可控的难度更大。整体来看,CMP环节的替代路径相对清晰,硅片与光刻胶则仍需更长时间的技术积累。
CMP材料:诉求为何最高
CMP即化学机械抛光,是对晶圆进行全局平坦化处理的关键工艺,使晶圆表面平整度达到纳米级,方便添加下一层电路特征,在制造环节中的重要性仅次于光刻、刻蚀和薄膜沉积,可视为第四大半导体制造工艺。
其原理分为化学与机械两部分:抛光液中的氧化剂和络合剂与晶圆表面材料发生化学反应,生成易去除的钝化层;再由抛光垫与晶圆相对运动,在磨粒和抛光垫作用下摩擦去除钝化层。
在CMP材料成本结构中,抛光液占比49%、抛光垫占比33%,是两大核心材料。与硅片、光刻胶由日企主导不同,抛光液和抛光垫完全由美企主导——杜邦和卡博特微电子占据绝大多数市场份额,尤其是一些细分产品很难在日韩找到替代品。正因如此,国内晶圆厂对CMP材料国产化诉求很高。
从竞争格局看,2019年全球抛光垫市场中,美国杜邦占79%、美国卡博特微电子占5%、美国TWI占4%,日本富士纺占2%、日本JSR株式会社占1%,其余为其他厂商。
两大核心材料的技术难点
抛光液:形态上与光刻胶相似,同为分布均匀的胶体,成分包括氧化剂、磨粒、络合剂等,需按一定比例配制。生产难点一是使各种组分达到合适浓度,二是控制磨粒的硬度和形状。磨粒是最核心组分,约占原材料成本的50%-70%,最常用的是二氧化硅,壁垒在于让所有磨粒的硬度和形状保持一致,以保障产品一致性与可靠性。目前磨粒核心技术仍被海外巨头垄断,国内抛光液厂商安集科技的磨粒主要采购自日本厂商。此外,抛光液定制化程度高,配方与稳定工艺依赖长期技术积累。
抛光垫:是一种具有一定弹性、疏松多孔的材料,直接与晶圆接触。聚氨酯孔洞结构的规整程度,是制约国内抛光垫发展的核心难题,相关生产专利长期掌握在海外巨头手中。全球范围内软垫与硬垫价值量比例约为1:8,国内软硬比例约为1:10。
国产厂商的突破进展
安集科技自2006年成立起专注CMP抛光液,定位为全产品解决方案,七大类抛光液中产品分别处于量产、上线或研发论证阶段,主力产品已获大陆晶圆厂认可,并成为台积电供应商。公司还在建设材料基地,用于研发生产高端磨粒及电子级添加剂等关键原材料,推动原材料逐步自产化。
鼎龙股份是国内目前唯一实现抛光垫量产的厂商,硬垫产品覆盖28nm以上全部制程,客户包括长江存储、武汉新芯、中芯国际、长鑫存储等国内主流晶圆厂,部分晶圆厂内达到一供地位。据公司透露,潜江工厂软垫产线投产之后,将达成全系列和全制程的抛光垫生产能力,并计划发力海外市场。需要说明的是,上述产品效率与客户地位表述来自公司公告与机构整理口径,具体表现建议以官方后续公布及第三方实测为准。
常见问题
CMP材料为什么比硅片、光刻胶更容易实现国产替代?
CMP核心材料抛光液和抛光垫由美企主导,细分产品难在日韩找到替代品,替代路径相对明确;而硅片和光刻胶长期由日企主导,技术积累与专利壁垒更深,自主可控难度更大。此外,国内在CMP领域已有安集科技、鼎龙股份等代表性厂商实现产品落地与量产。
抛光液和抛光垫的国产化难点分别是什么?
抛光液的难点在于控制磨粒的硬度和形状,以及各组分浓度的精确配比,磨粒约占原材料成本的50%-70%,其核心技术仍被海外巨头垄断。抛光垫的难点在于聚氨酯孔洞结构的规整程度,相关生产专利长期掌握在海外巨头手中,突破微细而均匀的孔洞结构是国产化关键。
国内CMP材料厂商目前进展如何?
安集科技在抛光液领域产品线覆盖较全,并已进入台积电供应体系;鼎龙股份是国内目前唯一实现抛光垫量产的厂商,硬垫覆盖28nm以上全部制程,并计划在软垫产线投产后拓展海外市场。两家公司的具体经营数据与客户结构,建议以公司公告及官方披露为准。