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半导体薄膜沉积设备行业深度报告：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。薄膜沉积和光刻、刻蚀并列作为芯片前道制造三大核心工艺，不同工艺应用 场景所需薄膜种类繁多。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。

薄膜呈现种类多样性和工艺复杂性，不同工艺环节需要物理/化学等不同沉 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超 200 亿美元，制程升级/多层趋势+新兴工艺驱 动市 场增长。 2021 年全球薄膜沉积设备市场空间超 200 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/多层趋势带动设备需求量：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 场景：在栅极从多晶硅栅（Poly-SiON）向 HKMG 结构转变、存储结构深宽 比越来越高、金属互连阻挡层薄膜越来越薄等过程中，以及多重曝光等新工 艺中，传统的 LPCVD/PECVD 等沉积方法沉积效果有限，需要 ALD 工艺来 沉积性能更好的薄膜并满足高深宽比等需求，在 28nm 以下 FinFET/GAA 结 构中，仅有 ALD 工艺能够满足复杂栅极结构中薄膜沉积要求。根据 Acumen research and condulting 预测，2020-2026 年全球 ALD 设备市 场将从约 20 亿美元提升至 32 亿美元。但由于 ALD 沉积过程不连续，在沉 积速率等方面不如其他 CVD 工艺，因此目前仅用于一些新的增量环节，在成熟工艺环节暂时无法替代如 LPCVD、PECVD 等工艺。