从90nm的40道到3nm的100道工序,薄膜沉积设备的下游需求结构发生了显著变化:制程越先进,薄膜沉积工序数量越多、设备需求越大;存储芯片转向3D架构后,薄膜沉积在产线资本开支中的占比也随之攀升。 薄膜沉积与刻蚀是相辅相成的环节,先进制程对刻蚀需求增加的同时,也带动了薄膜沉积设备的量价齐升。

制程升级:工序数量翻倍,设备需求大增

逻辑芯片制程的每一次跃进,都伴随着薄膜沉积工序的显著增加。90nm CMOS工艺产线的薄膜沉积工序约为40道,而3nm FinFET工艺产线则增至100道,工序量的大幅增加直接拉动设备需求。从单位产能的设备配置看,从180nm 8寸产线到90nm 12寸产线,PVD设备需求量从每万片产能4.8台增至24.0台,CVD设备需求量则从9.9台增至42.0台。

在先进制程中,ALD(原子层沉积)的价值尤为突出。28nm以下的FinFET结构依赖自对准双重成像(SADP)技术,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。这也是ALD虽仅占细分市场11%的份额,却被视为“兵家必争之地”的原因。

3D化趋势:存储芯片资本开支结构重塑

存储芯片从2D向3D架构的演进,同样改变了薄膜沉积设备的需求结构。在2D NAND产线中,薄膜沉积占资本开支的比例为18%,而在3D NAND产线中这一比例提升至26%,因为3D架构下堆叠层数与薄膜工艺直接挂钩。与此同时,刻蚀设备的占比从20%大幅跃升至50%,而光刻设备的占比则从38%降至18%。

从细分品类看,薄膜沉积设备市场构成较为分散:PECVD占比最高(33%),其次是溅射PVD(19%)、管式CVD(12%)、ALD与非管式设备(各11%)。由于各品类适用领域不同,彼此间不存在明显的替代关系,厂商更需要在薄膜材料的覆盖广度与深度上建立竞争力。

常见问题

为什么先进制程需要更多薄膜沉积工序?

FinFET等先进结构需要多次沉积-刻蚀的循环来构建精细图形。例如在SADP工艺中,需要依次沉积辅助层、ALD硬掩膜层等多层薄膜,每一步都对应一道薄膜沉积工序,制程越先进,循环次数越多,工序数自然增加。

3D NAND为什么比2D NAND更需要薄膜沉积设备?

3D NAND通过增加堆叠层数来提升存储密度,而每一层都涉及薄膜的沉积与刻蚀。堆叠层数与薄膜工艺直接挂钩,因此3D架构下薄膜沉积设备在产线资本开支中的占比从18%提升至26%,需求结构发生明显改变。

薄膜沉积的细分品类中,哪些增长潜力更大?

PECVD是当前占比最大的品类(33%),而ALD虽然占比仅11%,但能很好地满足先进制程和3D结构的原子级精度需求。在28nm以下逻辑芯片的FinFET制造以及128层以上3D NAND中,ALD正成为关键设备,被视为最具增长潜力的方向。