半导体薄膜沉积设备的下游需求,主要分布在逻辑芯片、存储芯片、功率半导体与先进封装四类产线,不同产线对设备品类、制程节点和验证节奏的要求差异明显。从公开招标数据看,华虹无锡薄膜沉积设备的国产化率整体在10%左右,其中北方华创由2%升至7%、沈阳拓荆由5%升至11%(以机台数量计算);同期长江存储的国产化率处于更低水平,其中CVD类国产供应商占比约2-3%。这组对比说明:下游产线的工艺类型,直接决定了国产设备的切入空间与放量速度。
逻辑代工:制程越先进,设备需求越密集
逻辑芯片产线对薄膜沉积的需求随制程演进快速抬升。90nm CMOS工艺的薄膜沉积工序约40道,3nm FinFET工艺产线则达到约100道。以万片产能计,180nm 8英寸产线的PVD、CVD需求量分别为4.8台、9.9台,90nm 12英寸产线则分别升至24.0台、42.0台。
在先进制程中,ALD是决定芯片制程的关键环节之一。28nm以下先进制程采用FinFET结构,需通过自对准双重成像(SADP)工艺完成,其中ALD沉积的Spacer材料宽度决定了Fin的宽度。逻辑产线也因此成为ALD设备验证要求最严苛的场景。
存储芯片:3D化推高薄膜沉积占比
存储产线的需求结构与逻辑产线不同。芯片向3D化发展后,堆叠层数与薄膜工艺直接挂钩。在2D与3D NAND FLASH产线资本开支中,薄膜沉积占比由18%升至26%,刻蚀由20%升至50%,光刻则由38%降至18%。
长江存储的采购数据显示,其薄膜设备以CVD为绝对主力,2019年、2020年CVD采购量分别为192台、173台,PVD仅14台、13台;ALD采购量2020年为82台。国产厂商在该产线的中标数量仍然有限,北方华创2020年中标4台,沈阳拓荆中标3台,对应国产化率分别为4%和3%。
功率器件与先进封装:品类分散,验证周期相对较短
功率半导体、MEMS、先进封装等场景对薄膜沉积设备的需求更为分散。溅射PVD是其中占比较高的品类,在整体市场中份额约19%。相关设备可覆盖金属互联、金属硬掩膜、硅通孔、Bumping等工艺,并同时适用于集成电路、先进封装、MEMS、功率半导体等多个领域。
相比先进逻辑产线,这类场景对制程节点的要求相对宽松,设备验证周期通常更短,也因此成为国产厂商较早实现产业化的方向。
常见问题
薄膜沉积设备中,哪一类占比最大、哪一类增长最快?
按细分品类占比,PECVD份额最大,约33%;ALD占比约11%,但被普遍视为需求增长最快、且先进制程与3D结构不可或缺的方向。整体市场格局较为分散,即使是占比最高的PECVD也未形成绝对主导。
为什么不同产线的国产化率差异明显?
国产化率与产线的工艺类型和验证门槛直接相关。存储产线以CVD为主,国产供应商整体占比约2-3%;华虹无锡、华力集成等产线的薄膜沉积设备国产化率会更高一些,总体在10%左右。逻辑先进制程对ALD等关键环节的验证要求最严,切入难度也最大。
国产薄膜沉积设备目前主要覆盖哪些制程?
以公开产品信息看,国产PECVD已覆盖180-14nm逻辑芯片及64层、128层3D NAND;PEALD可应用于14nm及以下逻辑芯片;溅射PVD覆盖90-14nm多个制程工艺;ALD技术节点覆盖至28nm。不同厂商的优势品类存在差异,PECVD与溅射PVD分别是两家主要国产厂商的强项方向。