原子层沉积设备

来源：厦门毅睿科技官网

在现代科技蓬勃发展的浪潮中，半导体产业作为众多高科技领域的基石，其重要性不言而喻。而在半导体制造的复杂工艺链条里，原子层沉积（ALD）设备宛如一颗璀璨的明珠，散发着独特的光芒，对芯片性能起着决定性作用。随着后摩尔时代的来临，晶圆加工精度要求持续攀升，ALD 设备凭借其独特优势，愈发成为行业焦点。

一、ALD 设备的工作原理与独特优势

原子层沉积技术，是一种实现原子级薄膜生长的精妙工艺。其核心操作流程极具特色：通过交替输入不同的反应气体，这些气体先后在基底表面发生化学吸附，进而进行化学反应，最终在基底上沉积出原子级厚度的薄膜。这种沉积过程如同搭建微观世界的积木，每次仅添加一层原子，由此制备出的薄膜具备诸多卓越特性。

微波等离子体辅助原子层沉积系统（MPALD）

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微波等离子体辅助原子层沉积系统是一种用于高质量薄膜材料制备的先进设备。该系统利用微波能量激发等离子体，通过周期性交替引入前驱体和反应气体，在基底表面实现原子级别的薄膜沉积。设备能够精准控制工艺过程中的温度、压力、气体流量和等离子体功率等主要参数，确保所制备薄膜在厚度、成分和物理化学性能等方面具备优异一致性。厦门毅睿科技自主研发的微波等离子体辅助原子层沉积系统（MPALD）的突出特点在于高效的等离子体激发能力和出色的工艺控制水平，特别适合于高纯度、低缺陷密度和低温沉积薄膜的制备。

从覆盖率来看，ALD 设备能够实现极为优异的覆盖效果，即使面对复杂的基底形貌结构，也能确保薄膜均匀覆盖，这是许多传统薄膜沉积技术难以企及的。均匀性方面，原子级别的沉积方式使得薄膜在大面积范围内都保持高度一致的厚度和质量，为后续芯片制造等工艺提供了坚实可靠的基础。在三维保形性上，ALD 技术更是展现出强大的优势，无论是高深宽比的沟槽，还是复杂的三维结构，都能完美适配，精准地在各个表面沉积薄膜。此外，相较于一些高温工艺，ALD 设备可以在相对较低的温度下进行薄膜沉积，这对于一些对温度敏感的材料和基底来说，无疑是一大福音，有效避免了因高温导致的材料性能劣化等问题。

二、ALD 设备在半导体领域的广泛应用

在半导体先进制程领域，ALD 设备堪称不可或缺的关键装备。以逻辑器件制造为例，当制程推进到 28 纳米节点时，传统的薄膜沉积技术已无法满足某些关键工艺环节的需求，而 ALD 技术则凭借其原子层生长的特性，成功挑起大梁。在栅氧化层的制备过程中，ALD 设备能够精确控制氧化层的厚度和质量，确保晶体管的性能稳定且高效。同时，在刻蚀阻挡层的沉积上，ALD 设备制备的薄膜凭借出色的均匀性和保形性，有效阻挡刻蚀过程中的侧向侵蚀，保障了芯片的精细结构得以完整保留。

存储芯片制造同样离不开 ALD 设备的助力。在 3D NAND 闪存中，高深宽比的孔和沟槽结构是存储单元的重要组成部分。ALD 设备能够在这些复杂结构的内壁精准沉积高质量的薄膜，用于绝缘、导电等功能层的构建，极大地提升了存储芯片的存储密度和性能稳定性。

在化合物半导体领域，如氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等材料的应用愈发广泛，ALD 设备在其外延生长、钝化层制备等环节发挥着重要作用。通过精确控制原子层的沉积，能够优化化合物半导体的晶体结构和电学性能，推动其在 5G 通信、新能源汽车等领域的大规模应用。

三、ALD 设备在其他领域的应用拓展

除了半导体行业，ALD 设备在光伏、新型显示、柔性电子、新能源等领域也展现出巨大的应用潜力。

在光伏产业中，微导纳米作为国内 ALD 设备的领军企业，率先将 ALD 技术规模化应用于光伏电池片生产。在高效晶硅太阳能电池表面，ALD 设备沉积的高质量超薄钝化膜，如同给电池片披上了一层 “防护铠甲”，有效减少了电子复合，显著提高了电池的光电转换效率，为光伏产业的高效发展注入了强大动力。随着行业对光伏电池效率提升的不断追求，ALD 设备在 TOPCon、HJT、XBC 等多种新型高效电池技术路线中都扮演着关键角色。

新型显示领域，如有机发光二极管（OLED）、硅基 OLED 等显示技术的发展，对薄膜沉积的精度和质量提出了极高要求。ALD 设备能够在显示面板的电极、有机功能层等制备过程中，实现原子级别的精准控制，提升显示器件的发光效率、对比度和使用寿命。

柔性电子领域，由于其使用的柔性基底对工艺的兼容性要求苛刻，ALD 设备低温、高精度的薄膜沉积优势得以充分发挥。无论是可穿戴设备中的柔性传感器，还是柔性显示屏，ALD 设备都能助力制备出性能卓越的薄膜，推动柔性电子技术不断向前发展。

新能源领域，在电池电极材料的表面修饰、固态电解质薄膜的制备等方面，ALD 设备都展现出独特的应用价值。通过在电极表面沉积原子级薄膜，可以优化电极的界面性能，提升电池的充放电效率和循环寿命；而固态电解质薄膜的精确制备，则有助于提高固态电池的安全性和能量密度。

四、ALD 设备的市场格局与竞争态势

目前，全球 ALD 设备市场呈现出多元化的竞争格局。国际上，一些老牌半导体设备制造商凭借深厚的技术积累和长期的市场耕耘，占据了重要地位。例如，应用材料公司（Applied Materials）、东京电子（Tokyo Electron）等企业，在 ALD 设备的高端市场拥有较高的市场份额，其产品技术先进、性能稳定，广泛应用于全球顶尖半导体制造企业的生产线。

国内企业近年来在 ALD 设备领域取得了显著突破。微导纳米作为国内 ALD 设备 “第一股”，已在市场上崭露头角。公司自 2015 年成立以来，专注于 ALD 等先进薄膜沉积技术的研发与产业化应用。目前，微导纳米的 ALD 产品已连续多年在营收规模、订单总量和市场占有率方面位居国内同类企业第一。不仅在国内市场与众多企业建立了深度合作关系，相关产品涵盖逻辑、存储、化合物半导体、新型显示等多个细分领域，而且在国际市场上也逐渐崭露头角，其创新研发的 ALD 量产设备已发往欧洲芯片制造客户，用于新型车载芯片的生产制造。

原子层沉积设备

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拓荆科技也是国内薄膜沉积设备领域的重要力量，其在 PECVD（等离子体增强化学气相沉积）、ALD 等薄膜沉积设备的研发和产业化应用方面取得了积极进展，能够支撑逻辑芯片、存储芯片中所需的多种介质薄膜材料工艺应用。此外，新凯来等新锐创企也积极布局 ALD 设备市场，推出了如 ALD（阿里山）等系列产品，进一步丰富了国内 ALD 设备的产品线，加剧了市场竞争的同时，也推动着行业技术的不断进步。

根据 TECHCET 数据，2022 年至 2027 年，全球原子层沉积 (ALD) 设备市场体量占比将从 2022 年 25% 升至 2027 年 35%。随着半导体产业的持续发展以及 ALD 设备在新兴领域的应用拓展，市场对 ALD 设备的需求将持续增长，这为国内外企业都带来了广阔的发展机遇。

五、ALD 设备的技术发展趋势

随着科技的不断进步，ALD 设备的技术也在持续创新与演进。一方面，设备制造商不断致力于提升 ALD 设备的沉积速率，在保证薄膜质量的前提下，提高生产效率，降低生产成本。例如，通过优化反应气体的输送系统、改进反应腔室的设计等方式，实现更快速、更高效的原子层沉积过程。

另一方面，进一步拓展 ALD 设备可沉积的材料种类也是重要发展方向。目前，ALD 技术已经能够沉积多种金属氧化物、氮化物、硫化物等薄膜材料，但随着各行业对新材料需求的不断涌现，研发能够沉积新型功能材料的 ALD 工艺和设备成为必然趋势。比如，针对量子计算领域对特定超导材料薄膜的需求，以及生物医疗领域对具有特殊生物相容性薄膜的需求，ALD 设备技术需要不断创新以满足这些新兴应用场景。

此外，与其他先进制造技术的融合也是 ALD 设备的发展趋势之一。例如，将 ALD 技术与光刻、刻蚀等半导体制造工艺进行协同集成，实现更复杂、更精细的芯片结构制造；在光伏领域，将 ALD 与其他薄膜制备技术相结合，开发出更高效的电池制备工艺。

六、ALD 设备发展面临的挑战与应对策略

尽管 ALD 设备前景广阔，但在发展过程中也面临着诸多挑战。首先，技术研发难度大、成本高。ALD 设备涉及到高精度的气体控制、复杂的化学反应过程以及对原子级沉积过程的精准监测与控制，每一项技术环节都需要大量的研发投入和长期的技术积累。为应对这一挑战，企业需要加大研发资金投入，吸引和培养高素质的技术人才，同时加强与高校、科研机构的产学研合作，充分利用各方资源加速技术突破。

其次，市场竞争激烈，尤其是在全球市场中，国内企业面临着国际巨头的强大竞争压力。国际企业在品牌影响力、客户资源、技术专利等方面具有先发优势。国内企业需要通过提升产品性能和质量，打造具有差异化竞争优势的产品，同时加强市场推广和品牌建设，提高客户服务水平，逐步提升市场份额。

再者，ALD 设备的应用领域不断拓展，不同领域对设备的性能和工艺要求差异较大，这对设备制造商的定制化研发能力提出了很高要求。企业需要深入了解各应用领域的需求特点，建立灵活的研发体系，能够快速响应客户的定制化需求，提供个性化的设备解决方案。

原子层沉积设备作为半导体及众多高科技领域的关键装备，正处于快速发展的黄金时期。随着技术的不断进步、市场需求的持续增长以及应用领域的日益拓展，ALD 设备必将在推动全球科技进步和产业升级的进程中发挥更加重要的作用。尽管面临诸多挑战，但通过企业、科研机构和政府的共同努力，不断创新突破，ALD 设备行业有望迎来更加辉煌的发展前景。

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