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1、集成电路前道工艺、设备及市场分析,梅林,目录,一、集成电路核心组件简介 二、半导体前道工艺 三、半导体前道设备市场分析 四、机遇与挑战,2,什么是集成电路,麒麟980,集成电路（IC）就是一种微型电子器件或部件的总和，将所有元器件和连接线制作在同一基板上，组成的系统。 半导体产业的两种模式：集成制造模式（IDM）和垂直分工模式,R,C,3,电阻,4,电容,氧化膜,p,N+,平板型电容,铝电极,N-epi,隔离槽,N,叠式结构电容,氧化膜,电容极板,n,5,PN结晶体管,NPN型双极性晶体管,B,E,C,p,n+,n-epi,n+,P-Si,P+,P+,S,发射区(N+型),基区(P型),集电区
2、 (N型外延层),衬底(P型),n+-BL,n,p,n,B,E,C,6,CMOS晶体管,7,目录,一、集成电路核心组件简介 二、半导体前道工艺 三、半导体前道设备市场分析 四、机遇与挑战,8,silicon substrate,芯片制造过程,清洗,Fab内IC制造的流程非常复杂，但其实IC制造就只做一件事而已：把掩模上的电路图转移到晶圆上。,9,氧化,10,silicon substrate,oxide,photoresist,涂胶,11,Shadow on photoresist,photoresist,曝光区,掩模版,Ultraviolet Light,silicon substrate,
3、oxide,光刻,12,silicon substrate,oxide,photoresist,光刻后,13,显影,14,刻蚀,15,silicon substrate,oxide,oxide,silicon substrate,去胶,16,沉积栅极氧化层,17,栅极氧化层,栅极氧化层,栅极氧化层,18,多晶硅,多晶硅栅极沉积,19,gate,gate,栅极氧化层,多晶硅栅极,刻蚀形成多晶硅栅极,20,photoresist,source,drain,光刻胶在离子注入后去除,离子注入,21,silicon substrate,oxide,oxide,gate,gate,source,drain
4、,CMOS晶体管,22,沉积氮化层,23,刻蚀出连接孔,24,沉积金属线,25,silicon substrate,gate,drain,source,连接点,表面平坦化,26,晶圆,晶圆（Wafer）：主要指硅片 提炼、纯化、拉晶、滚磨，切片，倒角，抛光 纯度可以达到99.999999999 4寸、6寸、8寸、12寸 SiC、GaN、GaAs、InP,27,清洗,清洗的目的是去除各种污染，占整个半导体流程的33% 获得最好的良率、器件性能和长期的可靠性。 安全、简单、经济和环保 超声波清洗机、刷洗器、等离子体清洗机、浸洗式化学清洗站、喷洗式单箱化学清洗机等,28,氧化,氧化目的是在硅片表面形
5、成二氧化硅； 用途 杂质扩散掺杂的掩蔽膜 器件表面保护或钝化膜 MOS电容的介质材料 MOSFET的绝缘栅材料 电路隔离介质或绝缘介质 湿法、干法 多片垂直氧化炉管、快速热氧化炉,29,匀胶显影,匀胶显影机（Track）主要用于光刻材料的涂布、烘烤、显影、去离子水冲洗，也包括晶圆背面的清洗， 最新的发展更是把测量单元集成到了该设备上。,30,光刻,光刻：将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程 按照技术发展可以分为接触式、接近式和投影式。 按照光源可以分为： g线436nm，常用在0.5m工艺； i线365nm，常用在0.35m工艺； KrF248nm，0.25m0.11m ArF193nm，7nm
6、130nm EUV13.5nm，10nm以 为了突破衍射极限又分为干式和浸没式 为了提高效率又可为步进重复式和步进扫描式,31,刻蚀,刻蚀：根据光刻去除不必要的区域的材料，使用设备为刻蚀机 湿法刻蚀：各向同性、工艺简单、成本低 干法刻蚀：各向异性、分辨率高 等离子体刻蚀 溅射刻蚀 反应离子刻蚀,32,掺杂,掺杂：将杂质掺杂到目标载体中，包括非金属（B、P、As）和金属（Al、Au、Pt）,33,沉积,沉积可以分为物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD） PVD：III-V族化合物半导体工艺中仍被采用，速度快工艺简单 CVD：可以沉积几乎所有薄膜，SiO2、Si3N4
7、、绝缘介质、金属、单晶硅（外延）等。 ALD：原子层沉积是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法 蒸发设备、溅射设备、常压CVD、低压CVD、PECVD和ALD设备等,PVD,CVD,ALD,34,CMP,CMP:化学机械平坦化或化学机械抛光，表面全局平坦化的技术 目的：保证沉积后表面的平整度，为下一步工序做准备,35,检测,检测根据测试目的可以细分为量测和检测 量测主要是对芯片的薄膜厚度、关键尺寸、膜应力、掺杂浓度等材料性质进行测量 检测主要用于识别并定位产品表面存在的杂质颗粒沾污、机械划伤、晶圆图案缺陷等问题。 椭偏仪、四探针电阻仪、AFM、SEM、热波系统、显微镜等,3
8、6,目录,一、集成电路核心组件简介 二、半导体前道工艺 三、半导体前道设备市场分析 四、机遇与挑战,37,技术革新带来了成本的增加,晶圆代工厂加工工艺从28纳米发展到7纳米，制造设备支出增加100%；,数据来源：应用材料，西南证券整理,38,半导体设备占主要支出比,12寸线、产能5万片/月，各类设备500台，周期2年 50台光刻机 10台大束流离子束注入机，8台中束流离子注入机， 40台刻蚀机， 30台薄膜沉积设备,数据来源：中国报告网,39,晶圆,日本信越 市场占有率28% 日本胜高 市场占有率25% 台湾环球晶圆 市场占有率17% 德国世创 市场占有率15% 韩国LG 市场占有率9% 国内
9、的有：上海新昇、重庆超硅、北京有研半导体材料和浙江金瑞泓科技,数据来源：中国报告网,40,清洗设备市场,日本Screen（迪恩士）市场占有率52% 日本TEL（东京电子）市场占有率20% 美国Lam（泛林半导体）市场占有率13% 韩国SEMES（细美事，三星的子公司）市场占有率10% 盛美半导体（ACM） 市场占有率3% 北方华创、至纯科技等,数据来源：Screen,41,清洗龙头-迪恩士,迪恩士十分注重研发，2017年的研发费用为82亿日元， 占企业资本支出的46%； 迪恩士拥有的专利数量庞大，2017年迪恩士共拥有4418件专利，其中来自日本本土的专利2115件， 来自海外的专利2303件
10、。,数据来源：Screen,数据来源：Screen,42,清洗机国产情况-盛美半导体,盛美半导体目前的产品主要是基于SAPS和TEBO技术的单晶圆清洗设备 盛美半导体的SAPS产品受到国内外一流半导体制造商的认可，主要客户包括上海华力微电子，SK海力士，中芯国际，长江存储等,数据来源：盛美半导体,43,清洗机国产情况-北方华创和至纯科技,北方华创：整合Akrion，占据清洗机大市场 Saqua单片清洗机进驻中芯北方28纳米生产线 北方华创清洗机设备下游市场涵盖整个泛半导体行业,至纯科技：2015年开始启动湿法工艺装备研发， 公司已经于2017年形成了Ultron B200和 Ultron B3
11、00的槽式湿法清洗设备和Ultron S200和Ultron S300的单片式湿法清洗设备产品系列，并已经取得6台的批量订单。,44,氧化/扩散设备,日本的日立（Hitachi）43.1%； 日本的东京电子（TEL）37.9% 荷兰先域（ASM）13.8% 其他5.2%，包括：英国Thermco、Centrothermthermal Solution、Screen、Lam、北方华创、青岛福润德、中电科48所、青岛旭光仪表设备、中电科45所,数据来源：中国产业信息网,45,光刻机市场分析,荷兰ASML市场占有率75.3% 日本Nikon市场占有率11.3% 日本佳能Canon市场占有率6.2%
12、其他7.2%,数据来源：中国产业信息网,数据来源：各公司官网总结,46,2011-2017年度全球光刻机总销售情况,2011-2017累计销售销售光刻机1920台，其中ASML1209台，Nikon302台，Canon409台。,数据来源：各公司官网总结,47,ASML高端光刻机垄断者,ASML的转折点浸没式光刻，2007年推出第一台浸没式光刻机,数据来源：ASML官网,48,ASML高端光刻机垄断者,公司营业收入和净利润始终保持较高水平。自2016年推出EUV设备后，营收和净利润实现大幅增长，2018年收入将近100亿欧元； ASML 2017年研发费用高达15亿美元，占营业收入比重为14%
13、，远高于佳能与尼康的8%左右。,数据来源：ASML官网,49,Nikon & Canon,尼康：发挥面板光刻比较优势 在FPD光刻方面，尼康则可发挥其比较优势，尼康的机器范围广泛 采用独特的多镜头投影光学系统处理大型面板 佳能：光电为主，光刻为辅 尽管光刻设备尤其是芯片光刻设备的销售量有显著上升，但价值量贡献却并无相同趋势,数据来源：Canon官网,50,上海微电子,公司设备广泛于先进封装、FPD面板、MEMS、LED、Power Devices等制造领域。 公司的封装光刻机在国内市占率高达80%，全球市占率也可达到40%,数据来源：SMEE官网,51,刻蚀设备市场分析,美国的泛林半导体（LA
14、M）52.7%； 日本的东京电子（TEL）19.7%； 美国的应用材料（AMAT）18.1%； TOP3 市场占率高达90.5%；其他9.5% 国内厂家有中微半导体、北方华创、上海新阳、沈阳芯源、苏州伟仕泰克、中电科48所,数据来源：中国产业信息网,52,刻蚀机市场份额变迁,在200mm晶圆时代；介质、硅（多晶）以及金属刻蚀是刻蚀设备的三大块 入300mm时代以后；目前介质刻蚀设备市场份额已经接近50%,数据来源：BARRONS,53,全球刻蚀设备龙头Lam Research,LAM的营收及净利润一直保持高度增长。2018年，泛林半导体实现营业收入110亿美元，同比增长38.23%，扣非后归母
15、净利润为23.80亿美元，同比增长37.26%； LAM极度重视研发。泛林半导体2010年以来研发支出不断增加，从2010年3亿美元，快速增长至2018年12亿美元，其研发支出占比长期维持在10%以上；,数据来源：LAM Research,数据来源：LAM Research,54,中微半导体,中微半导体介质刻蚀的行业领导者，2004年5月31日成立 中微半导体专利申请达1157项，已经获得了748项专利，还有409项正在申请。 公司目前已经完成了65-45纳米、32-22纳米、22-14纳米三代电介质刻蚀装备产品研制并实现了产业化。 介质刻蚀设备已打入全球顶级企业台积电的7nm、10nm量产线，并占据
