- 薄膜沉積設(shè)備CVD和PVD多線并舉，國內(nèi)設(shè)備廠應(yīng)在量大面廣的PECVD,、ALD以及PVD領(lǐng)域加強(qiáng)研發(fā)與量產(chǎn),；

- 在下游晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)增效,、邏輯芯片代工廠先進(jìn)產(chǎn)線占比提升以及3D NAND技術(shù)普及等，均將進(jìn)一步推動(dòng)薄膜沉積設(shè)備的行業(yè)空間擴(kuò)容,，并對(duì)薄膜工藝和材料的精密化,、多樣化要求催生更多行業(yè)增長點(diǎn)，為國產(chǎn)替代提供新契機(jī),；

- 半導(dǎo)體設(shè)備的國產(chǎn)化是一大系統(tǒng)工程,，國內(nèi)薄膜沉積設(shè)備廠商要從加強(qiáng)研發(fā)開始，注重專利池,，同時(shí)也需要代工廠在供應(yīng)鏈環(huán)節(jié),，給予國內(nèi)設(shè)計(jì)廠商更多的驗(yàn)證與試錯(cuò)機(jī)會(huì)，并借力并購來不斷發(fā)展壯大,。

實(shí)現(xiàn)我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控,，半導(dǎo)體設(shè)備可謂至關(guān)重要，直接關(guān)系芯片設(shè)計(jì)能否落成實(shí)物,、產(chǎn)品可靠性和良率能否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),、國內(nèi)行業(yè)是否能夠參與全球競爭。而晶圓制造是半導(dǎo)體制造過程中最關(guān)鍵也是最復(fù)雜的環(huán)節(jié),，占比為80%左右,。據(jù)預(yù)測，今年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到953億美元,，其中817億美元來自制造設(shè)備,。

晶圓制造過程包括數(shù)百道工藝流程，涉及數(shù)十種半導(dǎo)體設(shè)備,，要通過熱處理,、薄膜沉積,、涂光刻膠、曝光,、烘焙,、顯影、刻蝕等一系列步驟的循環(huán)往復(fù),，其中光刻機(jī),、刻蝕機(jī)、薄膜沉積設(shè)備的技術(shù)難度最大,，價(jià)值量占比最高,，可謂是三大劍客，占據(jù)70%以上的市場,。

薄膜沉積設(shè)備可以說牽一發(fā)而動(dòng)全身,。當(dāng)前，我國半導(dǎo)體設(shè)備依舊高度依賴于海外企業(yè),，并且在核心技術(shù)和零部件上受到一定的限制,。而中國作為半導(dǎo)體設(shè)備的重要市場，隨著各地半導(dǎo)體項(xiàng)目的林立,，晶圓代工廠的產(chǎn)能擴(kuò)建熱潮以及自主可控進(jìn)程的推進(jìn),，薄膜沉積設(shè)備廠商也迎來了快速成長和突破的新黃金期。

CVD和PVD多線并舉

作為制造過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),，薄膜沉積指在半導(dǎo)體的主要襯底材料“硅”上鍍一層膜,，這層膜可以采用各種各樣的材料，如絕緣化合物二氧化硅,、多晶硅,、金屬銅等等，用來鍍膜的這一設(shè)備就叫薄膜沉積設(shè)備,。

根據(jù)工作原理不同，薄膜沉積工藝可分為物理氣相沉積(PVD),、化學(xué)氣相沉積(CVD)兩大類,。隨著制程精進(jìn)，要沉積的層更多,，薄膜沉積設(shè)備市場空間在不斷擴(kuò)大,。

這兩大類設(shè)備各有用武之地，互為補(bǔ)充,。

PVD是在真空條件下,，采用物理方法，通過加熱或?yàn)R射過程將固態(tài)材料氣態(tài)化,，然后使蒸汽在襯底表面凝結(jié)形成固態(tài)薄膜,，多應(yīng)用于金屬的沉積,。PVD工藝在經(jīng)歷了不斷的演變之后，由于濺射設(shè)備制備的薄膜更加均勻,、致密,，對(duì)襯底附著性強(qiáng)，純度更高,，因而濺射路線成為主流,。

CVD是指通過氣體混合的化學(xué)反應(yīng)在硅片表面沉積薄膜的工藝，可應(yīng)用于絕緣薄膜,、多晶硅以及金屬薄膜的沉積,。根據(jù)反應(yīng)條件的不同又分為常壓CVD（APCVD）、低壓CVD（LPCVD）,、等離子體增強(qiáng)CVD（PECVD）,、高密度等離子體CVD（HDPCVD）以及原子層沉積（ALD）。APCVD主要應(yīng)用在二氧化硅和氮化硅的沉積,，LPCVD主要應(yīng)用于多晶硅,、二氧化硅及氮化硅的沉積。PECVD通過等離子產(chǎn)生的自由基來增加化學(xué)反應(yīng)速度,，可以利用相對(duì)較低的溫度達(dá)到較高的沉積速率,，廣泛應(yīng)用于氧化硅、氮化硅,、低k,、ESL和其他電介質(zhì)薄膜沉積。

從市場需求來看,，由于薄膜沉積工藝中CVD技術(shù)路線較多,，具有較好的孔隙填充和膜厚控制能力，CVD在金屬沉積方面的應(yīng)用正在增加,。據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì),，CVD始終是應(yīng)用最廣的沉積設(shè)備，市場空間近90億美元,，占沉積設(shè)備整體市場份額的64%,。其中，等離子體CVD與原子層沉積ALD成為最主流的CVD技術(shù),，分別占到34%和13%的市場份額,。PVD的應(yīng)用僅次于CVD，2020年濺射PVD設(shè)備的市場空間達(dá)到近30億美元,，占比21%,，應(yīng)用僅次于等離子體CVD。

要注意的是,，一方面,，PECVD 正成為化學(xué)氣相沉積的主流技術(shù),。引入等離子體可有效降低沉積工藝的熱預(yù)算，同時(shí)提升了沉積速率和對(duì)高深寬比孔隙的填充能力,，使用等離子體的化學(xué)沉積工藝包括PECVD,、HDPCVD 等。另一方面,，ALD在膜層的均勻性,、階梯覆蓋率以及厚度控制等方面都具有明顯的優(yōu)勢，在銅種子層,、高K柵介質(zhì)淀積等工序中發(fā)揮著重要的作用,，是新一代納米級(jí)CVD工藝。

據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì),，2020年全球薄膜沉積設(shè)備市場空間約140億美元,，占晶圓廠設(shè)備投資額的25%。到2024年P(guān)ECVD和ALD將分別占據(jù)CVD設(shè)備市場的51%和19%,。

2024年CVD市場占比 來源：Gartner

迎來全新黃金期

在多重因素的助推下,，薄膜沉積設(shè)備將迎來全新的黃金期。

隨著5G,、AI,、云計(jì)算以及汽車電子端的旺盛需求，加上應(yīng)對(duì)全球缺芯以及加強(qiáng)制造業(yè)回流之舉,，全球晶圓廠進(jìn)入新一輪擴(kuò)產(chǎn)周期,，F(xiàn)AB廠商也在不斷上調(diào)資本開支預(yù)期。2021年半導(dǎo)體設(shè)備投資額有望實(shí)現(xiàn)30%以上增速,。根據(jù)SEMI報(bào)告,，預(yù)測全球半導(dǎo)體制造設(shè)備市場2021年全年將增長34%達(dá)到953億美元，2022年有望再創(chuàng)新高突破1000億美元大關(guān),。此外,，受益于大陸晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)增效，2020年大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷售額187.2億美元,，同比增長39%,，首次超過中國臺(tái)灣地區(qū)成為全球第一大半導(dǎo)體設(shè)備市場，占全球份額由2016年的16%升至26%,。

同時(shí),，隨著產(chǎn)線的逐漸升級(jí)和先進(jìn)制程產(chǎn)線占比提高,，晶圓制造的復(fù)雜度和工序量都大大提升,，對(duì)薄膜沉積設(shè)備數(shù)量和性能的需求將繼續(xù)隨之提升。據(jù)Gartner數(shù)據(jù),，預(yù)計(jì)到2024年用于7nm以下制程的半導(dǎo)體設(shè)備出貨量占比有望突破30%,。以SMIC的180nm的8英寸產(chǎn)線和90nm的12英寸產(chǎn)線為例,，在實(shí)現(xiàn)相同芯片等效產(chǎn)能的情況下，對(duì)薄膜沉積設(shè)備的需求量將相應(yīng)增加4-5倍,。

特別要指出的是,，對(duì)于制程在14nm及以下的邏輯器件，由于普遍使用的浸沒式光刻機(jī)受到波長限制,，加工將通過等離子體刻蝕和薄膜沉積的工藝組合,，即多重模板效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，這將使得相關(guān)薄膜設(shè)備的加工步驟增多,，薄膜設(shè)備廠商將充分受益,。而且，在閃存方面,，隨著主流制造工藝已由2D發(fā)展為3D結(jié)構(gòu),，其堆疊層數(shù)與薄膜工序直接掛鉤，隨著3D NAND的內(nèi)部層數(shù)不斷增高,，對(duì)于薄膜沉積設(shè)備的需求提升的趨勢亦將延續(xù),。

展望未來，在下游晶圓廠擴(kuò)產(chǎn)增效,、邏輯芯片代工廠先進(jìn)產(chǎn)線占比提升以及3D NAND技術(shù)普及等,，均將進(jìn)一步推動(dòng)薄膜沉積設(shè)備的行業(yè)空間擴(kuò)容。而且并對(duì)薄膜工藝和材料的精密化,、多樣化要求將催生更多行業(yè)增長點(diǎn),，為國產(chǎn)替代提供契機(jī)。

更要注意的是,，先進(jìn)制程下對(duì)薄膜工藝和材料的精密化,、多樣化要求將催生更多行業(yè)增長點(diǎn)，產(chǎn)生各種薄膜沉積工藝設(shè)備份額的變化,，并為國產(chǎn)替代提供契機(jī),。在薄膜性能方面，先進(jìn)制程的前段工藝對(duì)薄膜均勻性,、顆粒數(shù)量控制,、金屬污染控制的要求逐步提高，在設(shè)備種類方面,，薄膜厚度控制精準(zhǔn)的ALD等設(shè)備將被更多地引入產(chǎn)線,。

集微咨詢（JW insights）認(rèn)為，在這一大趨勢下,，全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模將因此高速增長,，中國薄膜沉積設(shè)備行業(yè)將保持高成長性，未來市場規(guī)模將向兩三百億美元邁進(jìn)。

從市場格局來看,，以應(yīng)用材料,、泛林半導(dǎo)體、東京電子為代表的海外半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商由于起步較早,，具備雄厚的研發(fā)實(shí)力和全面的產(chǎn)品譜系,，在薄膜沉積尤其是CVD和PVD設(shè)備市場占有較大的份額，壟斷格局較為明顯,。

據(jù)Gartner統(tǒng)計(jì),，2020年應(yīng)用材料、泛林半導(dǎo)體,、東京電子在全球沉積設(shè)備的市場份額分別達(dá)到43%,、19%和11%。應(yīng)用材料產(chǎn)品譜系最為全面,，PVD 設(shè)備獨(dú)占 85%細(xì)分市場份額,，在等離子體CVD中也有近49%的份額；泛林半導(dǎo)體在CVD及沉積后處理工藝布局全面,，ECD設(shè)備一家獨(dú)大,；東京電子以11%占有率位列第三，在管式CVD設(shè)備市場占有率達(dá)46%,，APCVD,、LPCVD 及 ALD 均處在行業(yè)前列。此外,，半導(dǎo)體設(shè)備巨頭ASMI則在適用于先進(jìn)制程的ALD具備較強(qiáng)的技術(shù)儲(chǔ)備,，在相應(yīng)細(xì)分市場占有率46%。

2020年全球薄膜沉積市場格局 來源：Gartner

相較于國內(nèi)設(shè)備市場擴(kuò)容速度,，國產(chǎn)化率仍處在較低水平,，未來薄膜沉積設(shè)備國產(chǎn)替代具備廣闊空間。

國產(chǎn)化突破之路

在薄膜沉積設(shè)備的賽道上,，國內(nèi)廠商也在多線布局,，但國產(chǎn)化率僅有2%，98%依賴進(jìn)口,，未來替代空間巨大,。

據(jù)集微咨詢（JW insights）不完全統(tǒng)計(jì)，在CVD領(lǐng)域,，主要廠商有北方華創(chuàng),、中微半導(dǎo)體、拓荊科技,、中電科48所,、中晟光電、沈陽科儀等，PVD領(lǐng)域相對(duì)較少,，主要有北方華創(chuàng)、中電科48所,、沈陽科儀,、創(chuàng)世威納等。

在這些廠商中,，北方華創(chuàng),、拓荊科技和中微公司處于領(lǐng)先地位。

北方華創(chuàng)在CVD,、PVD等相關(guān)設(shè)備領(lǐng)域已取得多項(xiàng)突破,，覆蓋了90-14nm多個(gè)制程。在PVD設(shè)備方面,，北方華創(chuàng)突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),，建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)優(yōu)勢，并成功進(jìn)入國際供應(yīng)鏈體系,。在CVD設(shè)備方面,，先后完成了PECVD、APCVD,、LPCVD,、ALD等設(shè)備的開發(fā)，憑借優(yōu)秀的工藝性能和產(chǎn)能優(yōu)勢,，在國內(nèi)外客戶獲得批量應(yīng)用,。此外，在ALD設(shè)備方面也實(shí)現(xiàn)了零的突破,。

拓荊科技則發(fā)力PECVD,、ALD和SACVD三大類設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)晶圓廠14nm及以上制程集成電路制造產(chǎn)線,，并已開展10nm及以下制程的驗(yàn)證測試,。ALD設(shè)備在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，同時(shí)也是國內(nèi)唯一一家產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的集成電路SACVD設(shè)備廠商,。

而中微半導(dǎo)體除在刻蝕設(shè)備深耕之外,，在薄膜沉積設(shè)備領(lǐng)域也在強(qiáng)力攻關(guān)，持有拓荊科技11.2%股份,。為與拓荊科技形成技術(shù)互補(bǔ),，中微半導(dǎo)體在薄膜沉積技術(shù)的布局將集中在單晶外延以及金屬LPCVD兩個(gè)方向，并大量募資投入HPCVD,、LPCVD,、EPI等設(shè)備的開發(fā)及工藝應(yīng)用開發(fā)。

目前來看，單靠一家公司很難覆蓋全部CVD設(shè)備,，北方華創(chuàng),、拓荊科技、中微公司等國內(nèi)廠商應(yīng)各有側(cè)重,，全面布局,，將有望實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)設(shè)備在CVD設(shè)備的全覆蓋，當(dāng)然這還需要時(shí)間,。

對(duì)于薄膜沉積設(shè)備的國產(chǎn)化之路,，集微咨詢（JW insights）認(rèn)為，一方面半導(dǎo)體設(shè)備的國產(chǎn)化是一大系統(tǒng)工程,，國內(nèi)薄膜沉積設(shè)備廠商要從加強(qiáng)研發(fā)開始,，因半導(dǎo)體制造設(shè)備行業(yè)是一個(gè)高技術(shù)壁壘、高資金壁壘和高市場壁壘等為特征的行業(yè),，研發(fā)周期長,，前期需要持續(xù)的研發(fā)投入。而技術(shù)創(chuàng)新能力將是半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)平臺(tái)化,、國際化的源動(dòng)力,，技術(shù)差異化創(chuàng)新也將是本土半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)縮小與國際品牌之間的差距，實(shí)現(xiàn)客戶全球化的必經(jīng)之路,。

另一方面,，半導(dǎo)體制造設(shè)備的驗(yàn)證壁壘高，從設(shè)備樣機(jī)下線到最終交付客戶需要至少2年的時(shí)間,，產(chǎn)業(yè)化周期長,。因而這也需要代工廠在供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)，給予國內(nèi)設(shè)計(jì)廠商更多的驗(yàn)證與試錯(cuò)機(jī)會(huì),，同時(shí)國內(nèi)設(shè)備廠對(duì)于關(guān)鍵試錯(cuò)結(jié)果要能迅速改正及提高,，只有反復(fù)多次，才能逐步滿足量產(chǎn)要求,。否則,，成本很難降下來，質(zhì)量也難以提升,。

隨著中芯國際,、長江存儲(chǔ)、粵芯等擴(kuò)產(chǎn)將在2022年進(jìn)一步加大幅度,，士蘭微,、華虹華力、聞泰等持續(xù)擴(kuò)產(chǎn),，2022年是本土晶圓廠將進(jìn)行產(chǎn)能最大幅度擴(kuò)張和制程技術(shù)持續(xù)提升的一年,，是本土晶圓廠重塑行業(yè)格局,、奠定行業(yè)地位的一年，因此本土半導(dǎo)體設(shè)備需求也將迎來邊際變化較大的一年,，國內(nèi)在相對(duì)成熟設(shè)備PVD,、PECVD等要著力尋求市占率的進(jìn)一步大幅提升，在新設(shè)備領(lǐng)域?qū)で蟾嗟尿?yàn)證機(jī)會(huì),。

同時(shí),，要注重的是當(dāng)國內(nèi)設(shè)備廠商占據(jù)足夠的市場份額之際，一定會(huì)面臨專利糾紛,。專利是國際半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)相互遵循的競爭準(zhǔn)則，國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備廠商一定要培養(yǎng)專利意識(shí),，把控好專利特征度,、創(chuàng)新性、有效性,、合規(guī)穩(wěn)定性,，形成技術(shù)威懾力才能有助于更長遠(yuǎn)地發(fā)展。

此外,，國外半導(dǎo)體設(shè)備巨頭在行業(yè)深耕多年,，已構(gòu)筑了堅(jiān)固的護(hù)城河，國內(nèi)半導(dǎo)體制造設(shè)備企業(yè)目前還處于從0到1的突破階段,，部分環(huán)節(jié)處于從1到N的升級(jí)階段,，與國外巨頭存在很大差距。因而,，在適當(dāng)時(shí)機(jī)通過并購等外延式成長途徑擴(kuò)大產(chǎn)品和市場覆蓋對(duì)于處于攻堅(jiān)階段的國內(nèi)薄膜設(shè)備廠商來說是十分必要的,。