貫穿集成電路制造全過(guò)程,這家企業(yè)打破國(guó)外壟斷,加快國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程
關(guān)鍵詞: 集成電路 半導(dǎo)體 汽車(chē)電子
安集科技主創(chuàng)團(tuán)隊(duì)皆為技術(shù)出身,其創(chuàng)始人及董事長(zhǎng)王淑敏曾歷任美國(guó)萊斯大學(xué)材料化學(xué)博士后、美國(guó)休斯敦大學(xué)材料化學(xué)博士后、美國(guó)IBM公司研發(fā)總部研究員。王淑敏對(duì)于“靠技術(shù)創(chuàng)新,掙高回報(bào)”的宣言,貫穿至安集科技的發(fā)展歷程。
安集科技深耕高端半導(dǎo)體材料,致力于集成電路領(lǐng)域化學(xué)機(jī)械拋光液和功能性濕電子化學(xué)品的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化,以填補(bǔ)國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵半導(dǎo)體材料的空白,打破特定領(lǐng)域高端半導(dǎo)體材料 100%進(jìn)口的局面。從國(guó)產(chǎn)替代到成為全球第一梯隊(duì)的目標(biāo),安集科技還任重道遠(yuǎn)。
破壟斷、創(chuàng)市場(chǎng)
自成立之初,安集科技就致力于高端半導(dǎo)體材料領(lǐng)域,在還是技術(shù)空白的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)率先選擇技術(shù)難度較高、研發(fā)難度較大的化學(xué)機(jī)械拋光液和功能性濕電子化學(xué)品,并持續(xù)專(zhuān)注投入,成功打破了國(guó)外廠商的壟斷,成為眾多半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)先客戶的主流供應(yīng)商。
實(shí)際上,安集科技的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并非一日之功,其公司的拳頭產(chǎn)品——化學(xué)機(jī)械拋光液具有“難”“專(zhuān)”“多”等特點(diǎn)。
“難”主要指技術(shù)門(mén)檻高、認(rèn)證時(shí)間長(zhǎng),CMP工藝對(duì)不同材料的去除速率、選擇比及表面粗糙度和缺陷都要求精準(zhǔn)至納米乃至埃(分子級(jí)),如此精準(zhǔn)的控制需要通過(guò)精制、客制拋光液在宏觀的拋光機(jī)臺(tái)和拋光墊的作用下完成,其技術(shù)難度并不是只靠一個(gè)配方、某個(gè)原材料或者磨料能完成的,需要有化學(xué)、電化學(xué)、物理等多種交叉學(xué)科的知識(shí)儲(chǔ)備,以及不同工藝在應(yīng)用端的豐富經(jīng)驗(yàn)。
“專(zhuān)”是指不同客戶不同集成技術(shù)對(duì)拋光液的具體需求不同,需要客制化適配具體客戶工藝的拋光液,因此客戶和供應(yīng)商聯(lián)合開(kāi)發(fā)至關(guān)重要,同時(shí)長(zhǎng)期積累的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和客戶服務(wù)經(jīng)驗(yàn)也是關(guān)鍵。隨著集成電路技術(shù)不斷推進(jìn),下游客戶對(duì)拋光液的種類(lèi)和用量需求都在增加,而且新技術(shù)、新襯底材料的出現(xiàn)也對(duì)拋光材料和拋光工藝提出了更多新的需求,拋光液下游需求越來(lái)越呈現(xiàn)“多”的特點(diǎn)。
因其“難”“專(zhuān)”“多”的特點(diǎn),安集科技在實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代過(guò)程中逐漸建立了技術(shù)優(yōu)勢(shì),目前研發(fā)人員為151人,數(shù)量占公司總?cè)藬?shù)的比例42.65%,通過(guò)多年持續(xù)投入,已擁有一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。截至2022年6月30日,共擁有授權(quán)專(zhuān)利248項(xiàng),另有237項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)已獲受理,均為發(fā)明專(zhuān)利。
在“靠技術(shù)創(chuàng)新,掙高回報(bào)”的目標(biāo)導(dǎo)向下,安集科技實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)。安集科技2022年年度報(bào)告中披露:預(yù)計(jì)2022年實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)總收入10.77億元,同比增長(zhǎng)56.82%;實(shí)現(xiàn)歸屬上市公司股東凈利潤(rùn)3.01億元,同比增長(zhǎng)140.99%。同時(shí),業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)的主要原因系加大力度開(kāi)拓中國(guó)大陸地區(qū)市場(chǎng),客戶用量及客戶數(shù)量進(jìn)一步上升,同時(shí)海外市場(chǎng)進(jìn)一步拓展,公司營(yíng)業(yè)收入穩(wěn)步提升。在鎢拋光液、基于氧化鈰磨料的拋光液以及襯底拋光液、濕電子化學(xué)品在海外市場(chǎng)均有突破,電鍍液及添加劑大幅加速量產(chǎn)等。
一路走來(lái),技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和時(shí)間共同組成了安集科技的競(jìng)爭(zhēng)壁壘。正如安集科技董事長(zhǎng)王淑敏所說(shuō),半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)是“專(zhuān)”,且每個(gè)細(xì)分領(lǐng)域規(guī)模又不大,這意味著技術(shù)難度高,但業(yè)務(wù)量不大。如果企業(yè)不做大、不把平臺(tái)拓寬,長(zhǎng)期來(lái)講企業(yè)持續(xù)發(fā)展會(huì)非常難。為此,企業(yè)研發(fā)需要花很大的功夫,如同麻雀雖小五臟俱全。也正是如此,安集科技近幾年在化學(xué)機(jī)械拋光液板塊,一直致力于實(shí)現(xiàn)全品類(lèi)產(chǎn)品線的布局和覆蓋。
不僅僅是專(zhuān)耕半導(dǎo)體材料的安集科技,縱觀許多發(fā)力國(guó)產(chǎn)化替代的本土科創(chuàng)企業(yè),能夠發(fā)現(xiàn)其發(fā)展規(guī)律有一定的相似性:那就是在某一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域,中國(guó)的科創(chuàng)企業(yè)往往都是從中低端開(kāi)始,慢慢補(bǔ)齊國(guó)內(nèi)技術(shù)空白,等發(fā)展到一定階段后,尤其是上市之后,會(huì)從早期的追趕、模仿態(tài)勢(shì)轉(zhuǎn)向自主創(chuàng)新,隨后在既有領(lǐng)域向更高端的領(lǐng)域拓展的同時(shí),開(kāi)始進(jìn)行業(yè)務(wù)整合打造平臺(tái)。
什么是CMP 工藝?
CMP(化學(xué)機(jī)械拋光/研磨)是目前公認(rèn)的納米級(jí)全局平坦化精密加工技術(shù)。在集成電路制造全過(guò)程中,除集成電路設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)外,都需要使用 CMP 工藝,其中集成電路制造是CMP工藝主要應(yīng)用場(chǎng)景。
CMP可以使晶圓表面達(dá)到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求,解決晶圓表面起伏不平導(dǎo)致的光刻無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)焦、電子遷移短路、線寬控制失效等問(wèn)題。
根據(jù)不同工藝制程和技術(shù)節(jié)點(diǎn)的要求,每一片晶圓在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)經(jīng)歷幾道甚至幾十道的 CMP 拋光工藝步驟。
化學(xué)作用是指拋光液中的化學(xué)品和硅片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成比較容易去除的物質(zhì),物理過(guò)程是指拋光液中的磨粒和硅片表面材料發(fā)生機(jī)械物理摩擦,去除化學(xué)反應(yīng)生成的物質(zhì)。
與傳統(tǒng)的純機(jī)械或純化學(xué)的拋光方法不同,CMP 工藝是通過(guò)表面化學(xué)作用和機(jī)械研磨的技術(shù)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)晶圓表面微米/納米級(jí)不同材料的去除,從而達(dá)到晶圓表面的高度(納米級(jí))平坦化效應(yīng),使下一步的光刻工藝得以順利進(jìn)行。
CMP 上游為拋光材料,主要包括拋光墊、拋光液、鉆石碟、清洗液等。中游為晶圓制備,下游應(yīng)用包括消費(fèi)電子、汽車(chē)電子、醫(yī)療等領(lǐng)域。
根據(jù) SEMI 數(shù)據(jù),全球 CMP 材料成本占比中,拋光液和拋光墊價(jià)值量最高,其中拋光液占比 49%,拋光墊占比 33%,合計(jì)占比 82%,鉆石碟占比 9%,清洗液占比 5%。
CMP拋光液市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程加快
CMP拋光液是半導(dǎo)體晶圓制造過(guò)程中所需主要材料之一,在晶圓打磨過(guò)程中起著關(guān)鍵作用,拋光液的種類(lèi)、顆粒分散度、粒徑大小、物理化學(xué)性質(zhì)及穩(wěn)定性等均與拋光效果緊密相關(guān)。近年來(lái),在人工智能、5G、數(shù)據(jù)中心等技術(shù)不斷發(fā)展背景下,晶圓應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大、市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,進(jìn)而帶動(dòng)CMP拋光液市場(chǎng)需求不斷增加。
從全球市場(chǎng)來(lái)看,2021年全球晶圓市場(chǎng)規(guī)模約為1092億美元,同比增長(zhǎng)25%,在晶圓市場(chǎng)發(fā)展驅(qū)動(dòng)下,2021年全球CMP拋光液市場(chǎng)規(guī)模為19.1億美元,同比增長(zhǎng)14.3%。全球CMP拋光液市場(chǎng)由Cabot Microelectronics、日立、FUJIMI、慧瞻材料等美日企業(yè)占據(jù)壟斷地位, 2021年美日企業(yè)共計(jì)占據(jù)約66%市場(chǎng)份額。但近年來(lái),國(guó)內(nèi)企業(yè)安集科技在半導(dǎo)體拋光液領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破,2021年其占據(jù)了全球約6%市場(chǎng)份額。
從中國(guó)市場(chǎng)來(lái)看,2021年晶圓市場(chǎng)規(guī)模約為2957.4億元,同比增長(zhǎng)12.7%,在此背景下,根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2022-2026年CMP拋光液標(biāo)桿企業(yè)及競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手專(zhuān)項(xiàng)調(diào)研報(bào)告》顯示,2021年國(guó)內(nèi)CMP拋光液市場(chǎng)規(guī)模為18.7億元,同比增長(zhǎng)26.5%。CMP拋光液成分復(fù)雜、研發(fā)壁壘較高,針對(duì)不同晶圓制造工藝,拋光液配方組成成分及其濃度需要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化與調(diào)整,因此行業(yè)準(zhǔn)入門(mén)檻較高,目前國(guó)內(nèi)企業(yè)主要包括安集科技、深圳力合、鼎龍股份、上海新陽(yáng)、上海新安納等。
近年來(lái),隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈向中國(guó)大陸轉(zhuǎn)移進(jìn)程不斷加快,晶圓市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大刺激CMP拋光液市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng),行業(yè)發(fā)展前景較好。雖然目前國(guó)內(nèi)CMP拋光液市場(chǎng)仍由國(guó)外企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位,但本土企業(yè)安集科技已在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破,其占比國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額不斷增加,未來(lái)國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程將不斷加快,行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>
CMP拋光材料未來(lái)增長(zhǎng)可期
根據(jù)SEMI數(shù)據(jù),2014-2020年,全球CMP拋光材料市場(chǎng)規(guī)模從15.7億美元提升至24.8億美元,年均復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)約為8%,占晶圓制造材料比重約7%。
其中,2020年國(guó)內(nèi)CMP拋光材料市場(chǎng)規(guī)模約為32億元,近五年復(fù)合增速維持在10%左右。
展望未來(lái),一方面,晶圓制造工藝制程縮小將進(jìn)一步帶來(lái) CMP 工藝步驟增長(zhǎng),帶動(dòng) CMP 拋光材料在晶圓制造過(guò)程中的消耗量增加。
根據(jù) Cabot Microelectronics 數(shù)據(jù),250nm 時(shí) CMP 拋光步驟為 8 次,45nm 時(shí) CMP 拋光步驟增加到 17 次,7nm 時(shí) CMP 拋光步驟則增加到 30 次。
此外,在存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域,隨著存儲(chǔ)容量需求增長(zhǎng),存儲(chǔ)芯片在由 2D NAND 向 3D NAND升級(jí)過(guò)程中,CMP 拋光步驟由 7 次增加到 15 次,實(shí)現(xiàn)了翻倍增長(zhǎng)。作為主流存儲(chǔ)技術(shù),3D NAND 層數(shù)也在不斷增加,隨著堆疊層數(shù)增加,CMP 拋光材料的需求量也有望同步增長(zhǎng)。
此外,先進(jìn)封裝的應(yīng)用使 CMP 從晶圓制造前道工藝走向后道工藝。在封裝領(lǐng)域,傳統(tǒng)的 2D封裝并不需要 CMP 工藝,但隨著系統(tǒng)級(jí)封裝等新的封裝方式的發(fā)展,技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法上出現(xiàn)了倒裝、凸塊、晶圓級(jí)封裝、TSV 硅通孔、2.5D 封裝和 3D 封裝等先進(jìn)封裝技術(shù)。
其中 TSV 技術(shù)中就需要使用 CMP 工藝進(jìn)行通孔大馬士革銅工藝淀積后的正面拋光,可以平坦化和隔開(kāi)另一面沉積的導(dǎo)體薄膜,方便進(jìn)行金屬布線。
此外,也能用于晶圓背面金屬化和平坦化的減薄拋光,未來(lái) CMP 拋光材料將在先進(jìn)封裝工藝中尋找到新的市場(chǎng)空間。
