2022年CMP行业发展现状及竞争格局分析.docx

2022年CMP行业发展现状及竞争格局分析1.CMP：晶圆平坦化的关键工艺1.1.CMP工艺是晶圆全局平坦化的关键工艺晶圆制造流程可以广义地分为晶圆前道和后道2个环节，其中前道工艺在晶圆厂中进行，主要负责晶圆的加工制造，后道工艺在封测厂中进行，主要负责芯片的封装测试，其中，化学机械抛光（CMP）是实现晶圆全局平坦化的关键工艺，指的是通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化，是先进集成电路制造前道工序、先进封装等环节必需的关键制程工艺。在前道加工领域：CMP主要负责对晶圆表面实现平坦化。晶圆制造前道加工环节主要包括7个相互独立的工艺流程：光刻、刻蚀、薄膜生长、扩散、离子注入、化学机械抛光、金属化CMP则主要用于衔接不同薄膜工艺，其中根据工艺段来分可以分为前段制程（FEOL）和后段制程（BEOL），前段制程工艺主要为STI-CMP和Poly-CMP，后段制程工艺主要为介质层ILD-CMP、IMD-CMP以及金属层W-CMP、Cu-CMP等。在后道封装领域：CMP工艺也逐渐被用于先进封装环节的抛光，如硅通孔（TSV）技术、扇出（Fan-Out）技术、2.5D转接板（interposer）、3DIC等封装技术中对引线尺寸要求更小更细，因此会引入刻蚀、光刻等工艺，而CMP作为每道工艺间的抛光工序，也得以广泛应用于先进封装中。如果晶圆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。随着超大规模集成电路制造的线宽不断细小化，制造工艺不断向先进制程节点发展，平坦化的精度要求也不断提高，CMP步骤也会不断增加，从而大幅刺激了集成电路制造商对CMP设备的采购和升级需求。CMP（化学机械抛光）相较于传统方法有更高的加工精度和加工速度。传统的机械抛光和化学抛光方法，去除速率、抛光质量均无法满足先进芯片量产需求。而CMP技术利用磨损中的“软磨硬”原理，即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光，避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点，是目前唯一能兼顾表面全局和局部平坦化的抛光技术，在先进集成电路制造中被广泛应用。1.2.CMP工艺技术原理CMP设备主要依托CMP技术的化学-机械动态耦合作用原理，通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化（全局平整落差5nm以内的超高平整度）。CMP抛光过程可以分为化学过程和物理过程。化学过程指：研磨液中化学成分与硅片表面材料产生化学反应，通过将不溶物转化为易溶物或软化高硬度物质，生成比较容易去除的物质。物理过程指：研磨液中的磨粒与硅片表面材料发生机械物理摩擦，从硅片表面去除这些化学反应物，溶入流动的液体中带走。CMP具体步骤：第一步：将硅片固定在抛光头最下面，抛光垫放臵在研磨盘上；第二步：旋转的抛光头以一定压力压在旋转的抛光垫上，在硅片表面和抛光垫之间加入流动的研磨液（由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成），研磨液在抛光垫的传输和离心力的作用下均匀涂布，在硅片和抛光垫之间形成一层液体薄膜；第三步：通过化学去膜和机械去膜的交替过程实现平坦化。1.3.CMP设备及材料对工艺效果有关键影响CMP材料主要包括抛光液、抛光垫、钻石碟、清洗液等，对CMP工艺效应均有关键影响。1.CMP抛光垫：主要作用是储存和运输抛光液、去除磨屑和维持稳定的抛光环境等；2.CMP抛光液：是研磨材料和化学添加剂的混合物，可使晶圆表面产生一层氧化膜，再由抛光液中的磨粒去除，达到抛光的目的。3.CMP钻石碟：是CMP工艺中必不可少的耗材，用于维持抛光垫表面一定的粗糙状态，通常与CMP抛光垫配套使用。4.CMP清洗液：主要用于去除残留在晶圆表面的微尘颗粒、有机物、无机物、金属离子、氧化物等杂质，满足集成电路制造对清洁度的极高要求，对晶圆生产的良率起到了重要的作用。CMP设备是CMP技术应用的载体，集摩擦学、表/界面力学、分子动力学、精密制造、化学化工、智能控制等多领城最先进技术于一体，是集成电路制造设备中较为复杂和研制难度较大的设备之一。同时，由于铜连线在微处理器生产中广泛引用，因此唯一能够抛光铜金属层的CMP设备更成为芯片制造厂商必需的重要工具。1.4.先进制程推进带动CMP设备及材料需求当前CMP已经广泛应用于集成电路制造中对各种材料的高精度抛光。按照被抛光的材料类型，具体可以划分为三大类：（1）衬底：主要是硅材料。（2）金属：包括Al/Cu金属互联层，Ta/Ti/TiN/TiNxCy等扩散阻挡层、粘附层。（3）介质：包括SiO2/BPSG/PSG等ILD（层间介质），SI3N4/SiOxNy等钝化层、阻挡层。在0.25μm节点