ALD(原子层沉积)设备的下游增量需求主要集中在先进逻辑制程的SADP工艺、存储芯片的3D堆叠结构、图像传感器的BSI工艺以及先进封装等领域。 以拓荆科技FT-300T(PE)为代表的国产PE-ALD设备已实现28-14nm SADP、STI Liner及55-40nm BSI工艺的产业化应用,而存储芯片向3D NAND堆叠层数增加和DRAM制程微缩演进,正持续打开ALD设备的成长空间。

已覆盖场景:从逻辑到图像传感器

ALD设备凭借原子层级的厚度控制能力,已成为先进制程和3D结构制造中的关键设备。在逻辑芯片领域,28nm以下先进制程普遍采用FinFET结构,其Fin宽度远小于光刻极限,需要通过SADP(自对准双重成像)工艺实现。在这一工艺中,ALD沉积的Spacer材料宽度直接决定Fin的宽度,是制约逻辑芯片先进程度的核心因素之一。

拓荆科技FT-300T(PE)型号的PE-ALD设备已实现产业化应用,覆盖28-14nm逻辑芯片的SADP、STI Liner工艺,以及55-40nm图像传感器的BSI工艺。此外,该设备还适用于2.5D、3D TSV先进封装场景。这意味着ALD设备在逻辑芯片隔离结构、图像传感器背照式工艺等环节已形成稳定的需求基本盘。

增量空间:存储堆叠与先进封装

存储芯片是ALD设备增量需求的重要来源。随着3D NAND闪存堆叠层数持续增加,薄膜沉积工序与堆叠层数直接挂钩,ALD在存储芯片制造中的使用比例明显提升。拓荆科技面向128层以上3D NAND FLASH及19/17nm DRAM的ALD设备(FT-300H)正处于研发阶段,反映出存储制程升级对ALD设备提出的更高要求。

从市场结构看,ALD在半导体薄膜沉积设备细分品类中占比约11%,虽然当前份额不及PECVD(33%),但被业内视为“兵家必争之地”。此外,芯片向3D化方向发展后,薄膜沉积设备在产线资本开支中的占比从2D时代的18%提升至3D时代的26%,而ALD作为其中技术门槛较高的品类,有望持续受益于这一结构性变化。

未来方向:Thermal-ALD的金属栅极潜力

在技术演进方向上,Thermal-ALD(热处理原子层沉积)被视作ALD设备的重要增量领域。该技术主要面向金属化合物薄膜材料,在金属栅极、电容介质等场景具有应用潜力。拓荆科技T-300T(Thermal)型号的Thermal-ALD设备正针对28nm以下制程进行研发,目前尚处于研发阶段。

总体来看,ALD设备的下游需求正从逻辑芯片的SADP工艺,向存储芯片3D堆叠、图像传感器BSI、先进封装以及未来金属栅极等更广泛的场景延伸,需求结构日趋多元化。

常见问题

ALD设备在先进制程中为什么如此重要?

在28nm以下的FinFET工艺中,Fin的宽度需要通过SADP工艺中的ALD沉积层来控制,ALD所沉积的Spacer材料宽度直接决定了最终的Fin宽度。如果缺少ALD这一步,后续的整个流程都无法进行,因此ALD是制约逻辑芯片先进程度的核心环节之一。

存储芯片对ALD设备的需求主要体现在哪里?

存储芯片的需求主要来自3D NAND闪存的堆叠层数增加,以及DRAM制程的微缩。芯片向3D化方向发展后,薄膜沉积工序与堆叠层数直接挂钩,产线中薄膜沉积设备的资本开支占比从2D时代的18%提升至3D时代的26%,其中ALD设备在3D NAND的128层以上制程中已成为必要配置。

Thermal-ALD与PE-ALD的应用场景有何不同?

PE-ALD(等离子体增强原子层沉积)主要面向介质材料薄膜,已广泛应用于SADP、STI Liner和BSI工艺;而Thermal-ALD主要面向金属化合物薄膜材料,在金属栅极、电容介质等场景具有应用潜力,目前国内相关产品尚处于研发阶段,未来有望成为ALD设备的下一个增长点。

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