【專題 | 「半導體設備」刻蝕機_薄膜沉積設備_半導體封裝設備】

薄膜沉積是半導體生產過程中的一個重要工藝，該工藝可以在晶圓上生長出導電薄膜層和絕緣薄膜層，是進行后續加工的基礎。根據原理不同，薄膜沉積工藝可分為物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）和原子層沉積（ALD）。

表1 ALD、CVD和PVD技術指標對比

（資料來源：五礦證券研究所，金智創新行業研究中心整理）

薄膜沉積設備市場規模隨下游需求高速增長，其中PECVD設備是薄膜設備中占比最高的設備類型

受益于晶圓廠、存儲、AMOLED以及光伏電站需求增加，薄膜沉積設備行業也快速發展。例如在新建晶圓廠的設備投資中，與晶圓制造相關的設備投資額約占總設備投資的80%，而薄膜沉積設備作為晶圓制造的三大設備之一，其投資規模約占晶圓制造設備總投資的25%。根據Maximize Market Research統計，2020年全球半導體薄膜沉積設備市場規模為約172億美元，過去四年復合增長率為11.2%。

薄膜沉積工藝目前已經形成了較為固定的工藝流程。在晶圓制造領域根據不同的應用需求發展出了PECVD、LPCVD、ALD、濺射PVD等不同的設備，其中PECVD是占比最高的設備類型，占比約33%。前景較好的ALD設備目前占據薄膜沉積設備市場份額11%，但目前尚未大規模應用。在整個薄膜沉積設備市場，屬于物理氣相沉積（PVD）的濺射PVD和電鍍ECD合計占23%。

圖1 各類薄膜沉積設備市場份額占比

（資料來源：Gartner，金智創新行業研究中心整理）

芯片工藝進步以及結構日趨復雜提高薄膜設備需求，先進產線對薄膜設備需求量快速增加

薄膜在晶圓制造過程中的作用在于生成導電層或絕緣層，阻擋污染物和雜質滲透，以及提高吸光率，并臨時阻擋刻蝕等重要作用。隨著晶圓制造工藝精密程度提升以及芯片復雜度提高，薄膜性能的要求也隨之提升，同時也衍生出各類新設備，其中以臺階覆蓋能力強、薄膜厚度控制精準的原子層沉積（ALD）設備為主要代表。除薄膜性能帶來產品升級換代需求外，由于先進制程帶來的多重曝光技術導致工序數和設備數大幅提高，所需的薄膜沉積設備數量也將隨之增加。此外，5G、數據中心、汽車電子、人工智能等一系列技術及市場需求增加將推動先進制程占比提高，進一步增加薄膜沉積設備需求。

表2 不同制程邏輯芯片產線薄膜沉積設備需求

（資料來源：長江證券研究所，金智創新行業研究中心整理）

國內市場國產薄膜沉積設備市占率僅2%，北方華創和沈陽拓荊處于領先地位

在競爭格局方面，根據Gartner公司數據，全球CVD設備市場應用材料（AMAT）占30%，泛林半導體（Lam）和東京電子（Tel）三大廠商占據了全球70%市場份額；全球PVD設備市場則被應用材料基本壟斷，處于絕對龍頭地位；全球ALD設備市場中東京電子、先域（ASM）兩家合計占比60%。根據中國國際招標網數據，目前中國薄膜沉積設備98%依賴進口，我國薄膜沉積設備市場長期被外資壟斷，國產替代空間巨大。

國內北方華創和拓荊科技處于領先地位。北方華創的CVD、PVD設備已具備28nm工藝水平，更先進制程設備處于研發與驗證階段。北方華創突破了濺射源設計技術、等離子產生與控制技術、顆粒控制技術、腔室設計與仿真模擬技術等多項關鍵技術，其PVD設備成功進入國際供應鏈體系；拓荊科技的CVD和ALD設備已應用于國內晶圓廠14nm制程產線，并已展開10nm及以下制程產品驗證測試，其中ALD設備以應用在集成電路、OLED和先進封裝領域。

圖2 2019年全球CVD設備市場競爭格局

（資料來源：Gartner，金智創新行業研究中心）

圖3 2019年全球PVD設備市場競爭格局

（資料來源：Gartner，金智創新行業研究中心）

圖4 2019年全球ALD設備市場競爭格局

（資料來源：Gartner，金智創新行業研究中心）

圖5 薄膜沉積設備國產化率

（資料來源：中國國際招標網，金智創新行業研究中心）

結論

從經濟發展規律看，雖然全球范圍內半導體設備投資存在著較強的周期性，但近些年中國大陸半導體產業在市場需求和政策推動下，迎來了前所未來的發展機遇，各類資本投資熱情高漲，產業鏈上下游協同效應顯著增強。隨著以北方華創和拓荊科技的國內企業技術不斷進步以及晶圓廠產能持續擴張，中國薄膜沉積設備行業將有希望保持高速增長。

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