制程升级是薄膜沉积设备需求增长的核心驱动。180nm 8寸产线的PVD需求为4.8台/万片产能、CVD为9.9台,而90nm 12寸产线PVD升至24.0台、CVD升至42.0台,工序量与设备台数同步抬升。需求扩张并未改变格局的集中特征:各细分赛道仍由应用材料、东京电子等国际巨头主导,PVD环节应用材料占比85%、东京电子15%;CVD环节应用材料28%、泛林半导体25%、先晶半导体17%、东京电子11%;ALD环节东京电子45%、应用材料29%、泛林半导体26%。国产阵营中,北方华创的优势集中在溅射PVD,拓荆科技则是PECVD领域唯一实现产业化的国产厂商,两家在ALD方向均有布局。
一、需求量随制程倍增,考验的是材料覆盖广度
薄膜沉积与刻蚀是相反的两个环节:薄膜材料无差别沉积到硅片表面后,再由刻蚀去除多余部分,最终使晶体管集成为电路。制程进步带来工序量增加,90nm CMOS工艺薄膜沉积工序为40道,3nm FinFET工艺产线增至100道;3D化同样推高占比,薄膜沉积在2D NAND FLASH产线资本开支中占18%,3D架构下升至26%。
市场结构本身较为分散,占比最高的PECVD也仅33%,溅射PVD为19%,管式CVD为12%,ALD为11%。这意味着厂商的生存能力更多取决于对薄膜材料覆盖的广度与深度,而非单一品类的规模。
二、细分赛道由国际巨头主导,国产路线各有侧重
| 细分赛道 | 主要参与者及份额 |
|---|---|
| PVD | 应用材料85%、东京电子15% |
| CVD | 应用材料28%、泛林半导体25%、先晶半导体17%、东京电子11% |
| ALD | 东京电子45%、应用材料29%、泛林半导体26% |
ALD虽当前占比为11%,却是"兵家必争之地":28nm以下先进制程采用FinFET结构,22nm制程中Fin宽度为14.67nm,远小于光刻机所能制造的最小尺寸,需通过自对准双重成像(SADP)工艺完成,而ALD沉积的Spacer材料宽度直接决定Fin宽度,是制约逻辑芯片先进程度的核心因素之一。ALD设备还广泛应用于金属栅、BSI等工艺,可用于制造CMOS器件、存储芯片和TSV封装。
国产方面,北方华创在溅射PVD细分中占比较高,可达20%左右;CVD类设备的国产供应商主要是沈阳拓荆,总占比约2-3%。华虹无锡、华力集成的薄膜沉积设备国产化率更高一些,总体在10%左右。
三、两家国产厂商的差异化路线
北方华创在PVD、CVD和ALD三大方向均有布局,PVD是优势方向,官网介绍已推出13款PVD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。CVD领域公司产品主要是LPCVD和APCVD,PECVD主要用于LED和光伏等泛半导体领域,与拓荆科技重合度不高;ALD两个系列产品技术节点覆盖至28nm。
拓荆科技成立于2010年,中微公司为其股东之一,持股比例8.40%。产品已覆盖规模最大的PECVD和需求增长最快的ALD,以及SACVD;工艺覆盖180-14nm制程逻辑芯片及64层、128层3D NAND,兼容氧化硅、氮化硅等薄膜材料。其PEALD设备在国内处于领先地位,可广泛应用于14nm及以下逻辑芯片。
常见问题
薄膜沉积设备的需求量为什么会随制程升级倍增?
制程进步后薄膜沉积工序量增加,直接带动设备需求量增长:180nm 8寸产线PVD需求4.8台/万片产能、CVD需求9.9台,90nm 12寸产线分别升至24.0台和42.0台。同时芯片向3D化发展后,堆叠层数与薄膜工艺直接挂钩,薄膜沉积在产线资本开支中的占比由2D的18%升至3D的26%。
薄膜沉积各细分赛道的竞争格局如何?
各细分赛道均由国际巨头主导:PVD环节应用材料占85%,CVD环节应用材料占28%、泛林半导体占25%,ALD环节东京电子占45%。国产替代主力为拓荆科技与北方华创,前者是PECVD领域唯一实现产业化的国产厂商,后者优势集中在溅射PVD,占比可达20%左右。
为什么ALD被视为薄膜沉积领域的必争之地?
ALD能够较好满足先进制程和3D结构需求,在SADP工艺中,其沉积的Spacer材料宽度决定Fin宽度,是制约逻辑芯片先进程度的核心因素之一。该技术还大量应用于金属栅、BSI等工艺,可用于制造CMOS器件、存储芯片和TSV封装,因此虽当前占比仅11%,战略地位突出。