逻辑芯片等将驱动ALD设备快速渗透 市场由境外厂商垄断 国产实现技术突破

前言

原子层沉积（Atomic Layer Deposition，ALD）设备是薄膜沉积设备的细分种类之一。目前ALD设备在薄膜沉积设备中的占比最小，渗透率远低于CVD设备、PVD设备。

ALD设备可以实现高深宽比、极窄沟槽开口的优异台阶覆盖率及精确薄膜厚度控制，在45nm及以下制程中发挥重要作用。随着逻辑芯片进入GAA时代以及3D DRAM、3D NAND发展，ALD设备有望成为半导体晶圆设备中增长最快的领域之一。数据显示，2020年全球ALD设备市场规模为19亿美元，根据预计，2020-2025年全球ALD设备年复合增速达26.3%。

目前半导体ALD设备仍基本由荷兰先晶半导体（ASM）、日本东京电子（TEL）、美国泛林（Lam）和应用材料（AMAT）等境外厂商垄断，其中荷兰先晶半导体（ASM）、日本东京电子（TEL）是ALD设备行业的双巨头，两者市场占有率合计接近50%。

近年来ALD技术因其良好的市场空间和丰富的应用场景受到关注，国内竞争者开始出现，代表包括微导纳米、拓荆科技和北方华创等。半导体ALD设备的国产化实现了从0到1的突破，部分发展速度较快的厂商的产品性能甚至已可媲美国际产品。未来随着技术水平不断提升，国产设备有望快速占领市场。

一、ALD设备在薄膜沉积设备中的占比最小，渗透率远低于CVD设备、PVD设备

原子层沉积（Atomic Layer Deposition，ALD）设备是薄膜沉积设备的细分种类之一。目前ALD设备市场占有率仅为11%，远低于CVD设备（56%）及PVD设备（23%）。

资料来源：观研天下整理

数据来源：观研天下数据中心整理

二、下游驱动，ALD设备有望成为半导体晶圆设备中增长最快的领域之一

三种薄膜沉积设备互为技术补充，其中ALD设备可以实现高深宽比、极窄沟槽开口的优异台阶覆盖率及精确薄膜厚度控制，在45nm及以下制程中发挥重要作用。

三种薄膜沉积技术对比

资料来源：观研天下整理

资料来源：观研天下整理

随着逻辑芯片进入GAA时代以及3D DRAM、3D NAND发展，ALD设备有望成为半导体晶圆设备中增长最快的领域之一。

1.逻辑芯片

GAA技术采用钼金属取代传统的CVD钨和PVD铜以降低电阻，并提高芯片速度和整体性能。ALD可以提升钼等新金属的粘附性和稳定性，使其在微缩工艺下仍然保持优异的性能；GAA技术依赖于选择性沉积工艺以增加准确性并减少成本，而ALD可以在高纵横比结构中实现均匀沉积的特性在其中至关重要。此外，硅外延也是GAA的一项关键技术，用于构建晶体管的核心——纳米级厚度硅片。随着逻辑芯片进入GAA时代，ALD设备需求将随之增加。

资料来源：观研天下整理

2.3D DRAM

3D DRAM的发展需要进一步依赖ALD和EPI工艺，以支持更复杂的堆叠结构。这些工艺能够确保在高纵横比的结构中实现均匀沉积，并优化接触电阻，从而提升存储密度和性能。

为了实现DRAM架构（如6F²）的持续缩放和高密度化，需要新的ALD和EPI工艺：低电阻字线金属通过ALD沉积的高导电性金属层，减少了字线的电阻，提升了数据传输速度； Low-K间隙和气隙结构能够降低寄生电容，减少信号干扰，提升数据读取性能； ALD技术可以沉积高质量的氧化物层，确保DRAM中晶体管的可靠性和性能； Epi工艺可生成均匀的低电阻接触材料，提升电流流动效率。

在DRAM的外围电路部分，ALD和EPI工艺也有重要作用： ALD高K材料（HfSiO和HfO）用于提高电容器的介电性能和存储单元的稳定性；偶极层（LaO）和工作函数金属（TiN）通过ALD工艺实现，确保晶体管的阈值电压控制更精准；外延EPI材料用于应变增强，提高电荷迁移率，从而提升电路性能。

3.3D NAND

3D NAND的叠层结构对ALD设备功能要求更高，多层次沉积使得ALD设备价量比重上升。3D NAND可以克服2D NAND 的容量限制，3D NAND 架构可在不牺牲数据完整性的情况下扩展到更高的密度。与存储单元水平堆叠的2D NAND 不同，3D NAND 使用多层垂直堆叠，以实现更高的密度、更低的功耗、更好的耐用性、更快的读写速度和更低的成本。为了实现3D NAND堆叠，需要在多个层次上进行精确的薄膜沉积，以确保每一层的厚度和均匀性符合设计要求。ALD（原子层沉积）技术在此过程中尤为关键，因为它们能够提供出色的薄膜均匀性和精确的厚度控制。相较于2D NAND，3D NAND中ALD比重由18%上升至26%。

数据来源：观研天下数据中心整理

数据显示，2020年全球ALD设备市场规模为19亿美元，根据预计，2020-2025年全球ALD设备年复合增速达26.3%，成为晶圆制造设备中增长最快的细分品类。

数据来源：观研天下数据中心整理

三、ALD设备市场被荷兰先晶半导体、日本东京电子等境外厂商垄断

目前半导体ALD设备仍基本由荷兰先晶半导体（ASM）、日本东京电子（TEL）、美国泛林（Lam）和应用材料（AMAT）等境外厂商垄断，其中荷兰先晶半导体（ASM）、日本东京电子（TEL）是ALD设备行业的双巨头，两者市场占有率合计接近50%。

国外半导体ALD设备厂商简介

资料来源：观研天下整理

四、ALD设备国产化突破，部分产品已可媲美国际产品

根据观研报告网发布的《中国ALD设备行业发展深度研究与投资前景分析报告（2024-2031年）》显示，近年来ALD技术因其良好的市场空间和丰富的应用场景受到关注，国内竞争者开始出现，代表包括微导纳米、拓荆科技和北方华创等。微导纳米设备主要为TALD，主要用于沉积金属薄膜，拓荆科技为PEALD设备，主要沉积SiO2等非金属薄膜。

国产ALD设备布局情况

资料来源：观研天下整理

半导体ALD设备的国产化实现了从0到1的突破，部分发展速度较快的厂商的产品性能甚至已可媲美国际产品。如微导纳米公司半导体ALD设备的设备产能、平均故障间隔时间、平均修复时间、均匀性、薄膜颗粒控制、金属污染控制等多个技术指标已达到国际同类设备水平，此外，反应源的可拓展性、机台稳定运行时间等部分指标数据占有优势。未来随着技术水平不断提升，国产设备有望快速占领市场。

半导体ALD设备与国际同类半导体ALD设备对比

资料来源：观研天下整理（zlj）