全球晶圓廠進入新一輪擴產周期,2021年半導體設備投資額有望實現30%以上增速。根據SEMI年中預測報告,預測全球半導體制造設備市場2021年全年將增長34%達到953億美元,2022年有望再創新高突破1,000億美元大關。在分下游應用的銷售額預測中,SEMI預測2021-2022年,在下游邏輯芯片以及存儲芯片強勁需求帶動下,晶圓廠擴產增效將帶來半導體設備尤其是晶圓制造設備投資額的新一輪增長。預計2021年全球半導體晶圓制造設備817億美元,較上年增長33.5%。
中國大陸已成全球最大半導體設備市場,制造環節占比穩步提升,設備自給率仍然較低。受益于大陸晶圓廠擴產增效,2020年大陸半導體設備銷售額187.2億美元,同比增長39%,首次超過中國臺灣地區成為全球第一大半導體設備市場,占全球份額由2016年的16%升至26%。根據中國半導體行業協會統計,2016-2020中國集成電路行業銷售收入CAGR增速達19.5%,其中制造環節收入占比由2016年的26%穩步提升至2021年一季度31%,制造環節重要性日益凸顯。相較于國內設備市場擴容速度,國產化率仍處在較低水平,未來國產替代具備廣闊空間。
薄膜沉積工藝是指在硅片襯底上沉積一層功能薄膜。根據薄膜材料的不同可以分為金屬薄膜(AL/Cu/W/Ti)、介質薄膜(SiO2/Si3N4)以及半導體材料薄膜(單晶Si、多晶Si)。如果將芯片按照系統級-模塊級-寄存器傳輸-邏輯門-晶體管這樣自上而下的視角拆解,將得到成千上萬個晶體管以及連接它們的導線。相應的,晶圓加工工序可大致拆解為基板工序FEOL(負責在基板上制造出晶體管等部件形成MOS結構、介質膜、接觸孔等結構)和布線工序BEOL(將FEOL制造各部件與金屬材料連接布線形成電路)。而構成這些微觀結構的主要“骨架”,起到產生導電層或絕緣層、阻擋污染物和雜質滲透、提高吸光率、臨時阻擋刻蝕等重要作用的,正是上述各種材質的薄膜。只有通過重復進行薄膜沉積-光刻-刻蝕等步驟,才能在FEOL和BEOL工序中實現微觀結構的堆疊組合。