2021年薄膜沉积设备行业市场需求规模前景预测及细分产品市场份额占比分析

①薄膜沉积设备分类：薄膜沉积是指在硅片衬底上沉积一层待处理的薄膜材料。所沉积薄膜材料可以是二氧化硅、氮化硅、多晶硅等非金属以及铜等金属。沉积的膜可以为无定形、多晶的或者单晶。在晶圆制造过程中，这三种薄膜都会被用到。薄膜沉积设备主要负责各个步骤当中的介质层与金属层的沉积，包括CVD（化学气相沉积）设备、PVD（物理气相沉积）设备/电镀设备和ALD（原子层沉积）设备，其中ALD又是属于CVD的一种，是先进制程部分工序节点所需的薄膜沉积设备。

PVD、CVD及ALD成膜效果分析

②化学气相沉积（CVD）设备：化学气相沉积是通过化学反应的方式，利用加热、等离子或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术，是一种通过气体混合的化学反应在硅片表面沉积薄膜的工艺，可应用于绝缘薄膜、硬掩模层以及金属膜层的沉积。

CVD设备由气相反应室（进气方向与样品表面成水平或垂直），能量系统（加热或射频），反应气体控制系统，真空系统及废气处理装置等组成。硅片的表面及邻近区域被加热来向反应系统提供附加的能量。常用CVD设备包括PECVD、SACVD、APCVD、LPCVD等，适用于不同工艺节点对膜质量、厚度以及孔隙沟槽填充能力等的不同要求。

常压化学气相沉积（APCVD）是最早的CVD设备，结构简单、沉积速率高，至今仍广泛应用于工业生产中。低压化学气相沉积（LPCVD）是在APCVD的基础上发展起来的，由于其工作压力大大降低，薄膜的均匀性和沟槽覆盖填充能力有所改善，相比APCVD的应用更为广泛。等离子体增强化学气相沉积设备（PECVD）在从亚微米发展到90nm的IC制造技术过程中，扮演了重要的角色，由于等离子体的作用，化学反应温度明显降低，薄膜纯度得到提高，致密度得以加强，不伤害芯片已完成的电路。次常压化学气相沉积（SACVD）主要应用于沟槽填充工艺。集成电路结构中，沟槽孔洞的深宽比越来越大，SACVD反应腔环境具有特有的高温（400-550℃）、高压（30-600Torr）环境，具有快速填空（Gap fill）能力。

③原子层沉积设备（ALD）：原子层沉积可以将物质以单原子膜形式一层一层地镀在基底表面的方法。从原理上说，ALD是通过化学反应得到生成物，但在沉积反应原理、沉积反应条件的要求和沉积层的质量上都与传统的CVD不同，在传统CVD工艺过程中，化学气体不断通入真空室内，因此该沉积过程是连续的，沉积薄膜的厚度与温度、压力、气体流量以及流动的均匀性、时间等多种因素有关；在ALD工艺过程中，则是将不同的反应前驱物以气体脉冲的形式交替送入反应室中，因此并非一个连续的工艺过程。相对于传统的沉积工艺而言，ALD工艺具有自限制生长的特点，可精确控制薄膜的厚度，制备的薄膜具有均匀的厚度和优异的一致性，台阶覆盖率高，特别适合深槽结构中的薄膜生长。

ALD设备沉积的薄膜具有非常精确的膜厚控制和非常优越的台阶覆盖率，对于多维结构体表面精确成膜需求具有不可替代的应用。基于此，在28nm以下关键尺寸缩小的双曝光工艺方面取得了越来越广泛的应用。目前，28nm以下先进制程的Fin FET制造工艺中，难点在于形成Fin的形状，Fin的尺寸是最小栅长的0.67左右。22nm工艺制程技术所要求的Fin的宽度仅为14.67nm，远小于浸入式光刻机所能制造的最小尺寸。Fin的有源区并不是通过光刻直接形成的，而是通过自对准双重成像技术（SADP，Self-Aligned Double Patterning）工艺形成。

SADP工艺流程图

如上图所示，SADP工艺系先在衬底表面沉积一层牺牲材料（sacrifice layer），一般由PECVD沉积，然后进行光刻和刻蚀，把掩模上的图形转移到牺牲材料层上。牺牲材料上的图形又被称为心轴（Mandrel），使用ALD在Mandrel的表面和侧面沉积一层厚度均匀的薄膜，称为Spacer材料。再通过刻蚀工艺把沉积在Mandrel上面和相邻Mandrel之间的Spacer材料刻蚀去除，由于Mandrel侧壁的几何效应，沉积在图形两侧的材料会残留下来，形成Spacer。接着使用选择性强的腐蚀液把Mandrel腐蚀掉，只留下Spacer在衬底表面。Spacer图形的周期是光刻图形的一半，实现了空间图形密度的倍增。最后，再使用等离子刻蚀把Spacer图形刻蚀到衬底里的硬掩模上。ALD所沉积的Spacer材料的宽度即决定了Fin的宽度，是制约逻辑芯片制程先进程度的核心因素之一。

除此之外，ALD设备在高k材料、金属栅、STI、BSI等工艺中均存在大量应用，广泛应用于CMOS器件、存储芯片、TSV封装等半导体制造领域。

中金企信国际咨询公布的《2021-2027年薄膜沉积设备市场调查分析与投资战略分析预测报告》

（2）市场发展现状：

①薄膜沉积设备市场规模：在半导体行业下游需求增长以及技术变革的推动下，全球薄膜沉积设备行业持续稳定发展。根据中金企信国际咨询统计数据，2017-2019年全球半导体薄膜沉积设备市场规模分别为125亿美元、145亿美元和155亿美元，2020年扩大至约172亿美元，年复合增长率为11.2%。

2017-2020年全球半导体薄膜沉积设备市场规模现状分析

数据统计：中金企信国际咨询

新建晶圆厂设备投资中，晶圆制造相关设备投资额占比约为总体设备投资的80%，薄膜沉积设备作为晶圆制造的三大主设备之一，其投资规模占晶圆制造设备总投资的25%。

半导体设备投资占比情况

 数据统计：中金企信国际咨询

薄膜沉积工艺的不断发展，形成了较为固定的工艺流程，同时也根据不同的应用演化出了PECVD、溅射PVD、ALD、LPCVD等不同的设备用于晶圆制造的不同工艺。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是新兴的设备类型，属于其他薄膜沉积设备类目下的产品，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%。

各类薄膜沉积设备占比分析

数据统计：中金企信国际咨询

近年来全球ALD设备市场规模快速增长。由于半导体先进制程产线数量增加，2026年全球ALD设备市场规模约为32亿美元。

②市场竞争态势从全球市场份额来看，薄膜沉积设备行业呈现出高度垄断的竞争局面，行业基本由应用材料（AMAT）、ASM、泛林半导体（Lam）、东京电子（TEL）等国际巨头垄断。2019年，ALD设备龙头东京电子（TEL）和先晶半导体（ASMI分别占据了31%和29%的市场份额，剩下40%的份额由其他厂商占据；而应用材料（AMAT）则基本垄断了PVD市场，占85%的比重，处于绝对龙头地位；在CVD市场中，应用材料（AMAT）全球占比约为30%，连同泛林半导体（Lam）的21%和TEL的19%，三大厂商占据了全球70%的市场份额。

 数据统计：中金企信国际咨询

（3）行业发展趋势：

①薄膜沉积设备市场需求稳步增长：随着半导体行业整体景气度的提升，全球半导体设备市场呈现快速增长态势，拉动市场对薄膜沉积设备需求的增加。未来，技术发展将加速下游半导体产品需求增长，全球集成电路制造业产能将进一步扩张，全球半导体薄膜沉积设备市场规模将因此高速增长。预计全球半导体薄膜沉设备市场规模在2025年将从2020年的172亿美元扩大至340亿美元，保持年复合13.3%的增长速度。

薄膜沉积设备行业一方面长期受益于全球半导体需求增加与产线产能的扩充，另一方面受益于技术演进带来的增长机遇，包括制程进步、多重曝光与3DNAND存储技术。

2020年全球新建晶圆厂21座，包括中国大陆的9座、台湾的5座；2021年全球预计开工18个晶圆厂，其中包括中国大陆10座、台湾3座。

根据中国国际招投标网公布的信息，长江存储、上海华力、华虹无锡、上海积塔、中芯绍兴、合肥晶合等中国本土晶圆厂正在加大设备采购力度。中国本土晶圆厂建厂的热潮将一同引领中国半导体薄膜沉积设备的需求增长。

②芯片工艺进步及结构复杂化提高薄膜设备需求：在晶圆制造过程中，薄膜起到产生导电层或绝缘层、阻挡污染物和杂质渗透、提高吸光率、临时阻挡刻蚀等重要作用。随着集成电路的持续发展，晶圆制造工艺不断走向精密化，芯片结构的复杂度也不断提高，需要在更微小的线宽上制造，制造商要求制备的薄膜品种随之增加，最终用户对薄膜性能的要求也日益提高。

这一趋势对薄膜沉积设备产生了更高的技术要求，市场对于高性能薄膜设备的依赖逐渐增加。

由于芯片的线宽越来越窄，结构越来越复杂，对于现有薄膜的性能参数精细化要求提高，也衍生出新的设备及薄膜材料的需求。在薄膜性能方面，先进制程的前段工艺对薄膜均匀性、颗粒数量控制、金属污染控制的要求逐步提高。在设备种类方面，台阶覆盖能力强、薄膜厚度控制精准的ALD设备，高深宽比沟槽孔洞填充能力强，沉积速度快的SACVD等新设备被引入产线。在新薄膜材料方面，更强绝缘性能（低k）的材料，与低k材料配套使用的新型阻挡层材料以及光刻工序中新的光掩膜工艺硬掩模层材料得到应用。

③先进产线对薄膜设备需求量陡增：随着产线的逐渐升级，晶圆厂对薄膜沉积设备数量和性能的需求将继续随之提升，在实现相同芯片制造产能的情况下，对薄膜沉积设备的需求量也将相应增加。

2020-2021年不同制程逻辑芯片产线薄膜沉积设备需求量

 数据统计：中金企信国际咨询

对比两种产线的设备需求数量，总体上看，越先进制程产线所需的薄膜沉积设备数量越多。先进制程使得晶圆制造的复杂度和工序量都大大提升，为保证产能，产线上需要更多的设备。

近年来，全球新增逻辑芯片产能制程越来越先进，通常用于90nm及以下制程的集成电路制造。随着90nm以下制程的产线数量增多，薄膜沉积设备的需求量将逐渐上升。尤其考虑到28nm及以下工艺的产线，随着多重曝光技术的引入，导致工序数和设备数大幅提高，半导体薄膜沉积设备未来市场需求将陡增。此外，先进制程主要用于高性能数字电路或者对低功耗要求较高的集成电路。未来，5G通信技术、数据中心、智慧城市、汽车电子、人工智能等一系列新技术及市场需求做驱动，将使先进制程产线占比提高，进一步加速薄膜沉积设备市场规模攀升。

在FLASH存储芯片领域，随着主流制造工艺已由2DNAND发展为3DNAND结构，结构的复杂化导致对于薄膜沉积设备的需求量逐步增加。根据东京电子披露，薄膜沉积设备占FLASH芯片产线资本开支比例从2D时代的18%增长至3D时代的26%。随着3DNANDFLASH芯片的内部层数不断增高，对于薄膜沉积设备的需求提升的趋势亦将延续。

尽管全球半导体设备市场有较强的周期性，但中国大陆半导体产业正面临前所未有的发展机遇，国家战略聚焦，巨大市场支撑，产业链良性互动，产业资本日渐发力，大陆及国际资本投资的晶圆厂数量不断增加，制程更加先进，中国薄膜沉积设备行业将保持高成长性，未来中国市场的重要性将进一步提高。