一、集成電路制造向更先進(jìn)工藝發(fā)展,薄膜沉積設備市場(chǎng)將持續增長(cháng)
根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國薄膜沉積設備行業(yè)發(fā)展深度研究與投資前景預測報告(2024-2031年)》顯示,薄膜沉積是指在基底上沉積特定材料形成薄膜,使之具有光學(xué)、電學(xué)等方面的特殊性能。薄膜沉積設備通常用于在基底上沉積導體、絕緣體或者半導體等材料膜層,使之具備一定的特殊性能,廣泛應用于光伏、半導體等領(lǐng)域的生產(chǎn)制造環(huán)節。
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薄膜沉積設備行業(yè)一方面長(cháng)期受益于全球半導體需求增加與產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能的擴充,另一方面受益于技術(shù)演進(jìn)帶來(lái)的增長(cháng)機遇,包括制程進(jìn)步、多重曝光與3DNAND存儲技術(shù),全球半導體薄膜沉積設備市場(chǎng)規模因此高速增長(cháng)。2020年全球薄膜沉積設備市場(chǎng)規模為172億美元,預計2025年市場(chǎng)規模將達到340億美元,2020-2025年的CAGR為15%。
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大陸薄膜沉積設備市場(chǎng)規模跟隨大陸半導體設備整體市場(chǎng)增長(cháng)而快速增長(cháng)。2017-2023年中國大陸半導體設備規模從82億美元有望增至422億美元,2017-2023年中國大陸薄膜沉積設備空間從16億美元增至89億美元,CAGR高達33%。
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隨著(zhù)集成電路制造不斷向更先進(jìn)工藝發(fā)展,單位面積集成的電路規模不斷擴大,芯片內部立體結構日趨復雜,所需要的薄膜層數越來(lái)越多,對絕緣介質(zhì)薄膜、導電金屬薄膜的材料種類(lèi)和性能參數不斷提出新的要求。在90nmCMOS工藝大約需要40道薄膜沉積工序。在3nmFinFET工藝產(chǎn)線(xiàn),則超過(guò)100道薄膜沉積工序,涉及的薄膜材料由6種增加到近20種,對于薄膜顆粒的要求也由微米級提高到納米級。未來(lái)隨著(zhù)5G、HPC、AI、ADAS等新技術(shù)對制程要求越來(lái)越高,先進(jìn)制程需求勢必將迎來(lái)較成熟制程更快的成長(cháng),將進(jìn)一步帶動(dòng)薄膜沉積設備市場(chǎng)加速增長(cháng)。
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二、薄膜沉積設備主要分為三類(lèi),PECVD占比最高
按工藝原理的不同,薄膜沉積設備分為物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)和原子層沉積(ALD)設備。由于技術(shù)原理的不同,幾大主流薄膜沉積技術(shù)適用于不同的工藝與沉積薄膜類(lèi)型。
物理氣相沉積(PVD)技術(shù)是指在真空條件下采用物理方法將材料源(固體或液體)表面氣化成氣態(tài)原子或分子,或部分電離成離子,并通過(guò)低壓氣體(或等離子體)過(guò)程,在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。PVD鍍膜技術(shù)主要分為三類(lèi):真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜。PVD主要用于沉積金屬材料,其中濺射法還可以沉積部分介質(zhì)材料,通常用于沉積阻擋層金屬、金屬填充層、金屬互聯(lián)等。
化學(xué)氣相沉積(CVD)是通過(guò)化學(xué)反應的方式,利用加熱、等離子或光輻射等各種能源,在反應器內使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學(xué)反應形成固態(tài)沉積物的技術(shù),是一種通過(guò)氣體混合的化學(xué)反應在基體表面沉積薄膜的工藝。細分技術(shù)路線(xiàn)來(lái)看,LPCVD主要用于沉積阻擋層和刻蝕終止層、用于應力釋放的薄膜間襯墊層、高溫沉積層(包括氧化物、氮化硅、多晶硅、鎢)等;PECVD主要用于沉積金屬上的絕緣體、氮化物鈍化層、低k介質(zhì)、pMOS柵電極鈍化、源/漏注入終止、金屬前介質(zhì)、用于縫隙填充和大馬士革互聯(lián)的金屬層間介質(zhì)等。
ALD技術(shù)是一種特殊的真空薄膜沉積方法,具有較高的技術(shù)壁壘。ALD技術(shù)通過(guò)將氣相前驅體脈沖交替地通入反應室并在沉積基底上發(fā)生表面飽和化學(xué)反應形成薄膜。通過(guò)ALD鍍膜設備可以將物質(zhì)以單原子層的形式一層一層沉積在基底表面,每鍍膜一次/層為一個(gè)原子層,根據原子特性,鍍膜10次/層約為1nm。ALD主要用于沉積間隙填充介電材料、側壁和掩膜圖案化、適形襯墊、刻蝕截止層、鎢插塞、接觸孔和通孔填充、3DNAND字線(xiàn)、低應力復合互聯(lián)、用于通孔和接觸孔金屬化的阻擋膜等。
薄膜沉積設備分類(lèi)
項目 | PVD技術(shù) | CVD技術(shù) | ALD技術(shù) |
優(yōu)勢與劣勢 | (1)沉積速率較快;(2)薄膜厚度較厚,對于納米級的膜厚精度控制(3)鍍膜具有單一方向性;(4)厚度均勻性差;(5)階梯覆蓋率差。 | (1)沉積速率一般(微米/分鐘);(2)中等的薄膜厚度(依賴(lài)于反應循環(huán)次數);(3)鍍膜具有單一方向性;(4)階梯覆蓋率一般。 | (1)沉積速率較慢(納米/分鐘);(2)原子層級的薄膜厚度;(3)大面積薄膜厚度均勻性好;(4)階梯覆蓋率最好;(5)薄膜致密無(wú)針孔。 |
主要應用領(lǐng)域 | (1)HJT光伏電池透明電極;(2)柔性電子金屬化、觸碰面板透明電極;(3)半導體金屬化。 | (1)PERC電池背面鈍化層、PERC電池減反層;(2)TOPCon電池接觸鈍化層、減反層;(3)HJT電池接觸鈍化層;(4)柔性電子介質(zhì)層、柔性電子封裝層;(5)半導體介質(zhì)層(低介電常數)、半導體封裝層。 | (1)PERC電池背面鈍化層;(2)TOPCon電池隧穿層、接觸鈍化層、減反層;(3)柔性電子介質(zhì)層、柔性電子封裝層;(4)半導體高k介質(zhì)層、金屬柵極、金屬互聯(lián)阻擋層、多重曝光技術(shù) |
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在2020年全球各類(lèi)薄膜沉積設備市場(chǎng)份額中,PECVD是薄膜設備中占比最高的設備類(lèi)型,占整體薄膜沉積設備市場(chǎng)的33%,ALD設備占比約為11%,SACVD和HDPCVD屬于其他薄膜沉積設備類(lèi)目下的產(chǎn)品,占比約為 6%。
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三、全球薄膜沉積設備市場(chǎng)主要被海外企業(yè)所壟斷,中國進(jìn)口替代空間巨大
全球薄膜沉積設備市場(chǎng)主要由美國的應用材料(AMAT)、泛林半導體(LAM)、日本的東京電子(TEL)、荷蘭的先晶半導體(ASMI)等海外企業(yè)所壟斷。根據數據,2020年應用材料(AMAT)市占率排第一位,達43%;其次是泛林半導體(LAM),市占率為19%;東京電子(TEL)市場(chǎng)份額排名第三位,為11%。
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《中國制造2025》對于半導體設備國產(chǎn)化提出明確要求:在2020年之前,90-32nm工藝設備國產(chǎn)化率達到50%,實(shí)現90nm光刻機國產(chǎn)化,封測關(guān)鍵設備國產(chǎn)化率達到50%。在2025年之前,20-14nm工藝設備國產(chǎn)化率達到30%,實(shí)現浸沒(méi)式光刻機國產(chǎn)化。
伴隨著(zhù)國家鼓勵類(lèi)產(chǎn)業(yè)政策和產(chǎn)業(yè)投資基金不斷的落實(shí)與實(shí)施,本土半導體及其設備制造業(yè)迎來(lái)了前所未有的發(fā)展契機,而薄膜沉積設備作為半導體制造的核心設備,將會(huì )迎來(lái)巨大的進(jìn)口替代市場(chǎng)空間。我國薄膜沉積設備市場(chǎng)規模占全球的比例由2017年的13.13%提升至2022年的37.10%,預計2027年我國薄膜沉積設備市場(chǎng)規模占全球的比例將達58.9%。
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