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一文看懂CMP质料行业(抛光液、抛光垫)

本文摘要:半导体质料工业概述质料和设备是半导体工业的基石,质料漫衍于整个半导体工业链的上游,工业规模大、细分行业多、技术门槛高、更新速度快,也是最容易“卡脖子”的环节。2019年全球半导体质料市场营收为521亿美元,较上一年相比略微下降1.1%。其中,中国大陆地域营收达88.6亿美元,同比增长1.9%,也是全球唯一泛起增长的质料市场。 半导体质料应用广泛,主要包罗集成电路(逻辑芯片、存储芯片等)、光电子器件(光源、显示器、光伏等)、分立器件和传感器。

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半导体质料工业概述质料和设备是半导体工业的基石,质料漫衍于整个半导体工业链的上游,工业规模大、细分行业多、技术门槛高、更新速度快,也是最容易“卡脖子”的环节。2019年全球半导体质料市场营收为521亿美元,较上一年相比略微下降1.1%。其中,中国大陆地域营收达88.6亿美元,同比增长1.9%,也是全球唯一泛起增长的质料市场。

半导体质料应用广泛,主要包罗集成电路(逻辑芯片、存储芯片等)、光电子器件(光源、显示器、光伏等)、分立器件和传感器。其中,集成电路应用最广泛,因为中国国产替代需求旺盛,2018年中国大陆的集成电路工业销售额达6532亿元,同比增长20.7%。随着5G、物联网、新能源汽车等下游市场的发作,上游半导体质料亦大有可为,凭据IC Insights预测,2016至2021年,整个IC市场年复合增长率为7.9%,其中汽车和物联网带来的增长率为13.4%和13.2%。

除了需求增长带来的增量,国产替代带来的存量市场也是重要的增长点。凭据IC Insights预测,2023年中国大陆IC市场规模将到达2290亿美元,但中国大陆IC产值仅470亿美元,国产替代空间庞大。

制造一个半导体器件要用到多种质料,其中,硅片价值占比最高,约38%;其次是电子特气和掩膜板,各占13%;光刻胶及其辅助质料合计占12%;CMP抛光质料占7%,虽然价值占比不高,但环节及其关键,一次制造历程可能需要几十次抛光,而且抛光质量优劣将直接影响下一道工序的历程。CMP即“化学机械抛光”,半导体器件通常要求到达纳米级的平整度,要否则,各处电阻值不均,光刻也刻禁绝,现在最好的工艺是用化学(液体)和机械(垫子)联合起来的方式。在抛光这个工艺中,最重要的两种质料是抛光液和抛光垫。

抛光消耗的成本占比或许就7%,却是半导体生产历程中重复次数最多的步骤,28纳米制程的芯片,全程要12次抛光,现在芯片越来越小,到了10纳米制程,抛光要重复30次,用掉30多种差别的抛光液。抛光垫的寿命也极低,通常45-75小时,属于易耗品。

CMP质料行业规模及增速2019年,全球抛光垫和抛光液的市场规模划分为7亿美元和12亿美元。预计全球CMP市场复合增长率约6%。随着未来海内晶圆厂大幅投产,测算预计未来5年中国CMP市场规模增速可超10%,2023 年可达约30亿元(约4.4亿美元),其中,抛光液市场规模是抛光垫的1.7倍。

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未来CMP质料增长可期,主要来自以下5个动力:市场因素:5G、新能源汽车等新兴工业自己的需求拉动。资本因素:作为工业链稀缺资源的CMP质料,竞争优势显着,毛利率高,是资本必争之地。好比安集科技的抛光液毛利率一直维持在55%左右,2020年三季度的销售净利率居然高达36.8%。

技术因素:随着制程越来越先进,抛光次数也越来越多,前面提到,28nm工艺芯片要用到12次抛光,一旦进入到10nm,就要高达30次抛光。政治因素:国产替代势在必行。

工业链因素:晶圆制造产能连续向中国大陆转移,现在中国大陆是仅次于中国台湾、韩国的第三大生产基地,但增长率远超前两者。CMP质料行业格式(1)抛光液抛光液由超细固体粒子研磨剂、氧化剂、外貌活性剂、稳定剂等组成,纳米级的固体粒子用于淹没,氧化剂用于腐蚀溶解,从而实现化学机械相联合的抛光效果。难点在于,凭据抛光需求差别,配方也差别,有用于硅、硅氧化物、铜的,有酸性的、践行的,等等。

所以,不停实验,以及凭据客户需求不停磨合所获得的配方,是主要的竞争壁垒。前4大厂商皆为美日企业,市占率共65%,中国大陆的龙头安集科技排第五名,占2%左右。安集科技是中国大陆现在唯一一家实现了130-28nm技术节点上的12英寸晶圆片用的抛光液的规模化销售,14nm技术节点产物正在客户认证中(总所周知,需要2-3年时间),10-7nm产物正在研发。

境外现在主流工艺是14nm,大陆境内是28nm(中芯国际),三星和台积电则力推10-7nm工艺,而大陆龙头安集科技现在的14nm产物还仅仅在客户认证阶段,可见和境外对手的差距。(2)抛光垫抛光垫一般由聚胺脂做成,有像海绵一样的机械特性和多孔吸水特性,主要型号有 IC1000、IC1400、IC2000、SUBAIV等,其中IC1000和SUBAIV是用得最广的。抛光垫外貌包罗一定密度的微凸峰,也有许多微孔, 不仅可以去除硅片外貌质料,而且还起到存储和运输抛光液、清除抛光历程产物的作用。抛光垫全球市场集中,前5大厂商占据91%的份额,现在中国大陆仅鼎龙股份有能力提供。

鼎龙股份原为打印机耗材龙头,但早早地就看到半导体质料的前景,从13年开始立项,熬到16年8月才完成建厂,一直到17年才拿到第一张订单。2018年,鼎龙股份的CMP抛光垫卖出314万元,2019年卖出1230万元,2020年上半年卖出2102万元,增长迅猛,但和巨头比差距甚大。而且因为专利壁垒,代表未来趋势的12英寸晶圆用的开窗口抛光垫专利被美国公司占有,海内仅有DOW获得授权生产销售,鼎龙股份是从8英寸无窗口抛光垫入手,12英寸硅片用的抛光垫还处在客户测试阶段。CMP质料工业链上下游情况CMP工业链下游较为简朴,主要是各大主流晶圆厂。

其中,中国台湾的台积电、联电、力晶在销售额上排列第1、3、6名,中国大陆代工龙头中芯国际排第5位。虽然下游客户集中,但不至于泛起从下游“卡脖子”的情况,因为CMP质料厂商和下游晶圆代工厂是相互依存的,代工厂不能没有CMP质料,而且进入供应链认证需要2-3年时间,一旦建设互助关系,晶圆厂也不愿意轻易更换,负担没须要的风险。上游主要是研磨剂、化工质料、包装质料供应商,CMP质料要求甚高,超细的研磨剂是重点,要求颗粒漫衍、直径都要匀称,否则就会损伤硅片,包装质料也不能迷糊,必须使用高清洁的塑料桶。

所以优质的上游供应商依然在国际企业手中,主要是日本富士和美国Gabot。行业壁垒CMP质料所面临的配合壁垒主要有2个:技术壁垒和客户认证。(1)技术壁垒在种类繁多的半导体质料子行业中,抛光垫、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,对抛光垫和抛光液的要求也极为严苛。

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而且随着制程工艺越来越现金,对这两种质料的技术要求也不停提高,所以有“一代质料,一代产物”之说。CMP抛光质料的技术更新动力源自下游晶圆的技术更新。

晶圆制程不停提高,从1971年的10微米发到现在的10纳米、7纳米甚至5纳米。前面提到,境外主流工艺现在在14纳米阶段,而中国大陆晶圆代工龙头中芯国际的最先进制程也就28纳米。

三星、台积电已经实现10纳米和7纳米制程。为了追赶摩尔定律,制程工艺约莫2年就能更新一次,往往是这边的技术还没遇上,那里的新技术又出来了。为了满足更细致的工艺,CMP质料也有着更高的要求。当前集成电路要求全局平整落差100A°-1000A°(相当于原子级10-100nm)的超高平整度。

除此之外,试错成本也成为了CMP质料的技术壁垒。抛光质料要不停找到合适配方、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探索工艺指标、产物配方等对物理参数及性能的影响效果,形成较深的Knowhow壁垒。(2)客户认证半导体器件要求极高的良品率,所以一旦形成稳定的供应链体系,晶圆厂一般不太可能更换供应商。

要进入晶圆厂供应链体系里,要经由审核、送样、测试等环节,没有2-3年是进不去的。但这也意味着,一旦进入供应链体系,将形成一条宽阔的护城河。严格来说,半导体质料行业属于成熟工业,各领域集中度高,巨头林立,按理说没有创业公司进入的可能,但在国产替代的大配景下,有技术实力的公司,如鼎龙股份、安集科技,只要能进入中芯国际等海内大厂的供应链体系,将成为稳定的赚钱机械。

几家值得关注的非上市CMP质料公司(1)抛光液深圳力合:建立于2003年,与清华大学深圳研究院有互助开发抛光液产物,并负担了国家“十二五”等科技重大专项,实力不容小觑。公司主要提供新开发抛光液(玻璃基片抛光液、钛基片抛光液、砷化镓抛光液)、蓝宝石抛光液、硅晶片抛光液和盘算机硬盘基片抛光液4种产物。公司科研、资本配景雄厚,可能因此也没有太迫切的上市计划。

上海新安纳:建立于2008年,是中科院上海微系统所团结海内外研究机构、企业配合开办的公司,也负担了国家“十二五”重大专项,主要提供铜抛光液、硅片抛光液、蓝宝石抛光液、LED芯片反面减薄抛光液。公司还往上游走,提供电子级二氧化硅纳米质料,可以为安集科技提供研磨剂。天津晶岭:建立于2005年,与河北工业大学微电子质料研究所有精密互助,也负担了国家“02重大专项”,提供的产物线广泛,笼罩集成电路、器件、光电质料等。

(2)抛光垫苏州观胜:全称苏州观胜半导体科技有限公司,于2017年投入了抛光垫生产项目,虽然起步晚于鼎龙股份,但苏州观胜有台资配景,股东台湾智胜在聚氨酯领域已经积累了30多年的履历,将聚氨酯应用到CMP领域也已经有15年的履历,在这一领域已经积累了100多项专利技术。现在,苏州观胜野心勃勃,计划5年内(即2022年之前)占领1/3市场份额,并乐成上市。以上观察均来自网上公然资料,本文是小我私家研究条记,不作为投资建议。


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