肇万研究札记：薄膜沉积设备

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薄膜生长，是用物理或化学方法，使物质附着于衬底材料表面的过程，常见生长物质包括金属、氧化物、氮化物等不同薄膜。根据工作原理不同，薄膜沉积生长设备分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和外延等类别。其中PVD 和 CVD 是主要的薄膜沉积设备。

PVD（物理气相沉积），是利用蒸发或溅射，实现原子从源物质到沉底材料表面的物质转移，沉积形成薄膜。PVD具有成膜速率高、镀膜厚度及均匀性可控、薄膜致密性好、粘结力强及纯净度高等优点。PVD可以分为真空蒸镀和溅射，发展初期以真空蒸镀镀膜为主，特点是工艺简单、操作容易、纯度较高，缺点是难以蒸发某些金属和氧化物。由于溅射设备制备的薄膜更加均匀、致密，对衬底附着性强，纯度更高，溅射设备取代了蒸镀设备。

CVD（化学气相沉积），用于沉积介质绝缘层、半导体材料、金属薄膜，典型的CVD流程包括气体输入、气体对流、气象扩散、表面吸附、表面反应、表面脱附及薄膜成核生长。主流设备包括PECVD、Tube CVD、LPCVD和 ALD等。

在半导体行业下游需求增长以及技术变革的推动下，全球薄膜沉积设备市场快速增长，2020年全球薄膜设备市场达到172亿美元，占IC制造设备21.9%。薄膜沉积工艺根据不同的应用演化出了PECVD、溅射PVD、ALD、LPCVD等不同的设备。其中，PECVD是薄膜设备中占比最高的设备类型，占整体薄膜沉积设备市场的33%；ALD设备目前占据薄膜沉积设备市场的11%；SACVD是新兴设备类型，占比较小。在整个薄膜沉积设备市场，属于PVD的溅射PVD和电镀ECD合计占有整体市场的23%。

CVD市场主要由海外龙头主导，国内设备厂商奋起直追。根据 Gartner 数据，全球CVD市场前五大供应商分别为AMAT（28%）、Lam Research（25%）、TEL（17%）、Kokusai（8%）和ASM（11%），合计市占率近90%。其中AMAT的薄膜沉积设备技术水平全球领先，凭借产品组合的协同优势占据第一，但整体而言，各家大厂的CVD设备技术在伯仲之间。国产刻蚀设备商：国内CVD设备供应商有沈阳拓荆、北方华创、中微公司。其中，沈阳拓荆是国内唯一具备供应于12寸晶圆厂的先进制程集成电路领域的CVD设备供应商，技术节点已达到14nm。北方华创CVD设备主要用于8寸晶圆厂各个领域。中微公司的MOCVD设备主要用于LED芯片的制备。

PVD市场中，已形成AMAT寡头垄断的格局，长期占据约80%的市场份额。全球PVD市场主要供应商包括AMAT、ULVAC、Evatec、KLA、TEL、北方华创等，其中AMAT的薄膜沉积设备技术水平全球领先，具备CVD/PVD/ALD全方位薄膜沉积设备的解决方案，凭借产品组合的协同优势占据第一，Ulcac和Evatec分居第二。国内PVD企业有望加速成长，北方华创是国内唯一具备供应于12寸晶圆厂的先进制程集成电路领域的PVD设备供应商。

随着5G/IoT/AI等新应用带来的全球半导体需求增加与产线产能的扩充，以及制程进步、多重曝光与3D NAND存储技术演进带来的增长机遇，薄膜沉积市场需求稳步增长。根据Maximize Market Research 预计，全球半导体薄膜沉积设备市场规模2020年为172亿美元，到2025年将扩大至340亿美元，保持年复合13.3%的增长速度。国内半导体薄膜沉积设备进口替代需求迫切，市场空间巨大。

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