3D NAND堆叠层数提升,直接拉动了原子层沉积(ALD)设备的需求。从薄膜沉积设备整体市场看,全球规模从2017年的125亿美元增长至2020年的172亿美元,复合增长率约11%;其中ALD品类占比约11%,且被业内视为需求增长最快的细分方向。 拓荆科技已覆盖PECVD与ALD两大品类,其PEALD设备可应用于14nm及以下逻辑芯片并已实现产业化,面向128层以上3D NAND的ALD设备与Thermal-ALD仍处于研发中。因此,评估这一市场空间,需同时看堆叠层数、晶圆厂扩产节奏与国产化率三条主线,而非单看某一台设备的销量。
堆叠层数为何直接挂钩ALD需求
芯片向3D化发展后,堆叠层数与薄膜工艺直接挂钩。资料显示,在2D与3D NAND FLASH产线资本开支中,薄膜沉积占比从2D时代的18%提升至3D时代的26%,是三大核心工艺中占比提升的环节之一。ALD之所以关键,在于其生长机制可对材料厚度实现原子层级别的控制,能够较好满足先进制程和3D结构的需求,因此虽然当前占比约11%,却被视为“兵家必争之地”。拓荆科技的产品工艺已覆盖180-14nm逻辑芯片以及64层和128层3D NAND。
市场空间由哪些因素决定
薄膜沉积市场的成长逻辑与刻蚀设备相似,主要来自两方面:一是制程进步后工序量增加,例如90nm CMOS工艺薄膜沉积工序约40道,3nm FinFET工艺产线约100道;二是3D架构下薄膜设备占比提升。从国内需求看,据国盛证券测算,中国大陆对CVD和PVD的市场需求合计在200亿元左右。但具体到国内市场格局与国产替代进度,目前并没有明确数据,只能从主流厂商中标情况观察大概。
以长江存储ALD采购为例,2017年至2020年采购量分别为24台、14台、70台、82台;同期中标沈阳拓荆的薄膜设备数量为2018年1台、2019年4台、2020年3台。拓荆科技招股说明书披露的销量数据显示,ALD产品2018年销量1台,2019年、2020年及2021年1-9月销量均为0。这一基数说明,国产ALD设备整体仍处于早期放量阶段,未来空间更多取决于验证通过后的份额爬坡。
竞争格局与国产化位置
薄膜沉积各细分赛道目前由国际巨头主导。ALD领域,应用材料占比29%、泛林半导体26%、东京电子45%。国内方面,CVD类设备的国产供应商主要是沈阳拓荆,在长江存储的中标总占比约2-3%;华虹无锡与华力集成的薄膜设备国产化率总体在10%左右。拓荆科技是国内唯一实现PECVD设备产业化的厂商,PEALD设备在国内处于领先地位,产品能够广泛应用于14nm及以下逻辑芯片。
常见问题
拓荆科技的ALD设备目前进展到哪一步?
其PEALD设备(FT-300T)已进入产业化应用,可覆盖28-14nm的SADP、STI Liner工艺及55-40nm BSI工艺。面向128层以上3D NAND FLASH存储芯片的ALD设备(FT-300H)以及Thermal-ALD仍处于研发中。
3D NAND层数越高,ALD用量就越大吗?
在3D架构下薄膜沉积设备在产线资本开支中的占比明显提升,堆叠层数与薄膜工艺直接挂钩,因此层数提升会带动相关沉积工序需求。但具体到单条产线的设备台数,还取决于工艺方案与晶圆厂的实际扩产安排。
国产ALD设备的替代空间怎么看?
从长江存储的中标数据看,国产薄膜设备份额仍处于个位数到10%左右的区间,替代尚在早期。空间释放的节奏,需结合晶圆厂扩产进度、设备验证周期与国产化率的后续变化综合判断。