薄膜沉积设备通常用于在基底上沉积导体、绝缘体或者半导体等材料膜层,广泛应用于半导体等领域的生产制造环节。在高端半导体设备中,薄膜沉积设备、光刻设备、刻蚀设备共同构成芯片制造三大核心设备,决定了芯片制造工艺的先进程度。薄膜沉积设备按照工艺原理的不同可分为物理气相沉积(PVD)设备、化学气相沉积(CVD) 设备和原子层沉积(ALD)设备。物理气相沉积(PVD):PVD 技术是指在真空条件下采用物理方法将材料源 (固体或液体)表面气化成气态原子或分子,或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技 术。PVD镀膜技术主要分为三类:真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子 镀膜。PVD主要用于沉积金属材料,其中溅射法还可以沉积部分介质材料,通常用于沉积阻挡层金属、金属填充层、金属互联等。 化学气相沉积(CVD):CVD 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基体表面沉积薄膜的工艺。细分技术路线来看,LPCVD主要用于沉积阻挡层和刻蚀终止层、用于应力释放的薄膜间衬垫层、高温沉积层(包括氧化物、 氮化硅、多晶硅、钨)等;PECVD主要用于沉积金属上的绝缘体、氮化物钝化层、低k介质、pMOS栅电极钝化、源/漏注入终止、金属前介质、用于缝隙填充和大马士革互联的金属层间介质等。化学表面饱和反应(ALD):ALD是一种特殊的真空薄膜沉积方法,具有较高的技术壁垒。ALD技术通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应室并在沉积基底上发生表面饱和化学反应形成薄膜。通过ALD 镀膜设备可以将物质以单原子层的形式一层一层沉积在基底表面,每镀膜一次/层为一个原子层,根据原子特性,镀膜10次/层约为1nm。ALD主要用于沉积间隙填充介电材料、侧壁和掩膜图案化、适形衬垫、刻蚀截止层、钨插塞、接触孔和通孔填充、 3D字线、低应力复合互联、用于通孔和接触孔金属化的阻挡膜等。
各类薄膜沉积设备市场份额中,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设备占比约为11%,SACVD和HDPCVD属于其他薄膜沉积设备类目下的产品,占比约为6%。先进产线对薄膜设备需求量陡增。在90nm CMOS芯片工艺中,大约需要40道薄膜沉积工序。在FinFET工艺产线,大约需要超过100道薄膜沉积工序,涉及的薄膜材料由6种增加到近20种,对于薄膜颗粒的要求也由微米级提高到纳米级,进而拉 动晶圆厂对薄膜沉积设备需求量的增加。在FLASH领域,随着主流制造工艺已由2D NAND发展为3D NAND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。而随着3D NAND FLASH芯片的堆叠层数不断增高,逐步向更多层及更先进工艺发展,对于薄膜沉积设备的需求提升的趋势亦将延续。