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产品应用 半导体IC制造 半导体清洗的市场机遇

半导体清洗的市场机遇

2022-06-01 26

1、半导体清洗剂产品原理
清洗是贯穿半导体产业链的重要工艺环节,用于去除半导体硅片制造、晶圆制造和封装测试每个步骤中可能存在的杂质,避免杂质影响芯片良率和芯片产品性能。
根据清洗介质的不同,目前半导体清洗技术主要分为湿法清洗和干法清洗两种工艺路线。
湿法清洗——针对不同的工艺需求,采用特定的化学药液和去离子水,对晶圆表面进行无损伤清洗,以去除晶圆制造过程中的颗粒、自然氧化层、有机物、金属污染、牺牲层、抛光残留物等物质,可同时采用超声波、加热、真空等辅助技术手段。湿法清洗过程化学药液基本相同,不同工艺主要差别在于辅助方法,也是湿法清洗工艺的主要难点。
干法清洗——指不使用化学溶剂的清洗技术,主要包括等离子清洗、超临界气相清洗、束流清洗等技术。虽然具有对不同薄膜有高选择比的优点,但可清洗污染物比较单一,不过仍在28nm及更先进技术节点的逻辑产品和存储产品中有重要作用。
2、半导体清洗的技术壁垒及解决方法
虽然清洗步骤中90%使用的都是湿法清洗技术,但在半导体制造中,干法和湿法在短期无法互相替代,并在各自领域向更先进方向发展。湿法清洗的技术壁垒,主要在于容易造成晶圆之间的交叉污染。
先进制程对杂质的敏感度更高,小尺寸污染物的高效清洗更困难。解决的方法主要是增加清洗步骤。根据ACM评估,假设一条月产能在10万片的DRAM产线,良率下降1%,将会导致企业一年3000-5000万美元的损失。所以企业为了提高良率,必然会采用更多的清洗次数。
随着半导体技术的不断进步,半导体器件集成度不断提高,清洗的步骤大幅提高。90nm的芯片清洗工艺约90道,到了20nm清洗工艺达到215道。随着芯片进入16nm以及7nm以下,清洗工艺的道数将会加速增长。

以海力士内存为例,28nm制程中总共需要500-600个工艺,清洗工艺有近200道(其中核心的清洗工艺有40-50道)。随着制程先进工艺越来越先进,在20nm之后,所需的清洗步数会越来越多,时间越来越长,对设备本身的性能要求也越来越高。根据立鼎产业研究网的估算,16nm技术节点工艺步骤约为1000步,7nm技术将超过1500步。
3、全球半导体清洗设备市场规模和竞争形势
从结构来看,单片清洗设备是目前市场的绝对主流,占比74.63%。随着集成电路特征尺寸的进一步缩小,单片清洗设备在40nm以下的制程中的应用会更加广泛,未来的占比有望逐步上升。
根据SEMI数据,2015年全球半导体清洗设备市场规模为26亿美元,当时预计2020年将达37亿美元,复合增长率为7%。预计中国大陆地区每年的湿法清洗设备的空间在15-20亿美元,到2023年清洗机的国产化率可达40%-50%,即国产设备的市场空间在40-70亿元;且预计未来12寸晶圆的槽式和单片式清洗设备将是市场的主要增量。

根据台湾工研院数据,2020年全球半导体清洗设备市场规模为49亿美元,占半导体设备总体市场规模约10%,并将保持稳定增长,2025年将达67亿美元,年均增速6.8%。

全球半导体清洗设备市场高度集中,被DNS、TEL等厂商垄断。2019年,DNS、TEL、LAM与SEMES四家公司合计市场占有率达到97.7%,其中DNS市场份额最高(45.1%)。

4、半导体清洗设备国产替代大势所趋
随着半导体产能转移以及国内半导体整体市场需求增加,中国大陆半导体产业投资增长,销售规模不断增长。基于我国半导体设备对外依存度高的不足,美国对我国采取禁运等措施,国产替代需求迫切。
中美经贸摩擦背景下,推进半导体供应链自主可控是国内半导体设备厂商的历史性机会。终端需求增长+集成电路制造环节国产化趋势,半导体设备需求提升。近年来随着5G、物联网、人工智能、汽车电子等新兴行业的发展,MEMS、化合物、MiniLED芯片、先进封装等半导体需求迅猛增长,也带动了半导体专用设备需求增长。集成电路半导体国产化需求迫切,中芯国际积极扩产也增加了设备需求,我国半导体设备整体国产化率仅为13%,国内厂商替代空间巨大。
近年来,我国半导体清洗设备产业迅速发展,国产化率不断提升。2019年,中国半导体清洗设备招标采购份额中,国内厂商盛美半导体、北方华创、芯源微合计占22%。这个数值远远超过了其他大部分半导体设备的国产化率。作为我国半导体清洗领域的重要参与者,这些国内半导体清洗厂商起步比海外虽然较晚,但追赶势头强劲。