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国产刻蚀机技术已达国际水平,在半导体设备中走在国产替代前列

王静 2021-07-16 1530 0

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摘要:从技术覆盖面与设备工艺角度,中国厂商在刻蚀领域技术水平与国际半导体巨头存在一定差距,但中微公司已打破国际半导体巨头垄断局面,中微公司等离子体刻蚀设备已被广泛应用于国际一线客户的生产线,其与北方华创作为中国刻蚀领域技术领先企业,将引领国产替代进程加速。

全球半导体设备领域高度集中,核心设备基本被国外垄断,这些龙头布局丰富,在技术和市场规模上拥有更高的话语权。目前,半导体领域高端前道设备中,刻蚀设备是国内和国外技术差距最小的领域,虽然国内刻蚀设备市场份额较小,但在技术和广阔的国内市场支撑下,国产化替代进程日益加快。
刻蚀机是芯片制造过程中仅次于光刻机的重要核心设备,和光刻机占前道设备价值的大约50%
半导体设备是半导体产业发展的关键基础,在整个芯片制造和封测过程中,会经过上千道加工工序,每一类半导体设备都有自己不可替代的作用。芯片制造过程中最核心两大的设备是光刻机和刻蚀机,其中光刻机精度对芯片精度上限起直接决定作用,刻蚀机是芯片制造工艺中第二大核心设备,仅次于光刻机。光刻所需尺寸能否实际生产主要是由刻蚀以及沉积薄膜的精度来决定的,所以光刻机和刻蚀机两大核心设备之间的相互协作在整个芯片制造过程中是非常重要的,二者价值在前道设备中占比接近50%。目前国内光刻机领域已取得一定成果,但和国际水平还有很大的距离,刻蚀机领域国内技术最先进的公司是中微公司和北方华创,在技术上面两家企业已经接近国际水平,但是市场规模方面还需要继续扩大。

图1 晶圆制造设备投资额占比

泛林半导体、东京电子、和应用材料垄断全球91%的刻蚀机市场
全球刻蚀设备行业的龙头企业包括泛林半导体(Lam Research),东京电子(TEL)和应用材料(AMAT)三家。从全球刻蚀设备市场份额来看,泛林半导体、东京电子和应用材料市场份额分别为52%、20%、19%,三家企业占到了全球刻蚀机市场份额的91%。
刻蚀机设备国内比较领先的有中微公司、北方华创、屹唐半导体和中电科,前三家企业生产的主要是干法刻蚀设备,中电科干法和湿法刻蚀设备均生产。此外,生产刻蚀设备的企业还有创世微纳、芯源微和华林科纳等。目前,国内刻蚀机市场国产化率仅在20%左右,在国际市场份额中暂未有一席之地,国产化替代有待加速。

图2 全球刻蚀设备市场格局

中微公司和北方华创刻蚀机技术接近国际水平,在半导体设备中走在国产替代前列
从全球范围来看,刻蚀机技术三大龙头是LAM、TEL和AMAT,其中LAM刻蚀技术占据全球第一,TEL和AMAT分居第二。国内中微公司、北方华创分别在介质和导体刻蚀接近国际水平,技术节点达到了5nm和14nm。具体来看,中微公司在 CCP 刻蚀领域具备明显优势,在 3D NAND 芯片制造方面,公司的CCP 刻蚀设备技术可应用于 64 层的量产,此外,公司的介质刻蚀设备已经打入台积电7nm/5nm产线,是全球唯一进入台积电产线的国产刻蚀设备商。北方华创主要覆盖 ICP 刻蚀设备,公司的ICP刻蚀设备主要用于硅刻蚀和金属材料的刻蚀,目前28nm 制程以上刻蚀设备已经实现产业化,另外在先进制程方面,公司硅刻蚀设备已经突破 14nm 技术,并且已经通过了ICRD验证,进入了中芯国际14nm产线验证。整体而言,刻蚀设备是目前国内和国际的技术差距最小的高端前道设备。 

表1 国内刻蚀设备相关领先企业技术进展情况

(资料来源:五度易链行业研究中心整理)

结语
刻蚀机作为芯片制造过程中的核心设备,提高其市场覆盖和设备工艺有利于增强我国在半导体设备领域的话语权。目前国内在全球刻蚀机市场份额中占比较小,国内市场国产化率仅20%左右,但是在技术方面,国内中微电子和北方华创作为国内光刻机领域技术领先企业,其刻蚀设备接近国际水平,有望引领国产替代进程加速。

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