半导体薄膜沉积设备:技术革新与产业驱动下的发展

在半导体制造的复杂工艺链条中,薄膜沉积设备占据着举足轻重的地位,与光刻机、刻蚀设备并称为集成电路前道生产工艺的三大关键设备。随着半导体产业朝着更高性能、更小尺寸的方向持续迈进,薄膜沉积设备的技术革新与产业应用正经历着深刻变革。

从技术层面来看,原子层沉积(ALD)技术近年来取得了重大突破。以微导纳米为例,作为国内原子层沉积设备的领军企业,其研发的 ALD 量产设备已成功应用于欧洲新型车载芯片的生产。ALD 技术凭借自限制化学反应机制,实现了原子级别的薄膜生长控制,在高深宽比结构的薄膜沉积方面表现卓越,能够满足先进制程对纳米级结构精确制造的严苛需求。这种技术不仅可精确控制薄膜厚度在几纳米范围内,且能保证成分均匀性,极大提升了薄膜质量,为高 k 栅极介质层等关键结构的制备提供了可靠方案 。

半导体薄膜沉积设备

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与此同时,化学气相沉积(CVD)技术也在不断演进。PECVD 技术通过引入等离子体,降低了化学反应温度,拓宽了可沉积材料范围,提高了薄膜沉积速率。在半导体制造中,常用于沉积氮化硅、二氧化硅等绝缘薄膜以及多晶硅等半导体材料 。而金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在化合物半导体薄膜生长方面优势显著,能精确控制薄膜成分和掺杂浓度,生长出高质量的氮化镓、砷化镓等外延层,是 5G 射频芯片、光电子芯片制造的核心技术 。

PECVD

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在产业应用领域,薄膜沉积设备广泛服务于半导体的各个细分领域。在集成电路制造中,从晶体管的栅极金属化到多层互连结构的构建,都离不开薄膜沉积技术。随着芯片制程向 3nm、2nm 甚至更小尺寸推进,对薄膜沉积设备的精度和性能要求达到了前所未有的高度。例如在先进制程的逻辑芯片制造中,需要薄膜沉积设备在极小的关键结构尺寸上实现高精度的薄膜沉积,以降低电阻、减少信号传输延迟,提升芯片的整体性能 。

在存储芯片领域,薄膜沉积设备同样发挥着关键作用。随着 3D NAND 闪存技术的发展,对高深宽比孔内的薄膜沉积质量和均匀性提出了极高要求。ALD 和 CVD 等先进薄膜沉积技术能够满足这一需求,确保存储芯片的存储密度和读写性能不断提升 。

在化合物半导体领域,如氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等宽禁带半导体材料,因其优异的电学性能在功率器件、5G 通信等领域具有广阔应用前景。MOCVD 等设备用于生长高质量的化合物半导体外延层,对于提高功率器件的效率、降低能耗以及提升 5G 通信设备的性能至关重要 。

从市场格局来看,全球半导体薄膜沉积设备市场呈现出高度集中的态势,少数国际巨头占据了主要市场份额。然而,近年来国内企业如微导纳米、拓荆科技等不断崛起,凭借持续的技术创新和产品研发,逐渐在国内市场站稳脚跟,并开始向国际市场拓展。拓荆科技通过多年深耕,形成了 PECVD、ALD 等多种设备产品系列,其核心技术及关键性能指标已达到国际同类设备先进水平,产品在客户端广泛应用 。

随着国内半导体产业的快速发展以及国家对半导体设备自主可控的高度重视,国内半导体薄膜沉积设备企业迎来了难得的发展机遇。一方面,国内企业能够更贴近本土客户需求,提供定制化的设备解决方案和更及时的技术支持;另一方面,国内完善的产业链配套和日益增长的研发投入,为企业的技术创新提供了有力支撑 。

半导体薄膜沉积设备在技术革新与产业应用的双重驱动下,正朝着更高精度、更高效率、更广泛材料适应性的方向发展。国内企业有望借助产业发展东风,不断缩小与国际先进水平的差距,在全球半导体薄膜沉积设备市场中占据更重要的地位,为我国半导体产业的自主可控发展贡献力量 。

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