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薄膜沉积技术深入发展，国产厂商百花齐放
薄膜沉积技术，是通过物理或化学方法，将处于某种状态的一种或多种物质附着于衬底材料表面，从而在衬底材料表面形成一层薄薄的膜。根据薄膜材料的不同可分为金属薄膜、绝缘体薄膜和半导体薄膜，较为常见的沉积膜有二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）、多晶硅以及金属如铜和钨。
以半导体工业为例，晶圆制造包括氧化扩散、光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入、清洗与抛光、金属化七大流程，而半导体设备是半导体生产流程的基础，半导体设备先进程度直接决定了半导体生产的质量和效率。其中薄膜沉积设备制造技术难度大，门槛极高，是半导体制造工艺中的三大核心设备之一（另外两者为光刻设备和刻蚀设备）。其中许多薄膜的特性与晶粒尺寸密切相关，膜硬度、电导率和膜应力演化等均与晶粒尺寸相关，工艺难度非常大，因此薄膜沉积是最核心的工艺之一。
根据工作原理的不同，薄膜沉积可分为物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和原子层沉积（ALD）。
图1：薄膜沉积技术分类
薄膜沉积设备作为晶圆制造的核心设备之一，在晶圆制造环节设备投资占比仅次于光刻机，约占25%。根据 SEMI 和 Maximize Market Research 的统计，2020年全球半导体设备市场规模达到712亿美元，其中薄膜沉积设备市场规模约172亿美元。
图2：全球半导体设备及薄膜沉积市场规模（亿美元）
目前，全球薄膜沉积设备中CVD类设备占比最高，2020年占比64%，溅射PVD设备占比21%。
图3：全球薄膜沉积设备市场结构
1、PVD市场高度垄断，北方华创引领国产化
物理气相沉积 （PVD）是在真空条件下把物质材料通过物理方法气化成原子或分子，在衬底表面沉积具有特殊功能的薄膜技术。PVD 经历了灯丝蒸发，电子束蒸发，溅射的演变。在早期，蒸发PVD 为沉积半导体金属层主要技术。然而，由于蒸发 PVD 具有较多的缺陷，例如在反应中不能产生均匀的台阶覆盖，这并不适用于超大规模集成电路制造。因此，为取得更优秀的台阶覆盖和间隙填充能力，溅射技术逐渐取代了蒸发技术。
图4：PVD溅射技术反应原理
根据Gartner数据，2019年全球PVD设备市场规模26.8亿美元，预计到2024年市场规模38.1亿美元，2019-2024年复合增速7.29%。全球PVD设备市场高度垄断，主要供应商是应用材料（AMAT），其市场份额占比长期达80%以上，处于绝对龙头地位，其他知名度较高的供应商还有瑞士Evatec、日本爱发科、科磊半导体(KLA)和东京电子（TEL）等，中国PVD设备龙头企业北方华创占据全球市场份额达到3%。
北方华创由七星电子和北方微电子战略重组而成，持续走在国内集成电路装备及精密电子元器件产业的前沿。公司电子工艺装备主要包括半导体装备、真空装备和锂电装备，广泛应用于集成电路、半导体照明、功率器件、微机电系统、先进封装、新能源光伏等领域。
北方华创在 PVD 设备领域实力雄厚，拥有 eVictor AX30 Al pad、exiTin H630 TiN 等 13 款具有自主知识产权的 PVD 设备产品，支持 90nm -14nm 多个制程制造，主要应用于集成电路、先进封装、LED 等领域，2012 年至今已实现超过 200 台设备销售。exiTin 系列 TiN 金属硬掩膜机台成为 28nm 工艺后段金属布线硬掩膜标准制程机台，并进入国际供应链体系，实现稳定量产。同时，公司已在溅射源设计、等离子产生与控制、颗粒控制、腔室设计与仿真模拟等关键技术上具备核心技术优势。
图5：北方华创PVD设备分类
2、CVD市场百花齐放，国产厂商各领风骚
化学气相沉积（CVD）是通过气体混合的化学反应在硅片表面沉积一层固体膜的工艺。在 CVD过程中，化合物会进行充分混合以气相形式发生反应，从而使原子或分子沉积在硅片衬底表面形成薄膜，其典型应用包括浅沟槽隔离层、金属前电介质层、金属层间电介质层和钝化保护层。CVD 主要分为常压 CVD（APCVD）、低压 CVD（LPCV
图6：CVD传输和反应步骤
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。以 CVD 设备演进为例，相比传统的APCVD、LPCVD设备，PECVD设备在相对较低的反应温度下形成高致密度、高性能薄膜，不破坏已有薄膜和已形成的底层电路，实现更快的薄膜沉积速度，已成为芯片制造薄膜沉积工艺中运用最广泛的设备种类。
目前全球CVD设备市场由应用材料（AMAT）、泛林半导体（Lam Research）、东京电子（TEL）和先晶半导体（ASM）等国际巨头公司垄断，虽然近年来我国半导体设备国产化速度快速增长，但总体看我国半导体行业制造仍需大量进口设备支持，国产化依然处于较低水平，拓荆科技的PECVD、中微公司的MOCVD可以算是其中翘楚。
拓荆科技多年主要专注于薄膜沉积设备，其产品包括等离子体增强化学气相沉积（PECVD）设备、原子层沉积（ALD）设备和次常压化学气相沉积（SACVD）设备三大系列，已广泛适用于国内14nm及以上制程集成电路制造产线，并持续加强10nm及以下先进制程产品的验证与测试。
图7：拓荆科技PECVD设备分类
中微公司专注于集成电路和LED芯片关键制造设备的生产、研发、销售，主要产品包括刻蚀设备、MOCVD设备。在薄膜沉积设备领域，公司主要聚焦MOCVD设备（金属有机物化学气相沉积），可以应用于LED和GaN、SiC等功率器件外延片的生产制造，其中PrismoD-Blue和PrismoA7设备用于主流LED生产线，可支持生产大批量LED外延片，具备高产能，高良率，低成本投入等优势，打破了德国Aixtron和美国Veeco在中国MOCVD市场的垄断地位。
在MOCVD设备商，除了专注于LED外延设备的中微公司之外，在近年来最为火热的三代半导体SIC外延方面，国内已有企业突破爱思强、LPE等公司的垄断，实现SIC外延设备量产出货。根据纳设智能官网披露，公司于2021年3月实现第一台碳化硅外延设备出厂，并于2022年1月进入量产阶段。
