半导体行业深度专题：薄膜沉积设备篇工艺升级提升薄膜设备需求国内厂商差异化布局加速国产化进程-220528（60页）.pdf

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1、 敬请阅读末页的重要说明 证券研究报告 | 行业深度报告 2022 年 05 月 28 日 推荐推荐（维持维持） 半导体行业深度专题之十二半导体行业深度专题之十二薄膜沉积设备篇薄膜沉积设备篇 TMT 及中小盘/电子 本篇报告通过对逻辑、存储芯片的微观结构拆分展示了薄膜结构的种类多样本篇报告通过对逻辑、存储芯片的微观结构拆分展示了薄膜结构的种类多样性、工艺复杂性以及多款设备相互补充等特性，并从制程推进、多层趋势、工性、工艺复杂性以及多款设备相互补充等特性，并从制程推进、多层趋势、工艺迭代等维度论述了薄膜沉积设备行业的成长性。薄膜沉积设备与光刻、刻蚀艺迭代等维度论述了薄膜沉积设备行业的成长性。薄膜

2、沉积设备与光刻、刻蚀并列作为并列作为 IC 前道制造三大主设备之一，全球市场空间超过前道制造三大主设备之一，全球市场空间超过 200 亿美元，当前亿美元，当前国产化率不足国产化率不足 5%，国内相关设备公司加速差异化布局，具备较强成长属性，国内相关设备公司加速差异化布局，具备较强成长属性。 薄膜沉积薄膜沉积和和光刻、刻蚀并列光刻、刻蚀并列作为芯片前道制造三大核心工艺作为芯片前道制造三大核心工艺，不同工艺应用，不同工艺应用场景所场景所需需薄膜种类繁多薄膜种类繁多。薄膜沉积设备和光刻、刻蚀设备并列为前道制造三大主设备之一，从 Gartner 公布的 2021 年全球半导体设备市场占比来看，刻蚀/薄

3、膜沉积/光刻分别占比 30%/25%/23%。薄膜沉积作用是在芯片纳米级结构中逐层堆叠薄膜形成电路结构，包括半导体、介质、金属/金属化合物三大类。在前道制造过程中，自下而上分别通过浅槽隔离、栅极等前段工艺，钨栓塞、金属前介质层等中段工艺，金属层间介质、金属层等后段工艺形成不同模块，最后构筑成芯片的 3D 结构。由于十余种模块工艺需要数层至数十层不同薄膜堆叠，而每层薄膜的特性、沉积材料、薄膜种类等均有很大差异，薄膜沉积设备需要满足不同薄膜的工艺要求，因此具备较高行业壁垒。 薄膜薄膜呈现呈现种类多样种类多样性性和和工艺复杂性工艺复杂性，不同工艺环节需要不同工艺环节需要物理物理/化学等化学等不同沉不

4、同沉积设备相互补充积设备相互补充。不同薄膜沉积时反应的原理不同，因此薄膜沉积设备的技术原理也不同，沉积过程需要物理（PVD）、化学（CVD）、原子层沉积（ALD）等设备相互补充，每类设备也包括多种细分子类，以满足不同应用场景需求。1）PVD：通过真空蒸镀和溅射等物理方法沉积金属或金属化合物薄膜，应用最广泛的 PVD 是磁控溅射和离子化 PVD，主要用于后段金属互连层、阻挡层、硬掩膜、焊盘等工艺；2）CVD：通过不同气体间化学反应沉积半导体和介质薄膜，部分工艺也可以沉积金属/金属化合物薄膜，主要用于前段的栅氧化层、侧墙、PMD 及后段的 IMD、阻挡层、钝化层等工艺。CVD 按反应压强和前驱体等

5、不同主要分为 APCVD、LPCVD、PECVD等，每一代设备随薄膜性能越来越高的要求而迭代，目前 PECVD 应用最广泛；3）ALD：用于低 k/高 k 介质沉积、高深宽比沟槽填充、双重曝光工艺等，主要满足新兴薄膜/工艺需求。另外，在一些特定的沟槽填充场景，需要HDP-CVD、SACVD、FCVD 等设备作为补充；在某些金属/金属氧化物薄膜沉积过程中，也需要电镀、M-CVD 等方法作为补充。 全球薄膜沉积设备市场空间全球薄膜沉积设备市场空间超超 200 亿美元，制程升级亿美元，制程升级/多层趋势多层趋势+新兴工艺新兴工艺驱驱动市场增长动市场增长。2021 年全球薄膜沉积设备市场空间超 200

6、 亿美元，PECVD/PVD/ALD 占比分别为 33%/19%/11%，大陆市场超 45 亿美元，占比约 25%。薄膜沉积设备市场增长主要由制程升级/多层趋势及新工艺驱动：1）制程升级制程升级/多层趋势多层趋势带动设备需求量带动设备需求量：在逻辑芯片中，制程进步带来工序步骤和薄膜层数增多，工序步骤从 90nm 的 40 步提升至 3nm 的 100步，金属层数从 90nm 的 7 层提升至 5nm 的 14 层，制程从 180nm 进步到90nm 过程中，同样产能需要的薄膜设备数量翻倍；在存储芯片中，高深宽比结构以及存储层数堆叠带来薄膜沉积设备需求增大；2）新工艺拓宽应用新工艺拓宽应用场景：