ALD在SADP工艺中通过沉积Spacer材料直接决定Fin宽度,是先进制程绕不开的核心环节;而半导体设备市场的增长驱动力,正来自先进制程工序量增加与存储芯片3D化两大趋势,其中ALD设备占比提升是最确定的增量方向之一。
为什么ALD能决定Fin宽度
在28nm以下的FinFET制程中,Fin的宽度远小于光刻机所能制造的最小尺寸,必须借助自对准双重成像技术(SADP)来完成。在SADP工艺中,先用ALD沉积一层氧化硅作为硬掩膜版,通过控制这层氧化硅的厚度,就能最终控制Fin的宽度——ALD由此成为制约逻辑芯片先进程度的核心因素之一。
ALD的独特之处在于原子层级的厚度控制能力:通过交替引入反应物并循环生长,可以实现对材料厚度的原子级精确把控。这正是先进制程和3D结构对薄膜沉积的核心要求。
半导体设备市场增长的两大驱动力
驱动力一:制程进步带来工序量激增。 从90nm CMOS工艺的40道薄膜沉积工序,到3nm FinFET工艺产线的100道工序,制程越先进,薄膜沉积设备需求量越大。
驱动力二:3D化趋势提升设备占比。 芯片向3D方向发展后,堆叠层数与薄膜工艺直接挂钩。以NAND Flash产线资本开支为例,薄膜沉积设备占比从2D架构的18%提升至3D架构的26%,而光刻设备占比则从38%降至18%。
在这两大驱动下,全球半导体薄膜沉积设备市场规模从2017年的125亿美元增长至172亿美元,复合增长率约11%。
各类薄膜沉积设备占比
| 设备类别 | 市场占比 |
|---|---|
| PECVD | 33% |
| 溅射PVD | 19% |
| 管式CVD | 12% |
| ALD | 11% |
| 非管式 | 11% |
| 其他(含SACVD) | 6% |
| LPCVD | 4% |
| 电镀ECD | 4% |
ALD目前占比虽仅11%,但被业内视为“兵家必争之地”——它是先进制程和3D结构中需求增长最快的细分方向。
常见问题
ALD设备主要用在哪些环节?
ALD在SADP工艺中沉积Spacer材料决定Fin宽度,同时广泛应用于金属栅、BSI等工艺,可用于制造CMOS器件、存储芯片和TSV封装等。在3D NAND中,ALD还用于高深宽比结构的介质薄膜沉积。
国产ALD设备进展如何?
国产厂商中,拓荆科技的PEALD设备已覆盖14nm及以下逻辑芯片的SADP、STI Liner等工艺,处于产业化应用阶段;北方华创的ALD产品技术节点覆盖至28nm FinFET及3D NAND应用。
薄膜沉积设备市场竞争格局如何?
各细分赛道目前主要由应用材料、东京电子、泛林半导体等国际巨头主导,其中ALD领域东京电子占比约45%、应用材料约29%、泛林半导体约26%。国产替代正在推进,但整体份额仍较低。