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深度解读芯片刻蚀:国产5nm机器安排妥当,2018全球销售额破前史新高

作者:admin 发布时间:2019-05-15 19:38:27 浏览次数:319
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智东西(大众号:zhidxcom)编 | 智东西内参

在芯片制作的许多流程傍边,刻蚀是其间重要的一步,意图是在衬底上留下需求的图形电路。依据海通证券估计,2018年全深度解读芯片刻蚀:国产5nm机器安排妥当,2018全球销售额破前史新高球刻蚀设备商场规模将高达100亿美元左右,并且跟着芯片工艺节点的缩小,刻蚀的进程也进一步增多,对刻蚀机需求越来越大。

现在,国内刻蚀设备供货商正在迎头追逐,2018年12月,中微半导体的5nm等离子体刻蚀机宣告经过台积电验证,将用于全球首条5nm制程生产线。2020年刻蚀机国产率有望到达20%。

本期的智能内参,咱们引荐来自海通证券的半导体职业陈述,对芯片刻蚀设备的先进工艺及世界商场局势进行了剖析。假如想保藏本文的陈述(海通证券-半导体设备职业深度剖析之刻蚀设备:最有望首先完结国产代替),能够在智东西头条号回复要害词“nc354”获取。

以下为智能内参收拾呈现的干货:

刻蚀设备:半导体的“雕刻刀”

半导体产品的加工进程首要包含晶圆制作(前道,Front-End)和封装(后道,Back-End)测验,跟着先进封装技能的浸透,呈现介于晶圆制作和封装之间的加工环节,称为中道(Middle-End)。

由于半导体产品加工工序多,所以在制作进程中需求许多的半导体设备和资料。

而在半导体设备出资中,晶圆处理设备占比最大,依据SEMI估计,2018年晶圆处理设备出资额占全体设备出资份额达81%。

刻蚀环节为芯片制作重要一步。刻蚀是用化学或物理办法有挑选地从硅片外表去除不需求的资料的进程。

刻蚀的根本方针是在涂胶的硅片上正确地仿制掩膜图形。刻蚀的挑选性质来自于:紫外光会损坏抗蚀剂,而掩膜版会遮挡紫外光,这样被掩膜版遮盖的薄膜层就会被保存。

因而,经过物理或许化学刻蚀之后,衬底上留下的图形电路就与掩膜版的形状如出一辙了。

如上图所示,一层结构的加工就需求十几个进程,假如要树立60层的杂乱结构,就需求约1000个加工进程。单个进程的合格率即便到达99.0%,1000个进程后的合格率就趋近于零。因而只要每个进程的合格率均到达99.99%,才干完结整体合格率90%以上。

刻蚀分为干法刻蚀和湿法刻蚀,其间干法刻蚀是干流工艺。

干法刻蚀是把硅片外表露出于气态中,发作等离子体,等离子体经过光刻胶中开出的窗口与硅片发作物理或化学反响(或这两种反响),然后去除露出的外表资料。干法刻蚀是亚微米尺度下刻蚀器材的首要办法。

湿法刻蚀是运用液体化学试剂(如酸、碱和溶剂等)以化学方法去除硅片外表的资料。湿法刻蚀一般只是在尺度较大的情况下(大于3微米)。湿法刻蚀也用于腐蚀硅片上的某些层或用于去除干法刻蚀的残留物。

依照反响原理来区分,干法刻蚀分为三种:

1)物理性刻蚀,又称离子束溅射刻蚀,原理是使带能粒子在强电场下加快,这些带能粒子经过溅射刻蚀效果去除未被维护的硅片外表资料。

2)化学性刻蚀,又称等离子体刻蚀,纯化学刻蚀效果中,经过等离子体发作的自由基和反响原子与硅片外表的物质发作化学反响到达刻蚀的效果。

3)物理化学性刻蚀,即反响离子刻蚀,为物理刻蚀与化学刻蚀混合效果。这种物理和化学混合的效果机理结合了两种效果的长处,能取得较好的线宽操控并有较好的挑选比,因而在大多数干法刻蚀中多选用反响离子刻蚀。

依照被刻蚀的资料,干法刻蚀又能够分为三种:金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀;其间,介质刻蚀运用量最大。

半导体先进制程加快,对刻蚀设备要求进步

刻蚀技能跟着硅片制作技能的开展有了许多改动,最早的圆筒式刻蚀机简略,只能进行有限的操控。

现代等离子体刻蚀机能发作高密度等离子体,具有发作等离子体的独立射频功率源和硅片加偏执电压、终点监测、气体压力和流量操控,并集成对刻蚀参数进行操控的软件。

跟着世界上高端量产芯片从14nm到10nm阶段向7nm、5nm乃至更小的方向开展,当时商场遍及运用的沉溺式光刻机受光波长的约束,要害尺度无法满足要求,有必要选用多重模板工艺,使用刻蚀工艺完结更小的尺度,使得刻蚀技能及相关设备的重要性进一步进步。

下图展现10nm多重模板工艺原理,触及屡次刻蚀。


国内刻蚀设备有望打破世界独占

在晶圆加工的薄膜堆积设备、光刻机、刻蚀机三类中心设备中,刻蚀机国产化率最高,并且比率逐年上升、速度最快。依据SEMI估计,到2020年,国内刻蚀机国产率将到达20%。

除了美国、日本以外,我国现已逐步成为世界第三多半导体设备供货商,现在我国现已有34家配备供给厂家,首要会集在北京、上海与沈阳等地。依据中微半导体创始人尹志尧估计,未来在刻蚀机范畴国产率将达50%;MOCVD范畴未来将达70%国产率。

国内刻蚀机设备厂商首要国内玩家则有中微半导体、北方华创、金盛微纳科技等。现在,国内刻蚀设备供货商有望在打破世界独占。

2018年12月,中微半导体的5nm等离子体刻蚀机宣告经过台积电验证,将用于全球首条5nm制程生产线。而在7nm年代,中微半导体的刻蚀机也进入了台积电的7nm产线。

北方华创则在2016年打破14nm生产技能,而依据其2018年中报,北方华创12英寸90-28纳米集成电路工艺设备已完结了工业化,12英寸14纳米集成电路工艺设备也进入了工艺验证阶段。

世界巨子紧跟半导体制程改动

现在全球刻蚀设备会集度高,美国拉姆研讨(Lam Research)占有半壁河山。

依据Gartner计算,全球前十多半导体设备厂商根本被美国、荷兰和日本厂商所占有,并且在适当长的时间内保持稳定,其间美国的使用资料公司更是稳坐全球龙头方位。

除了拉姆研讨外,现在国外刻蚀机设备厂商首要有使用资料(Applied Materials)、科林研制(KLA-Tencor)、东京电子(TEL)、日立世界(Hitach)、牛津仪器,且均现已能够完结7nm制程。

依据中微半导体招股说明书(申报稿),拉姆研讨、东京电子和使用资料三家商场占比逾越90%。

拉姆研讨1980年建立,1989年便在韩国开设了榜首间办公室,1990年拉姆研讨在我国建立就事结构,依据拉姆研讨2018年年报发表,中日韩三地营收占其营收总份额的80%。紧跟工业搬运趋势,是海外半导体设备公司长盛不衰的重要原因。

经过对拉姆研讨产品端的剖析,能够发现拉姆研讨不断开发新产品以习惯半导体职业对新设备的不断需求。

在刻蚀范畴不断移风易俗,均匀每五年就有新的刻蚀设备呈现。拉姆研讨刻蚀设备宗族现已包括了金属刻蚀、硅刻蚀和介质刻蚀三大系列产品的近20种类型的刻蚀设备,以其产品的灵活性和低成本牢牢占有刻蚀设备全球龙密室逃脱1头的位置。

2018年全球刻蚀设备销售额创前史新高

依据中商工业研讨院,在晶圆处理设备中,刻蚀设备价值量仅次于光刻机,占晶圆设备价值比重在20%左右。

而依据SEMI多半导体工业网征引SEMI数据,估计2018年晶圆处理设备商场空间为502亿美元。因而,海通证券估计2018年全球刻蚀设备销售额在100亿美元左右。

除2008/2009年刻蚀设备销售额跟着全球经济局势呈现较大起伏阑珊之外,2006年至今,刻蚀设备商场规模一直在60亿美元上下动摇。依据SEMI多半导体工业网征引SEMI数据,全球半导体设备销售额将在2018年创纪录,2019年重整,2020年再创深度解读芯片刻蚀:国产5nm机器安排妥当,2018全球销售额破前史新高新高。

从出资视点,我国半导体出资主力正在改动,我国公司对半导体工厂出资逐步逾越外国公司。

从出资方视点看,2017年前,海外世界性公司,如三星、SK海力士、英特尔是国内晶圆工厂建造主力,半导体设备消费也领先于国内其他公司。

2017年后,我国公司出资快速添加,依据SEMI估计,2019和2020年我国公司对国内晶圆工厂的出资将逾越外国公司。

我国区域内,我国厂商半导体前端设备消费将挨近外国厂商。由于我国公司对半导体制作的出资规模逐步挨近外国公司,我国公司的半导体设备消费也逐步挨近外国公司。

2018年,我国公司半导体前端设备消费将到达58亿美元,外国公司将到达67亿美元,这也将是两个数值最挨近的一年。

现在,AI、5G、轿车电子等现已成为半导体工业的新动能。由于有AI和5G中心技能的开展,驱动新的智能使用,带动集成电路的需求及添加,所以未来半导体工业仍会继续生长。

从14nm到5nm器材加工,刻蚀进程会添加近乎三倍,对设备提出更高要求。14nm工艺节点等离子刻蚀机刻蚀进程为65步,而在5nm节点下,刻蚀进程数到达了150步。

关于刻蚀设备而言,跟着工艺节点的不断缩小,一是需求更精细的加工精度来匹配先进制程,二是需求更高的刻蚀速度来完结更多的进程要求。因而先进制程对刻蚀设备的要求明显进步。

工程建造出资顶峰到来,我国半导体设备商场规模扩展。依据各深度解读芯片刻蚀:国产5nm机器安排妥当,2018全球销售额破前史新高公司官网数据,海通证券计算我国在建或方案建造的半导体工厂刻蚀设备出资额度约为449亿元。

智东西以为,相关于光刻机,刻蚀机的研制难度要小一些,国内不断开展的刻蚀设备厂商有望打破世界独占,打入全球中心商场。但与此同时,刻蚀机也是除光刻机以外最要害的设备,跟着以我国为代表的全球半导体商场需求进一步添加、以及先进工艺关于刻蚀设备的需求增多,这一昌盛繁荣的商场有望在近年来再创新高。

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