全球薄膜沉积设备并非寡头垄断市场,而是由 CVD、PVD、ALD、外延四大技术路线构成的高度分散格局,其中占比最高的 PECVD 份额约为 33%。在这一格局下,中国企业的位置需按细分路线分别评估:拓荆科技是国内唯一实现 PECVD 设备产业化的厂商,北方华创的优势集中在溅射 PVD 领域,两家在 ALD 方向均有布局,但各细分赛道目前仍由应用材料、东京电子等国际厂商主导。
薄膜沉积为什么是“分散市场”
薄膜沉积与刻蚀可以理解为两个相反的环节:薄膜材料先无差别沉积到硅片表面,再通过刻蚀去除不需要的部分,最终使晶体管集成为电路。半导体领域沉积的材料主要是多晶硅,以及介质材料(绝缘)和金属材料(导电)。
沉积方法主要有四大类:化学气相沉积 CVD、物理气相沉积 PVD、原子层沉积 ALD 和外延沉积。四大类下又衍生出多种技术,例如 CVD 包含针对不同制程的 PECVD、LPCVD 等,PVD 包括溅射 PVD 和蒸镀 PVD。每种设备特点不同、适用领域不同,彼此之间不存在明显的替代关系,这也决定了市场构成较为分散——占比最多的 PECVD 也只有 33%。
| 细分品类 | 占比 |
|---|---|
| PECVD | 33% |
| 溅射 PVD | 19% |
| 管式 CVD | 12% |
| ALD | 11% |
| 非管式 | 11% |
| 其他薄膜沉积设备(包括 SACVD) | 6% |
| LPCVD | 4% |
| 电镀 ECD | 4% |
资料来源:Gartner、转引自拓荆科技招股书,华创证券。要在这样的市场中生存,更多考验的是厂商对薄膜材料覆盖的广度和深度。
各细分赛道的全球格局
在竞争格局方面,薄膜沉积设备的各个细分赛道均由应用材料和东京电子等国际巨头主导。
| 类别 | CVD | ALD | PVD |
|---|---|---|---|
| 应用材料 | 28% | 29% | 85% |
| 泛林半导体 | 25% | 26% | — |
| 东京电子 | 11% | 45% | 15% |
| 先晶半导体 | 17% | — | — |
| 其他 | 19% | — | — |
资料来源:Gartner、转引自拓荆科技招股书,华创证券。
其中 ALD 值得单独关注:它能较好满足先进制程和 3D 结构的需求,虽然占比为 11%,却是“兵家必争之地”。在 28nm 以下先进制程采用的 FinFET 结构中,ALD 沉积的 Spacer 材料宽度决定了 Fin 的宽度,是制约逻辑芯片先进程度的核心因素之一;此外 ALD 设备在金属栅、BSI 等工艺中也有大量应用,可用于制造 CMOS 器件、存储芯片和 TSV 封装等。ALD 设备还可细分为等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)和热处理原子层沉积(Thermal-ALD)。
中国企业的位置:按路线分别看
国内薄膜沉积设备市场的国产替代进度目前没有明确的整体数据,但从主流厂商中标情况可以看出大致轮廓:北方华创在溅射 PVD 这一细分设备中的占比比较高,可以达到 20% 左右;CVD 类设备的国产供应商主要是沈阳拓荆,总的占比大概是 2-3%。华虹无锡和华力集成的薄膜沉积设备国产化率会更高一些,不过总体都在 10% 左右。
拓荆科技成立于 2010 年,主要产品就是薄膜沉积设备,已覆盖规模最大的 PECVD 和需求增长最快的 ALD,此外还有次常压化学气相沉积设备 SACVD。按招股说明书披露,公司是国内唯一一家实现了 PECVD 设备产业化的厂商,产品工艺已覆盖 180-14nm 制程的逻辑芯片,以及 64 和 128 层 3D NAND,并能兼容氧化硅、氮化硅等薄膜材料;其 PEALD 设备在国内也处于领先地位,可广泛应用于 14nm 及以下的逻辑芯片。
北方华创在 PVD、CVD 和 ALD 三大技术方向均有布局,其中 PVD 是优势方向,主要就是溅射 PVD。根据其官网介绍,公司已推出 13 款 PVD 产品,可用于集成电路和功率半导体等多个领域,覆盖 90-14nm 的多个制程工艺。CVD 领域公司产品主要是 LPCVD 和 APCVD,PECVD 主要面向 LED 和光伏等泛半导体领域,与拓荆科技的重合度并不高;ALD 方面公司已有两个系列产品,技术节点覆盖到 28nm。
常见问题
PECVD 只占 33%,是否说明薄膜沉积设备没有龙头?
不能这样理解。33% 说明的是市场构成分散,而非没有强势厂商。在 CVD、ALD、PVD 等各细分赛道中,应用材料、东京电子等国际厂商占据主导地位,例如 PVD 细分中应用材料份额达 85%。分散指的是品类多、单一品类天花板有限,而非竞争强度低。
评估中国薄膜沉积设备企业,应该看整体份额还是细分路线?
应当按细分路线分别评估。四大技术路线适用领域不同、互不替代,国产厂商的强项也各不相同:拓荆科技是国内唯一实现 PECVD 设备产业化的厂商,北方华创的优势集中在溅射 PVD 领域,两家在 ALD 领域都有布局。以整体份额笼统判断,会掩盖各条路线之间真实的能力差异。
为什么 ALD 占比只有 11%,却被视为重点方向?
因为 ALD 的性能较强,能够较好地满足先进制程和 3D 结构的需求。在 28nm 以下先进制程的 FinFET 结构中,ALD 沉积的 Spacer 材料宽度决定了 Fin 的宽度,是制约逻辑芯片先进程度的核心因素之一;同时在金属栅、BSI 等工艺以及 CMOS 器件、存储芯片、TSV 封装制造中都有大量应用。