2024年深芯盟国产半导体前道设备+第三代半导体（SiC）设备调研分析报告

报告概要 深芯盟半导体产业研究部对近百家国产半导体设备厂商进行统计和分析，涵盖薄膜沉积、光刻、刻蚀、离子注入、量测与检测、清洗、去胶、涂胶显影、热处理设备。本报告主要内容包括半导体前道设备、第三代半导体（SiC）设备两大部分，对相关技术趋势做了简要概述，收集了近百家国产设备厂商信息，并对其中的上市公司进行了量化分析和Top10排名。此外，对于每家收录的公司，我们都从核心技术、主要产品、应用场景和市场竞争力等方面进行了全方位画像分析。 报告目录 一、国产半导体前道设备 1.热处理设备2.薄膜沉积设备3.CMP设备4.涂胶显影设备5.光刻设备6.刻蚀设备7.去胶设备8.离子注入设备9.清洗设备10.量测与检测设备 二、国产半导体设备厂商排行榜 三、第三代半导体（SiC）设备 1.SiC长晶设备2.SiC切割设备3.SiC研磨设备4.SiC抛光设备5.SiC离子注入设备6.SiC退火设备7.SiC清洗设备 8.SiC外延设备 四、国产半导体设备厂商汇编五、结语与展望 一、国产半导体前道设备 1.热处理设备 热处理设备市场概况 半导体热处理工艺是材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的加工工艺，是半导体制造过程中的一个重要环节，它包括氧化、扩散、退火、合金等多个工艺步骤—— 氧化：将硅片放置于氧气或水蒸气氧化剂的氛围中进行高温热处理，在硅片表面发生化学反应形成氧化膜的过程； 扩散：指在高温条件下，利用热扩散原理将杂质元素按工艺要求掺入硅衬底中，使其具有特定的浓度分布，从而改变硅材料的电学特性； 退火：指加热扩散、离子注入等工艺后的硅片，修复带来的晶格缺陷的过程； 合金：指通过在惰性气体的环境中进行低温热处理，使金属（如铝和铜）与硅基形成良好的结合，提高配线的可靠性。 根据Gartner统计2022年全球热处理设备市场规模约为30亿美元；从市场结构来看，全球热处理设备市场主要分为三种设备，其中快速热处理设备14.1亿美元，占比47%，氧化/扩散炉10.8亿美元，占比36%。 从竞争格局来看，全球热处理设备市场由应用材料、TEL和日立国际电气垄断，占有率分别为46%、21%、15%，国产厂商有所突破，屹唐半导体份额约5%，北方华创份额0.2%。根据Gartner预测，2023年全球热处理设备市场规模大约增长5%，约为31.5亿美元。 据集微咨询（JWInsights）测算，2023年中国半导体热处理设备市场规模约为90亿元，未来半导体热处理市场将保持较好的上升空间预计到2028年，中国半导体热处理将超 过200亿元。 热处理设备分类及应用 热处理设备也被称为炉管设备，用于半导体前道工艺中的热处理工艺，热处理过程是指将晶圆放置在特定气体环境中施加热能的过程，包括氧化、扩散、退火等。热处理设备主要用于氧化、扩散、退火以及合金四类工艺。按设备形态可分为卧式炉、立式炉和快速热处理炉三类。 卧式炉和立式炉的区别在于反应腔形态。由于立式炉具有占地小、成本低、可批量热处理、可控性高的优点，目前使用最为广泛。但是卧式炉和立式炉都是将腔体与置于其中的硅片一同升降温，所以升降温速率较慢，一次可以放置100到200片晶圆。而快速热处理炉（RTP）只改变其中晶圆的温度而不改变腔体温度，因此可以进行快速退火，但只能处理单片晶圆。 氧化/扩散炉：多用于大规模集成电路、分立器件、电力电子、光电器件和光导纤维等行业的扩散、氧化、退火、合金及烧结等工艺。氧化是将硅片放置于氧气或水汽等氧化剂的氛围中进行高温热处理，在硅片表面发生化学反应形成氧化膜的过程。扩散是指在高温条件下，利用热扩散原理将杂质元素按工艺要求掺入硅衬底中，使其具有特定的浓度分布，从而改变硅材料的电学特性； 快速热处理设备：一种单片热处理设备，它可以将圆片的温度快速升至工艺所需要的温度（200~1300℃），并且能够快速降温，升/降温速率一般为20~250℃/s。除了能源种类多，退火时间范围宽，快速热处理（RTP）设备还具有其他优良的工艺性能，如极佳的热预算控制和更好的表面均匀性（尤其是对大尺寸的圆片），修正离子注入造成的圆片损伤，多个腔室可以同时运行不同的工艺过程，可以集成光化学技术等。此外，RTP设备还可以灵活、快速地转换和调节工艺气体，使得在同一个热处理过程中可以完成多段热处理工艺。 在热处理设备领域，国产设备厂商也展开了积极的布局： 北方华创：在立式炉领域，北方华创突破并掌握了气流场/温度场控制、反应源精密输送、硅片表面热场设计等关键技术，实现了立式炉系列化设备在逻辑和存储工艺制程应用的全面覆盖，截至2023年底，立式炉累计出货超700台； 屹唐半导体：去胶和快速退火设备进入了全球制程最先进的5纳米逻辑量产生产线，3纳米的研发机台认证取得良好进展；去胶和快速退火产品市占率稳居全球第二，在硅片生产领域，快速退火产品占据全球主导地位。 激光热处理成未来方向 从热工艺未来的发展方向来看，芯片性能对热预算、温度的敏感度越来越高，呈现出以下的趋势：（1）芯片尺寸缩小要求更低的工艺温度及更快的升降温速率的立式炉设备；（2）先进的工艺需求更先进的温度场控制技术；（3）更高的零部件选材和金属离子污染控制要求；（4）炉管式化学气相沉积薄膜工艺向原子层沉积薄膜工艺发展。 当下，行业对高性能集成电路、微处理器和存储芯片的需求不断增长，这些器件需要更精准的退火工艺实现所需的电气特性和性能特征，相较于其他几种方式，激光热处理技术具有能耗低、加工效率高、可重复性好等特点，激光热处理的高精度和高准确度优点成为先进制程的重要解决方案。因此市场对于先进器件的需求，成为半导体激光退火设备市场的重要驱动力。 目前，激光退火设备主要应用于功率器件和IC前道制造领域，在功率器件领域，智能化、高端化、精细化将成为其重要升级方向。在IC前道制造领域，激光退火是28nm及以下逻辑芯片制造前道工序中不可缺少的关键工艺之一。随着DRAM和NAND的工艺演进，激光尖峰退火设备（LSA）和前道激光退火设备（DSA）也成了存储器制造的必需工艺。 在这方面国内部分企业已取得一定成果，例如： 合肥本源量子完全自主研发了国内首个专用于量子芯片生产的MLLAS—100激光退火仪，可达到百纳米级超高定位精度，能对量子芯片中单个量子比特进行局域激光退火，解决多比特扩展中比特频率拥挤的问题，该设备还可用于半导体集成电路芯片、材料表面局域改性处理等领域，并已在国内第一条量子芯片生产线上投入使用； 瑶光半导体（浙江）有限公司已实现其拳头产品——激光退火设备的量产，具备逐行退火以及局部退火两种模式的选择。该设备节拍为300秒，即从抓取晶圆到芯片完成激光退火的完整周期是300秒，生产效率领先于其他同类型设备，能有效降低企业生产成本； 华工科技围绕第三代半导体材料，专攻化合物半导体，积极布局量测设备的创新与优化，自主研发国产碳化硅衬底/外延片缺陷检测设备，确保产业体系的自主可控。近期还推出了全自动晶圆激光退火智能装备、全自动晶圆激光改质切割智能装备以及量测先进装备整体解决方案。 然而，全球激光退火机市场集中度较高，高端市场几乎被国外企业垄断。我国的激光退火机生产企业有成都莱普科技、大族激光、北京华卓精科等，但在技术方面仍有提升空间。随着国家扶持力度加大以及下游产业的快速发展，未来我国激光退火设备有望在技术上取得进一步突破，实现更多的国产替代。 表：国产热处理设备厂商代表 本章节参考资料： 1.QYResearch—全球市场研究报告：半导体激光退火机；2.屹唐半导体招股书；3.北方华创财报；4.方正证券研究所：国产半导体设备研究框架 2.薄膜沉积设备 薄膜沉积设备市场空间广阔 薄膜沉积技术是一种关键的半导体前道工艺，它涉及利用外部能量激活各类化学反应源，随后使生成的原子、离子或活性反应基团在特定的衬底表面上吸附、聚结，进而构建出具有不同介质特性的薄膜。薄膜沉积设备是实现这一工艺的核心装备。 根据MaximizeMarketResearch数据，预计2025年全球半导体薄膜沉积设备市场规模达到340亿美元，中国大陆市场达136亿美元，2021年—2025年CAGR分别为16%和25%，其中PECVD市场规模分别为112和45亿美元。 根据SEMI历史统计，PECVD是薄膜设备中占比最高的设备类型，约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%。 资料来源：Gartner，广发证券 从全球市场份额来看，薄膜沉积设备行业呈现垄断竞争的局面，行业基本由海外国际巨头垄断。根据Gartner历史统计数据，在CVD市场中，应用材料（AMAT）、泛林和TEL三大厂商占据了全球约70%的市场份额。 从全球市场份额来看，薄膜沉积设备行业呈现高度垄断的竞争局面，全球市场基本由应用材料AMAT、ASMI、泛林、TEL等国际巨头垄断，国内拓荆科技、北方华创、微导纳米、中微公司等在薄膜沉积领域有所布局，产品和技术实力日渐上升。 薄膜沉积工艺及设备分类 根据工作原理的差异，薄膜沉积工艺主要可分为物理工艺和化学工艺。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。 （1）PVD 物理气相沉积（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主要用来沉积金属及金属化合物薄膜，常用于金属互连籽晶层、阻挡层、硬掩膜、焊盘等。PVD分为蒸镀和溅射两大类，初期真空蒸镀占据主流，后来由于不能蒸发一些难熔金属和氧化物材料，因此逐步被溅射取代，同时由于薄膜性能要求等不断升高，溅射PVD不断改进或迭代，目前应用最广泛的是磁控溅射PVD。PVD工艺的主要参数包括尘埃数量，以及形成薄膜的电阻值、均匀性、反射率、厚度和应力等。 （2）CVD 化学气相沉积（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，可应用于绝缘薄膜、硬掩模层以及金属膜层的沉积。 CVD最常用于沉积绝缘介质薄膜，用于前段的栅氧化层、侧墙、阻挡层、PMD等领域和后段的IMD、Barc、阻挡层、钝化层等领域，另外CVD也可以制备金属薄膜（如W等）。传统CVD工艺中，沉积薄膜一般为氧化物、氮化物、碳化物等化合物或多晶硅，在特定领域的薄膜生长采用的外延技术广义上也算CVD的一种。 由于介质薄膜所用的沉积材料种类和材料配比方式众多，因此CVD设备细分品类较多，如APCVD、LPCVD、PECVD、MOCVD等。每一代CVD工艺的进步主要由制程迭代带来的材料和薄膜变化推动，晶圆厂一般也会根据所需沉积的薄膜种类不同，对CVD设备厂商提出定制化要求。 （3）ALD 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。典型的热原子层沉积（TALD）技术是利用加热为薄膜沉积过程中的化学吸附提供活化能。 虽然ALD也是采用化学反应方式进行沉积，但反应原理和工艺方式与CVD存在显著区别，在CVD工艺过程中，化学蒸气不断地通入真空室内，而在ALD工艺过程中，不同的反应物（前驱体）是以气体脉冲的形式交替送入反应室中的，使得在基底表面以单个原子层为单位一层一层地实现镀膜。 ALD特性在于台阶覆盖率极高，在45nm以下节点每一代制程进步均会扩大ALD应用场景。但ALD沉积速率较慢，无法实现半导体领域大规模薄膜沉积，因此目前无法在成熟 资料来源：《CharacterizationofAtomicLayerDepositedThinFilms:Conf