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集成电路制造工艺趋向先进化 薄膜沉积设备市场将持续增长 中国进口替代空间大

集成电路制造向更先进工艺发展,薄膜沉积设备市场持续增长

根据观研报告网发布的《中国薄膜沉积设备行业发展深度研究与投资前景预测报告(2024-2031年)》显示,薄膜沉积是指在基底上沉积特定材料形成薄膜,使之具有光学、电学等方面的特殊性能。薄膜沉积设备通常用于在基底上沉积导体、绝缘体或者半导体等材料膜层,使之具备一定的特殊性能,广泛应用于光伏、半导体等领域的生产制造环节。

资料来源:观研天下整理

薄膜沉积设备行业一方面长期受益于全球半导体需求增加与产线产能的扩充,另一方面受益于技术演进带来的增长机遇,包括制程进步、多重曝光与3DNAND存储技术,全球半导体薄膜沉积设备市场规模因此高速增长。2020年全球薄膜沉积设备市场规模为172亿美元,预计2025年市场规模将达到340亿美元,2020-2025年的CAGR为15%。

薄膜沉积设备行业一方面长期受益于全球半导体需求增加与产线产能的扩充,另一方面受益于技术演进带来的增长机遇,包括制程进步、多重曝光与3DNAND存储技术,全球半导体薄膜沉积设备市场规模因此高速增长。2020年全球薄膜沉积设备市场规模为172亿美元,预计2025年市场规模将达到340亿美元,2020-2025年的CAGR为15%。

数据来源:观研天下数据中心整理

大陆薄膜沉积设备市场规模跟随大陆半导体设备整体市场增长而快速增长。2017-2023年中国大陆半导体设备规模从82亿美元有望增至422亿美元,2017-2023年中国大陆薄膜沉积设备空间从16亿美元增至89亿美元,CAGR高达33%。

大陆薄膜沉积设备市场规模跟随大陆半导体设备整体市场增长而快速增长。2017-2023年中国大陆半导体设备规模从82亿美元有望增至422亿美元,2017-2023年中国大陆薄膜沉积设备空间从16亿美元增至89亿美元,CAGR高达33%。

数据来源:观研天下数据中心整理

数据来源:观研天下数据中心整理

数据来源:观研天下数据中心整理

随着集成电路制造不断向更先进工艺发展,单位面积集成的电路规模不断扩大,芯片内部立体结构日趋复杂,所需要的薄膜层数越来越多,对绝缘介质薄膜、导电金属薄膜的材料种类和性能参数不断提出新的要求。在90nmCMOS工艺大约需要40道薄膜沉积工序。在3nmFinFET工艺产线,则超过100道薄膜沉积工序,涉及的薄膜材料由6种增加到近20种,对于薄膜颗粒的要求也由微米级提高到纳米级。未来随着5G、HPC、AI、ADAS等新技术对制程要求越来越高,先进制程需求势必将迎来较成熟制程更快的成长,将进一步带动薄膜沉积设备市场加速增长。

随着集成电路制造不断向更先进工艺发展,单位面积集成的电路规模不断扩大,芯片内部立体结构日趋复杂,所需要的薄膜层数越来越多,对绝缘介质薄膜、导电金属薄膜的材料种类和性能参数不断提出新的要求。在90nmCMOS工艺大约需要40道薄膜沉积工序。在3nmFinFET工艺产线,则超过100道薄膜沉积工序,涉及的薄膜材料由6种增加到近20种,对于薄膜颗粒的要求也由微米级提高到纳米级。未来随着5G、HPC、AI、ADAS等新技术对制程要求越来越高,先进制程需求势必将迎来较成熟制程更快的成长,将进一步带动薄膜沉积设备市场加速增长。

数据来源:观研天下数据中心整理

薄膜沉积设备主要分为三类,PECVD占比最高

按工艺原理的不同,薄膜沉积设备分为物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)设备。由于技术原理的不同,几大主流薄膜沉积技术适用于不同的工艺与沉积薄膜类型。

物理气相沉积(PVD)技术是指在真空条件下采用物理方法将材料源(固体或液体)表面气化成气态原子或分子,或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。PVD镀膜技术主要分为三类:真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。PVD主要用于沉积金属材料,其中溅射法还可以沉积部分介质材料,通常用于沉积阻挡层金属、金属填充层、金属互联等。

化学气相沉积(CVD)是通过化学反应的方式,利用加热、等离子或光辐射等各种能源,在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术,是一种通过气体混合的化学反应在基体表面沉积薄膜的工艺。细分技术路线来看,LPCVD主要用于沉积阻挡层和刻蚀终止层、用于应力释放的薄膜间衬垫层、高温沉积层(包括氧化物、氮化硅、多晶硅、钨)等;PECVD主要用于沉积金属上的绝缘体、氮化物钝化层、低k介质、pMOS栅电极钝化、源/漏注入终止、金属前介质、用于缝隙填充和大马士革互联的金属层间介质等。

ALD技术是一种特殊的真空薄膜沉积方法,具有较高的技术壁垒。ALD技术通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应室并在沉积基底上发生表面饱和化学反应形成薄膜。通过ALD镀膜设备可以将物质以单原子层的形式一层一层沉积在基底表面,每镀膜一次/层为一个原子层,根据原子特性,镀膜10次/层约为1nm。ALD主要用于沉积间隙填充介电材料、侧壁和掩膜图案化、适形衬垫、刻蚀截止层、钨插塞、接触孔和通孔填充、3DNAND字线、低应力复合互联、用于通孔和接触孔金属化的阻挡膜等。

薄膜沉积设备分类

项目 PVD技术 CVD技术 ALD技术
优势与劣势 (1)沉积速率较快;(2)薄膜厚度较厚,对于纳米级的膜厚精度控制(3)镀膜具有单一方向性;(4)厚度均匀性差;(5)阶梯覆盖率差。 (1)沉积速率一般(微米/分钟);(2)中等的薄膜厚度(依赖于反应循环次数);(3)镀膜具有单一方向性;(4)阶梯覆盖率一般。 (1)沉积速率较慢(纳米/分钟);(2)原子层级的薄膜厚度;(3)大面积薄膜厚度均匀性好;(4)阶梯覆盖率最好;(5)薄膜致密无针孔。
主要应用领域 (1)HJT光伏电池透明电极;(2)柔性电子金属化、触碰面板透明电极;(3)半导体金属化。 (1)PERC电池背面钝化层、PERC电池减反层;(2)TOPCon电池接触钝化层、减反层;(3)HJT电池接触钝化层;(4)柔性电子介质层、柔性电子封装层;(5)半导体介质层(低介电常数)、半导体封装层。 (1)PERC电池背面钝化层;(2)TOPCon电池隧穿层、接触钝化层、减反层;(3)柔性电子介质层、柔性电子封装层;(4)半导体高k介质层、金属栅极、金属互联阻挡层、多重曝光技术

资料来源:观研天下整理

在2020年全球各类薄膜沉积设备市场份额中,PECVD是薄膜设备中占比最高的设备类型,占整体薄膜沉积设备市场的33%,ALD设备占比约为11%,SACVD和HDPCVD属于其他薄膜沉积设备类目下的产品,占比约为 6%。

在2020年全球各类薄膜沉积设备市场份额中,PECVD是薄膜设备中占比最高的设备类型,占整体薄膜沉积设备市场的33%,ALD设备占比约为11%,SACVD和HDPCVD属于其他薄膜沉积设备类目下的产品,占比约为 6%。

数据来源:观研天下数据中心整理

全球薄膜沉积设备市场主要被海外企业所垄断,中国进口替代空间巨大

全球薄膜沉积设备市场主要由美国的应用材料(AMAT)、泛林半导体(LAM)、日本的东京电子(TEL)、荷兰的先晶半导体(ASMI)等海外企业所垄断。根据数据,2020年应用材料(AMAT)市占率排第一位,达43%;其次是泛林半导体(LAM),市占率为19%;东京电子(TEL)市场份额排名第三位,为11%。

全球薄膜沉积设备市场主要由美国的应用材料(AMAT)、泛林半导体(LAM)、日本的东京电子(TEL)、荷兰的先晶半导体(ASMI)等海外企业所垄断。根据数据,2020年应用材料(AMAT)市占率排第一位,达43%;其次是泛林半导体(LAM),市占率为19%;东京电子(TEL)市场份额排名第三位,为11%。

数据来源:观研天下数据中心整理

《中国制造2025》对于半导体设备国产化提出明确要求:在2020年之前,90-32nm工艺设备国产化率达到50%,实现90nm光刻机国产化,封测关键设备国产化率达到50%。在2025年之前,20-14nm工艺设备国产化率达到30%,实现浸没式光刻机国产化。

伴随着国家鼓励类产业政策和产业投资基金不断的落实与实施,本土半导体及其设备制造业迎来了前所未有的发展契机,而薄膜沉积设备作为半导体制造的核心设备,将会迎来巨大的进口替代市场空间。我国薄膜沉积设备市场规模占全球的比例由2017年的13.13%提升至2022年的37.10%,预计2027年我国薄膜沉积设备市场规模占全球的比例将达58.9%。

伴随着国家鼓励类产业政策和产业投资基金不断的落实与实施,本土半导体及其设备制造业迎来了前所未有的发展契机,而薄膜沉积设备作为半导体制造的核心设备,将会迎来巨大的进口替代市场空间。我国薄膜沉积设备市场规模占全球的比例由2017年的13.13%提升至2022年的37.10%,预计2027年我国薄膜沉积设备市场规模占全球的比例将达58.9%。

数据来源:观研天下数据中心整理(zlj)

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