電子發燒友網報道(文/莫婷婷)中國,作為全球最大的半導體消費市場,近年來在半導體設備領域取得了顯著進展,不僅市場規模持續擴大,國產化率也逐步提升,同時涌現出一批具有競爭力的半導體設備廠商。就在近期的SEMICON China 大會上,新凱來展臺現場火爆全場成為一道風景,北方華創、中微公司相繼發布新品,國產半導體設備產業在業內人士的關注下持續發展。
刻蝕、薄膜等設備將成為國產企業突圍的關鍵
根據產業鏈應用環節不同,芯片制造設備分為前道工藝設備、后道工藝設備,其中前道決定了芯片功能,包括晶圓制造,包括光刻機、刻蝕設備、ICP、薄膜沉積設備、量測設備等超過50種不同的設備,最關鍵的四種是光刻設備、刻蝕設備、薄膜沉積設備以及離子注入設備。后道工藝設備主要負責封裝和測試,包括貼片機、電鍍設備等封裝設備,以及測試設備。
全球半導體設備市場規模情況
數據來源:SEMI、東方證券研究所測算
國際半導體產業協會(SEMI)數據預計2025年全球半導體制造設備市場規模將超過1270億美元,同比增長達16%,且所有細分市場都將實現兩位數的增長。薄膜沉積設備的市場規模將達到274億美元,刻蝕設備的市場規模將達到269億美元,依舊是市場占比最高的設備。
中國半導體設備產業雖然起步較晚,但近年來在國家政策的大力支持和市場需求的推動下,也取得了長足的進步。研微(江蘇)半導體科技有限公司董事長林興在公開演講時分享了一組數據,2024年半導體設備國產化率約為13.6%,不同核心領域的國產化率不一樣,這也意味著在不同領域的半導體設備仍有著巨大的提升空間。
那么中國企業的機會在哪里?此前,中微公司董事長、總經理尹志堯在《滬市匯·硬科硬客》節目上提到,我覺得我們做了五六十年的集成電路,把東西越做越小。“在這一過程中,光刻機的關鍵作用在減弱,而刻蝕、薄膜和其它設備的關鍵作用在增強。深層結構不是靠光刻,而是薄膜等其它設備的綜合作戰,這個機會對我們特別大。我建議國內要特別專注于從2D到3D的結構變化,我們是可以抓住這個優勢的。”
當前,在半導體設備產業鏈上,有數百家半導體設備企業分布在刻蝕、薄膜、離子注入、檢測等核心環節,幾乎涵蓋了半導體十大類設備的所有門類。就在2025年的SEMICON China展會上,國內多家半導體設備企業相繼發布新品,并且實現了關鍵技術的創新。
深圳黑馬闖出圈,新凱來發布五大重磅新品
新凱來工業機器有限公司(以下簡稱“新凱來”)在SEMICON China 2025上首次亮相,發布了五款不同半導體設備的新品。
一是面向先進制程及第三代半導體的外延沉積設備EPI(峨眉山),有望打破應用材料(AMAT)、東京電子(TEL)的壟斷;
二是可用于5nm及更先進制程的原子層沉積設備ALD(阿里山),已通過中芯國際(深圳)產線驗證;
三是可用于邏輯、存儲及先進封裝等場景的物理氣相沉積設備PVD(普陀山);
四是聚焦第三代半導體刻蝕的刻蝕設備ETCH(武夷山);
五是可用于5nm,且兼容多種制程節點的薄膜沉積設備CVD(長白山)。
新凱來是一家深圳半導體設備新銳企業,已經發布了刻蝕產品、薄膜產品,以及擴散產品等18類工藝裝備,還有包括光學量檢測、光學量測、PX量測、功率檢測等設備在內的13類量檢測裝備。
作為行業的一匹黑馬,新凱來的出現及其前沿的技術創新猶如一顆重磅炸彈投入了半導體設備產業的湖面,激起了一陣狂歡與熱議,其新品的發布也被視為推動中國半導體產業自主可控進程的關鍵一步。
電子發燒友網攝
新凱來有何來頭?其大股東是新凱來技術有限公司,后者背靠深圳市重大產業投資集團,而重大產業投資集團的大股東是深圳國資委,由此新凱來也被稱為“深圳的北方華創”。
那么新凱來的產品有哪些技術優勢?據了解此次發布的產品在效率、靈敏度、檢測精度以及成本控制方面都實現了重大突破,并且核心零部件全部實現突破。
例如ALD“阿里山”精度達原子級,對標國際廠商ASM和TEL主導的5nm以下ALD市場。PVD“普陀山”的金屬鍍膜精度達到±1.3μm,進入中芯國際驗證階段。ETCH“武夷山”表面電荷釋放速度提升40%,良率大幅提升。CVD“長白山”實現在效率提升的同時體積縮小30%。
芯片先進工藝演進是半導體設備迭代不能忽視的問題,新凱來又是如何解決的?新凱來工藝裝備產品線總裁杜立軍表示,可以從新材料、先進光刻+非光補光和3D架構三大路徑著手解決。
新凱來還通過掌握底層關鍵技術進一步鞏固了其技術領先地位。例如EPI峨眉山采用創新的小腔室架構設計,在智能調度算法的加持下能實現資源高效利用,大幅降低運營成本。PVD普陀山系列通過創新的磁控管軌跡規劃和新型烘烤燈設計,實現全靶腐蝕與快速復機,能夠幫助客戶降低運營成本。
三大設備龍頭企業發布新品,細分領域企業協同發展
不僅僅是新凱來,SEMICON China上,中微公司,以及北方華創、拓荊科技都發布了公司的最新產品,共同推動國內半導體設備產業的發展。
刻蝕機是半導體制造的三大核心設備之一,僅次于光刻機,中微公司和北方華創被稱為國產半導體刻蝕設備的雙子星。國際半導體產業協會的數據顯示,不同制程集成電路生產所需刻蝕工序次數不同,28nm集成電路生產所需刻蝕工序為40次,7nm生產需要140次,而5nm生產需要160次。
可以看到,隨著芯片制造工藝向更小的納米尺度邁進,刻蝕機需要具備更高的刻蝕精度,以滿足對微小圖案的精確刻畫,確保每個細節的準確性。
隨著技術的不斷突破,中微公司在近期發布首款晶圓邊緣刻蝕設備Primo Halona?,同時宣布公司的等離子體刻蝕技術迎來突破,ICP雙反應臺刻蝕機Primo Twin-Star反應臺之間的刻蝕精度已達到0.2A(亞埃級)。通過在200片晶圓的重復性測試中刻蝕速度的差別達到小于1.5 埃。
氧化硅、氮化硅和多晶硅各200片晶圓
在雙反應臺上刻蝕速度的重復性(圖源中微公司)
中微公司最新發布的首款晶圓邊緣刻蝕設備Primo Halona采用雙反應臺設計,還能夠在保證較低生產成本的同時,滿足晶圓邊緣刻蝕的量產需求。通過采用自對準安裝設計方案,提高了上下極板的對中精度和平行度。
北方華創除了提供刻蝕設備,還打造了去膠、PVD、CVD、PIQ 和清洗設備的完整互連解決方案。近期該公司正式發布了首款12英寸電鍍設備(ECP)——Ausip T830,以及首款離子注入機Sirius MC 313,由此正式進入電鍍設備以及離子注入設備領域。
電鍍設備(ECP)——Ausip T830(圖源北方華創)
電鍍是物理氣相沉積(PVD)的后道工藝領域,Ausip T830專為硅通孔(TSV)銅填充設計,可應用于2.5D/3D先進封裝領域。該設備突破三十多項關鍵技術,實現了高深寬比TSV填充,還提高了芯片良率和可靠性。該設備能夠有效填充孔直徑2-12微米,孔深16-120微米的多種孔型產品。
在離子注入設備領域,北方華創已經掌握了束流控制、調束算法、劑量精準控制等關鍵技術,此次推出的離子注入機Sirius MC 313具備能量精度高、劑量均勻性好、注入角度控制精度高等特點。
拓荊科技在SEMICON China上則發布了原子層沉積(ALD)設備、3D-IC及先進封裝系列,以及CVD系列三大系列新品。
在ALD設備領域,拓荊科技在成為國內裝機量第一,ALD薄膜工藝覆蓋率第一,其新一代原子層沉積設備VS-300T在坪效比、擁有成本(CoO)、薄膜均勻性等方面實現了升級,其片內均勻性已經達到業界領先的<0.2%。官方將其稱為業界坪效比最高和擁有成本(CO0)最低的PEALD設備。
小結:產業鏈走向正向循環,短板逐漸補齊
國產半導體設備的發展進一步提高中國半導體設備行業的國產化率提升,促使國內半導體設備生態逐漸走向正向循環。據了解,在2024年三季度,新凱來向新萊應材的訂單金額就達8000萬元,新萊應材主要提供RTP(快速熱處理)等關鍵零部件。
需要關注的是,國內半導體設備領域距離國際先進水平還有相當的一段距離。“如今本土化是沒有辦法的選擇,隨著國內企業的加速投入,目前國內已經實現基本自主可控,當然,質量和可靠性在水平上還有一定差距,但至少可以替代,這是一個很不容易的事情。”隨著國內數百家設備企業的努力,以及離子注入等短板不斷被補齊,尹志堯表示,相信我們可以用5年、10年的時間,達到國際最先進水平。
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