行研专栏（9月刊）| 浅析半导体CMP抛光液行业
（一）产品定义及发展历程
半导体材料按应用环节可分为前端晶圆制造材料和后端封装材料两大类。晶圆制造材料包括：硅片、电子特气、光刻胶及配套试剂、湿电子化学品、抛光材料、靶材、光掩膜版等；封装材料包括：引线框架、封装基板、陶瓷材料、键合金丝、切割材料等。CMP化学机械抛光是晶圆制造的关键步骤，其作用在于减少晶圆表面的不平整。半导体芯片制造中，晶圆经过刻蚀、离子注入等工艺过程中，其晶圆表面会变得凹凸不平，并产生多余的表面物等，为降低晶圆表面的粗糙度、起伏和不平度，去除晶圆表面多余物，有效实施后续工序，则需使用抛光液等抛光材料在专用设备上对晶圆进行多次抛光处理，这一过程被称为CMP（Chemical Mechanical Polishing）--化学机械抛光。CMP是一种实现晶圆表面平坦化的关键工艺技术，是当今最主流的晶圆抛光技术。
（二）CMP材料分类
CMP材料根据功能的不同，主要分为抛光液、抛光垫、抛光后清洗液、调节剂等，其具体市场份额比例如下：
抛光液作为CMP工艺的关键材料，在整个抛光材料中占比最高，达到49%。抛光液是一种由去离子水、研磨颗粒、PH值调节剂、氧化剂以及分散剂等添加剂组成的水溶性试剂，具有流动性好、无毒和抛光速度快等特点。根据应用领域不同，抛光液可分为硅抛光液、铜及铜阻挡层抛光液、钨抛光液、介质层（TDL）抛光液、硅抛光液、浅槽隔离层（STI）抛光液、3D 封装硅通孔（TSV）抛光液、钴抛光液。硅抛光液主要用于对硅晶圆的初步加工；铜及铜阻挡层抛光液主要用于对铜和铜阻挡层进行抛光；钨抛光液主要用于制造存储芯片，在逻辑芯片中只用于部分工艺段；钴抛光液主要用于10nm节点以下芯片。
（三）行业壁垒
1、技术壁垒：在种类繁多的半导体材料子行业中，抛光液是最容易被“卡脖子”的领域之一，究其原因就在于，为了实现纳米级的打磨技术，对抛光液的要求也极为严苛。而且随着制程工艺越来越先进，对抛光液的技术要求也不断提高，所以有“一代材料，一代产品”之说。
CMP抛光液的技术更新动力源自下游晶圆的技术更新。晶圆制程不断提高，从1971年的10微米到现在的10纳米、7纳米甚至5纳米。为了追赶摩尔定律，制程工艺大约2年就能更新一次，往往是这边的技术还没赶上，那边的新技术又出来了。因此为了满足更细致的工艺，对CMP液也有着更高的要求。试错成本也成为了CMP液料的技术壁垒。抛光液要不断找到合适配方、稳定制作工艺及设计图案，从而获得较好的、稳定的抛光速率和抛光效果，所以企业研究CMP耗材时间成本较高，需要较长时间来试错摸索工艺指标、产品配方等对物理参数及性能的影响结果，形成较深的壁垒。
2、客户认证壁垒：在晶圆加工的多重工艺环节中，CMP液的产品性能、可靠性以及工艺稳定性对晶圆产品的性能及良率有着直接的重要影响，下游客户对CMP液供应商和产品均有极高的要求。在选择CMP液材料时，客户往往会通过多重测试环节后，才会做出大批量采购决策，一旦客户予以产品认证，并形成稳定的供应链体系之后，客户与供应商就建立了非常紧密的合作关系。介于CMP抛光液对产品性能、可靠性以及稳定性的要求严格，替换成本高，从而导致上游客户更换供应商意愿不强，一定程度上保障了下游供应商的产品生命周期较长，一旦国内企业实现技术突破，进入供应链后，则难以被替代。同时，因海外半导体材料供应不确定性加剧，扰动国内晶圆大厂材料的供应链，倒逼本土晶圆厂商加速国产CMP液的产品认证，提升供需方CMP产品国产替代的共研意愿，一旦实现突破，便自动形成上述竞争壁垒，助力CMP抛光液国产化进程加速。
（四）市场发展
中国CMP抛光液发展主要可分为两个发展阶段，一是2000年以前，中国CMP抛光液行业乃至整个CMP抛光材料行业处于真空期，CMP工艺和抛光材料制造核心技术被国际巨头垄断;二是2000年以后，全球半导体产业转移至中国，中国CMP抛光液行业随之开始发展，但从全球看，美国、日本等国仍占据行业主导地位。
二
行业分析
（一）行业竞争格局
抛光液种类繁多，市场竞争格局相对较分散。抛光液目前全球主流供应商为卡博特(Cabot)、日立(Hitachi)、FUJIMI、慧瞻材料(Versum)等。根据 Cabot 数据统计，2020 年龙头企业 Cabot 抛光液全球市场占有率达 36%，在中国市场内占比达39%，国内代表企业安集科技在国内市场中占13%份额，其48%为其他海外企业占据。
安集科技作为国内抛光液龙头，成功打破国外厂商对CMP抛光液的高度垄断，安集科技CMP抛光液已在130-28nm技术节点实现规模化销售，14nm技术节点产品已进入客户认证阶段，10-7nm技术节点产品正在研发中。其全球市占率由2018年的2%提升至2021年的5%，在中国大陆市占率更是提升到30.8%。
抛光液的核心原材料--研磨颗粒被国外企业垄断，行业内卡博特(Cabot)、慧瞻材料（Versum）、Entegris、安集科技等抛光液企业主要向第三方采购核心磨粒材料。使用最广泛的二氧化硅磨粒被日产化学、扶桑化学、阿克苏诺贝尔公司等巨头垄断。氧化铈研磨颗粒被比利时索尔维垄断。国内企业广东聚芯半导体材料有限公司在氧化铈研磨颗粒方面取得突破，中试产品已经过国内大厂及几家日韩著名企业的测试验证。
（二）市场容量分析
CMP抛光液作为抛光材料中占比最高的核心工艺耗材，全球市场规模逐年稳步提升。根据Cabot Microelectronics、TECHCET和观研天下数据测算，全球CMP抛光液2016年市场规模为11.0亿美元，2021年为18.9亿美元，预计2026年将达到25.3亿美元，全球CAGR为6.0%。国内CMP抛光液市场规模2021年达到22亿元，预计2021-2028年市场规模CAGR为12.0%。随着晶圆厂持续扩建扩产、集成电路应用场景不断丰富、IC制程节点不断推进、存储芯片制程技术升级等，我国CMP抛光材料需求呈现快速增长态势。
三
产业链上下游供需及竞争关系
抛光液产业链的上游主要是各类原材料厂商，中游是抛光液生产商，主要以国外厂商为主。下游主要是晶圆生产商。
上游材料中，主要原材料研磨颗粒的制造技术掌握在国际企业手中。目前卡博特(Cabot)、慧瞻材料（Versum）Entegris、安集科技等抛光液企业主要向第三方采购核心磨粒材料。二氧化硅磨粒使用最广泛（70%），但被日产化学扶桑化学、阿克苏诺贝尔公司等海外巨头垄断（石英砂提纯，高纯11个9）。比利时索尔维垄断氧化铈研磨颗粒，其是全球最大的氧化铈研磨颗粒制造商。最近，国内企业广东聚芯半导体材料有限公司在氧化铈研磨颗粒方面取得重大技术突破、打破了国际垄断，其中试产品已经过国内大厂和日韩著名企业的测试验证。铈基抛光液目前主要用于浅槽隔离（STI）、介质层和硅通孔(TSV)的抛光，其更适用于先进制程的抛光工艺。当前各龙头企业正积极研发的复合抛光液中，铈基材料处于优势地位。
中游主要包括卡博特（Cabot）、慧瞻材料(Versum)、日立(Hitachi)、FUJIMI等国外企业以及安集科技、鼎龙股份、上海新阳等国内企业。
下游应用领域为半导体产业，其中集成电路为主要领域，其他领域包括分立器件、光电子器件和传感器等。下游企业主要有中芯国际、华虹集团、晶合集成等。
四
政策动向
（一）政策历程图
CMP抛光液作为半导体的重要材料之一，由于其具有人才要求高、投资风险大、技术积累周期长和规模经济效应强等的特征，决定了CMP抛光液行业的发展壮大不可能一蹴而就，而且发展周期相对一般产业较长，在这一过程中为了保障其良好地发展，针对且有效的扶持政策不可或缺。从“十二五”时期开始，我国的CMP抛光液行业政策发展演变情况如下：
（二）国家层面政策汇总及解读
为鼓励CMP抛光液的发展、突破行业瓶颈，国家给予了大量政策支持，为CMP抛光液行业的发展提供了良好的环境氛围。
五
二级市场情况
1、安集科技（688019）
安集科技为国内抛光液领先企业，公司主要产品为CMP抛光液及功能性湿电子化学品，其中CMP抛光液覆盖介电材料（二氧化硅、氮化硅）抛光液，钨抛光液，铜及铜阻挡层抛光液等，产品线齐全，公司打破了国外厂商对集成电路领域化学机械抛光液的垄断，位列国内半导体材料第一梯队
公司多位核心技术人员出自CMP行业龙头CabotMicroelectronics，在半导体材料积累了数十年的丰富经验和先进技术，且团队稳定，曾作为项目责任单位完成了“90-65nm集成电路关键抛光材料研究与产业化”及“45-28nm集成电路关键抛光材料研究与产业化”两个国家“02立项”项目，目前公司CMP抛光液已成功用于130-14nm逻辑芯片工艺、存储芯片工艺和三维集成工艺。同时，10-7nm逐步突破，并且突破逻辑、存储两大领域。此外公司钨研磨液已在长存得到应用，
并积极配合客户实现二氧化铈的验证。
2022年公司CMP抛光液收入达9.51亿元、毛利率58%，2023年上半年销售5.06亿元；公司客户中包括了中芯国际、台积电、长江存储、华润微电子、华虹宏力等国内外知名企业。
2、鼎龙股份（300054）
鼎龙股份作为当前国内为数不多的CMP抛光垫厂商，且是国内唯一拥有自有产权并实现放量的CMP抛光垫厂商，是国内抛光垫龙头企业。公司产品包括CMP抛光垫、抛光液、清洗液三大CMP环节核心耗材，抛光垫产品实现了全制程（氧化物、铜、钨、铝、浅沟槽隔离、阻挡层等）、全技术节点（28nm及以上的成熟制程、28nm以下的先进制程）覆盖，并向低密度抛光垫产品的新方向开展创新性研究。抛光液方面，在28nm节点HKMG制程的铝制程抛光液解决了海外厂商的技术“卡脖子”问题，已在Oxide（氧化物）、SiN（氮化硅）、Poly（多晶硅）、Cu（铜）、Al（铝）等CMP制程进行抛光液新产品的开发。清洗液方面，公司能够提供铜制程CMP后清洗液、蚀刻后清洗液两类清洗液产品。
此外，鼎汇微电子向武汉鼎龙汇达采购钻石碟Disk用于市场开拓；其子公司自研氧化层抛光液产品近期收到某国内主流晶圆厂商的采购订单，武汉工厂一期全自动化抛光液生产车间已建成，具备年产5000吨抛光液的生产能力，能够满足客户端订单需求。
2023年公司半导体材料（含CMP抛光垫、CMP抛光液、CMP清洗液等）销售收入8.57亿元,毛利率61.48%。
3、上海新阳（300236）
2020年8月13日，上海新阳与上海晖研材料科技有限公司签订了《战略合作协议》，共同开发 CMP 抛光液。上海晖研具有研发团队，生产工艺技术等专有技术，而上海新阳具有产品生产基础条件与产品销售渠道，双方达成产品研发、生产、销售与服务的合作关系。
公司化学机械研磨液主要包括适用于浅槽隔离研磨液（STISlurry）、金属钨研磨液(WSlurry)、金属铜研磨液(CuSlurry),硅氧化层研磨液(OxideSlurry)，多晶硅层研磨液(PolySlurry)等系列产品，研磨液产品可覆盖14nm及以上技术节点。
4、广东聚芯半导体材料有限公司
广东聚芯半导体材料有限公司成立于2023年5月8日，位于珠海横琴新区，在深圳设有子公司，是一家面向第三代半导体以及先进制程的纳米级氧化铈颗粒和铈基CMP抛光液自主研发、生产、销售、服务为一体的新材料企业。公司掌握半导体材料要求的原料纯化技术、特定形貌的纳米氧化铈颗粒精准尺寸控制技术,成功打破了氧化铈磨料制造技术的国际垄断。聚芯拥有磨料颗粒、抛光液自主可控的核心技术及工艺，产品已通过几家国内大厂、日韩龙头企业的测试和验证。
六
研究观点
（一）行业判断
随着国内半导体产业发展，抛光液的应用需求呈现快速增长：
1、晶圆制造产能扩建带动CMP材料市场需求增加我国晶圆产能大幅提升，国产化进程快速推进。根据SEMI预测，从2019年到2024年，全球至少新增38座12英寸晶圆厂，其中中国新增19座（中国台湾11座、大陆8座），占新建总数的一半，中国12英寸晶圆产能的全球份额，也将从2015年的8%提高到2024年的20%，预计产能将达到月产150万片。无论是成熟制程还是先进制程的产能扩建，对全球和中国CMP材料市场都具有强力的拉动作用。国内厂商在巩固成熟制程的市场同时，通过自身技术升级来争取先进制程市场份额。
2、半导体先进制程推动CMP行业发展随着摩尔定律的延续，当制造工艺不断向先进制程节点发展时对CMP技术的要求相应提高、步骤也会不断增加。如果晶圆（芯片）制造过程中无法做到纳米级全局平坦化，既无法重复进行光刻、刻蚀、薄膜和掺杂等关键工艺，也无法将制程节点缩小至纳米级的先进领域，因此随着超大规模集成电路制造的线宽不断细小化而产生对平坦化的更高要求，CMP在先进工艺制程中具有不可替代，并且越来越重要的作用。在逻辑芯片中，制程的缩小意味着光刻、刻蚀次数的大幅增加，同样也带动CMP工艺步骤的增加。根据Cabot官网数据显示，180nm制程所需CMP工艺步骤约为10步，14nm制程需要CMP工艺约为20步，7nm 制程需要CMP工艺约30步，越向先进制程发展，其对应的CMP工艺步骤越高，同时抛光液品种也由原先的5-6种增加到20余种，带动了耗材需求量的增长。
（二）行业发展趋势
行业的产业发展将朝着国产化、本土化方向发展。产品发展将朝着专用化、定制化方向发展。行业竞争将朝着多元化方向发展。
1、产业发展国产化、本土化：随着国内半导体市场不断增长和国家政策对半导体、集成电路产业的支持，我国CMP抛光液国产化、本土化的供应进程将加快。根据《国家集成电路产业发展推进纲要》发展目标，到2030年集成电路产业链主要环节达到国际先进水平，一批企业进入国际第一梯队，实现跨越发展。在国家产业政策扶持和社会资金支持等利好条件下，国内CMP抛光液领域涌现出更多具有国际竞争力的产品，在更多关键领域实现进口替代，进一步提升CMP抛光液国产化水平。
2、产品发展专用化、定制化：近年来受半导体、LED产业发展的带动，全球及我国CMP抛光液市场需求持续攀升，行业发展速度加快。伴随下游市场快速发展，CMP抛光液市场需求逐渐升级，专用化、定制化、高端化将成为CMP抛光液市场未来发展方向。
3、行业竞争多元化：现阶段我国CMP抛光液已逐步实现国产替代，行业内也涌现出一批具有一定优势的优秀企业，同时，专用化和定制化将给后起的国产厂商带来机遇，一方面，国产厂商可以集中有限的资源重点研发某一特定应用领域的抛光液，另一方面，可以凭借本土化优势，与国内主流的晶圆制造厂商展开深度合作，研发定制化的产品，逐步构建壁垒。
