薄膜沉积工序数从90nm CMOS工艺的40道增至3nm FinFET工艺产线的100道,这一变化直接推动了半导体设备产业链的价值分配向ALD(原子层沉积)等高端环节倾斜。ALD设备虽然目前在全球薄膜沉积设备市场中占比约11%,却是先进制程的“兵家必争之地”,其技术壁垒与战略价值远高于其当前的市场份额数字所呈现的体量,这也使得掌握ALD核心技术的厂商在产业链中占据更有利的价值位置。
工序数翻倍背后的价值迁移逻辑
薄膜沉积设备市场的成长逻辑与刻蚀设备相似,核心驱动力在于制程进步带来的工序量增加。从90nm的40道工序到3nm的100道工序,工序数量的翻倍意味着对薄膜沉积设备的数量需求显著增长。与此同时,芯片向3D化方向发展后,堆叠层数与薄膜工艺直接挂钩,在3D NAND Flash芯片产线中,薄膜沉积设备在资本开支中的占比从2D时代的18%提升至3D时代的26%。
这种变化不仅体现在设备需求量上,更体现在技术附加值上。在先进制程中,ALD之所以成为“兵家必争之地”,是因为它能对材料厚度实现原子层级别的控制。以22nm制程为例,Fin的宽度仅为14.67nm,远小于光刻机所能制造的最小尺寸,必须通过自对准双重成像技术(SADP)工艺完成,而其中ALD沉积的Spacer材料宽度直接决定了Fin的宽度,是制约逻辑芯片先进程度的核心因素之一。ALD虽然在整个制造流程中可能只使用一次,却决定了最终的芯片制程,没有这一步,后续流程无从谈起。
不同技术环节的附加值差异与市场格局
薄膜沉积设备市场构成较为分散,各细分品类的占比与附加值并不完全对等:
| 细分品类 | 市场份额 |
|---|---|
| PECVD | 33% |
| 溅射PVD | 19% |
| 管式CVD | 12% |
| ALD | 11% |
| 非管式CVD | 11% |
| 其他(含SACVD) | 6% |
| LPCVD | 4% |
| 电镀ECD | 4% |
从竞争格局看,各个细分赛道目前均由国际巨头主导。在ALD领域,东京电子占据约45%的份额,应用材料约29%,泛林半导体约26%;在PVD领域,应用材料更是占据约85%的份额。这种高度集中的格局本身就反映出高端环节的进入壁垒之高,也解释了为何ALD等高端设备能获得更高的价值分配。
在商业模式上,薄膜沉积设备厂商的竞争力更多体现在对薄膜材料覆盖的广度和深度上。由于各细分品类之间不存在明显的替代关系,厂商需要在多个技术方向同时布局。以国产厂商为例,拓荆科技覆盖了规模最大的PECVD和需求增长最快的ALD,其PEALD设备已能应用于14nm及以下的逻辑芯片;北方华创则在溅射PVD领域具备较强竞争力,产品覆盖90-14nm多个制程工艺,其PVD产品对下游议价能力较强,这在国产设备中较为少见。
常见问题
ALD设备市场份额不高,为何被视为“兵家必争之地”?
ALD目前在全球薄膜沉积设备市场中占比约11%,但其技术价值远超份额数字所体现的体量。在先进制程和3D结构制造中,ALD能实现原子层级别的厚度控制,直接决定芯片制程的先进程度。随着制程向3nm及以下推进,ALD的应用场景将持续扩展,其战略地位也会进一步凸显。
薄膜沉积工序数增加对设备需求的影响有多大?
从90nm的40道工序到3nm的100道工序,薄膜沉积工序数翻了约2.5倍,直接拉动了设备需求量。此外,3D架构下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%,双重因素共同推动了薄膜沉积设备市场规模的持续增长。
国产厂商在薄膜沉积设备领域的布局如何?
国产替代的主力是拓荆科技和北方华创。拓荆科技是国内唯一实现PECVD设备产业化的厂商,产品工艺覆盖180-14nm制程的逻辑芯片,其PEALD设备在国内处于领先地位;北方华创的优势集中在溅射PVD领域,同时也在CVD和ALD方向有所布局。两家公司在ALD领域均有产品覆盖,但技术节点上存在差异。