半导体设备刻蚀从湿法转向干法后,行业竞争格局呈现高度集中且强者恒强的态势,全球市场由拉姆研究(泛林半导体)、东京电子、应用材料三巨头主导,合计份额约90%;与此同时,中微公司和北方华创作为国产龙头,正在大陆市场加速替代,其中中微公司在大陆市场的份额已达20%,北方华创约为6%。
干法刻蚀为何成为主流
湿法刻蚀依赖溶液与材料发生化学反应来去除材料,工艺简单、成本低,但溶液反应没有方向性,容易钻蚀侧面导致制程失真。随着制程不断缩小,这一缺陷愈发明显,因此行业转向以等离子体为核心的干法刻蚀。
干法刻蚀主要分为两类:电感性等离子体刻蚀(ICP) 和电容性等离子体刻蚀(CCP)。两者最根本的差异在于刻蚀对象不同——硅刻蚀对精确度要求高,一般使用ICP;而氧化硅、氮化硅等介质材料硬度高,需要高离子能量刻蚀,通常使用CCP。目前ICP和CCP的应用占比分别约为43%和42%,是绝对的主流技术路线。
全球与大陆市场的竞争格局
全球干法刻蚀设备市场高度集中。根据Gartner数据,2020年全球干法刻蚀设备市场中,泛林半导体占比46.71%,东京电子占比25.57%,应用材料占比16.96%,三家合计约90%,龙头企业拉姆研究在全球和大陆市场的占比均达到50%左右。
在大陆市场,格局略有不同。按SEMI估算,泛林半导体占比52%,中微公司占比20%,东京电子9%,北方华创6%,应用材料5%,其他厂商合计8%。国产厂商已取得实质性突破,但整体仍处于追赶阶段。
| 厂商 | 全球份额(2020年) | 大陆份额(2020年) |
|---|---|---|
| 泛林半导体 | 46.71% | 52% |
| 东京电子 | 25.57% | 9% |
| 应用材料 | 16.96% | 5% |
| 中微公司 | 1.37% | 20% |
| 北方华创 | — | 6% |
国产双雄的差异化布局
中微公司是国产CCP设备龙头,产品制程从65nm一路覆盖至5nm,是唯一进入台积电供应链的国产刻蚀设备厂商。在CCP领域,公司产品已覆盖7nm和5nm量产工艺;同时从2012年起布局ICP赛道,目前ICP设备制程已达28nm,并积极研发面向5nm逻辑芯片和1Xnm内存芯片的下一代产品。
北方华创则是国内最大的半导体设备平台型企业,产品覆盖刻蚀、薄膜沉积、清洗等多个大类。在刻蚀领域,公司深耕ICP硅刻蚀和金属刻蚀,核心设备制程达28nm,14nm工艺已进入验证阶段,2020年ICP设备累计出货量超过1000台。
常见问题
中微公司和北方华创的刻蚀设备有何区别?
两家公司的产品路线差异明显:中微公司的传统优势在CCP介质刻蚀,覆盖65nm至5nm制程;北方华创则深耕ICP硅刻蚀和金属刻蚀,核心制程达28nm。不过随着中微公司切入ICP赛道,两家未来将在部分领域形成正面竞争。
国产刻蚀设备目前处于什么水平?
在成熟制程领域,国产设备已实现规模化量产并进入国内主流晶圆厂;在先进制程方面,中微公司的CCP设备已进入台积电7nm和5nm产线,北方华创的14nm ICP设备处于验证阶段。整体而言,国产替代已取得显著进展,但在高端市场的份额仍有较大提升空间。
刻蚀设备市场为何如此集中?
刻蚀设备技术壁垒极高,涉及等离子体物理、材料科学、精密控制等多学科交叉,客户验证周期长、替换成本高,形成了明显的马太效应。此外,随着制程升级和3D结构发展,刻蚀次数大幅增加(从65nm的20次增至5nm的160次),设备价值量持续提升,进一步巩固了头部厂商的竞争优势。