鲜为人知的半导体清洗设备
来源:admin 时间:2020-09-14 22:01 浏览次数:

  

  国产半导体清洗设备厂商迎来职业扩容和国产代替的两层机会。

  出品|每日财报

  作者|刘雨辰

  当咱们议论芯片工业时,首要想到的便是光刻、刻蚀、堆积、离子注入、化学机械抛光(CMP)等工艺,在曩昔的一段时间内,《每日财报》根本对这些环节完结了掩盖。

  今日要讲的是一个看起来不起眼但相同重要的环节——清洗。半导体清洗首要是为了去除芯片出产中产生的各种沾污杂质,是芯片制作中进程最多的工艺,简直贯穿整个作业流程。因为硅片的加工进程对洁净度要求十分高,一切与硅片触摸的前言都可能对硅片形成污染,硅片清洗的好坏对器材功用有严峻的影响,因而简直每一步加工都需求铲除沾污。

  在很多人看来,芯片出产中所用的清洗设备好像并没有什么技能门槛,也就没有那么大的价值,但现实却并非如此,芯片制作是一个极端杂乱和精美的工业,任何一环出现问题都会前功尽弃。

  在半导体设备商场中,晶圆制作设备收买大约占全体的80%,测验设备大约占9%,封装设备大约占7%,其他设备大约占4%,一起清洗设备在晶圆制作设备中的收买费用占比约为6%,因而能够推算出清洗设备约占半导体设备出资的4.8%。

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  芯片良率的“警卫”

  芯片制作需求在无尘室中进行,如果在制作进程中,有沾污现象,将影响芯片上器材的正常功用。据估计,80%的芯片电学失效都是由沾污带来的缺点引起的。沾污杂质是指半导体制作进程中引进的任何损害芯片成品率及电学功用的物质,详细的沾污包含颗粒、有机物、金属和天然氧化层等。

  一般来说,工艺越精细关于控污的要求越高,并且难度越大,跟着半导体芯片工艺技能节点进入28纳米、14纳米等更先进等级,工艺流程的延伸且越趋杂乱,产线成品率也会随之下降。形成这种现象的一个原因便是先进制程对杂质的敏感度更高,小尺度污染物的高效清洗更困难,处理的办法首要是添加清洗进程。在80-60nm制程中,清洗工艺大约100多个进程,而到了10nm制程,增至200多个清洗进程。

  依据清洗介质不同,半导体清洗技能首要分为湿法清洗和干法清洗两种工艺道路。湿法工艺是运用各种化学药液与晶圆外表各种杂质粒子产生化学反应,生成溶于水的物质,再用高纯水冲刷,顺次去除晶圆外表各种杂质。干法工艺是不选用溶液的清洗技能,经过等离子清洗技能、汽相清洗技能或束流清洗技能来去除晶圆外表的杂质。

  湿法工艺在到达晶圆外表的洁净度和滑润度方面一般优于干法工艺,并且是现在单晶圆清洗运用的规范工艺,应用于晶圆制作进程中90%以上的清洗进程。

  清洗设备首要能够分为单片清洗设备和槽式清洗机,槽式清洗机用于批量处理晶圆,单片清洗设备能够针对单个晶圆的清洗进行条件优化。

  需求留意的是,单片清洗设备是现在商场的肯定干流。在曩昔的十年间,寻求提高清洗质量的晶圆制作商逐渐从批量清洗设备转向单片清洗设备。2019年,单片清洗设备的占比到达75%,并且跟着集成电路特征尺度的进一步缩小。单片清洗设备的运用愈加广泛,未来占比有望逐渐提高。

  比如说,当工艺尺度到达14nm之后,存储技能将会到达尺度缩小的极限,存储芯片逐渐从二维(2D)结构向三维(3D)结构推动。

  例如在3D NAND(计算机闪存设备)制作工艺中,需将本来2D NAND中二维平面横向摆放的串联存储单元改为笔直摆放,经过添加立体层数,处理平面上难以微缩的工艺问题,堆叠层数也从32层、64 层向128层开展。

  存储技能从2D向3D改变,清洗晶圆外表的基础上,还需在无损情况下清洗内部污染物,对清洗设备提出了更高的技能要求,清洗设备单台价值量不断提高,依据SEMI的猜测,清洗设备商场未来几年复合增长率为6.8%。

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  本乡三强渐至佳境

  全球清洗设备商场规划超30亿美元,大陆商场约7亿美元,但与芯片工业的其他工艺相似,现在全球半导体清洗设备商场相同被国外公司独占。数据显现,全球的清洗设备商场根本由国外的几家巨子把控,特别是日本企业。其间迪恩士、东京电子、拉姆研讨是全球半导体清洗设备龙头,2019年CR3挨近90%。迪恩士(DNS)是肯定龙头,全球比例达50%,国内公司中,盛美股份、北方华创(002371,股吧)2019年全球比例别离为3%、1%。

  国内从事半导体清洗设备的公司首要有盛美半导体、北方华创、至纯科技(603690,股吧)等。客观的点评,国内企业规划和产品竞争力与世界闻名企业依然存在较大距离。比如说,国外单片晶圆清洗设备已开展到12个、16个腔体、对应的隶属设备的介质供给也越多,可满意智能化、软件操控、压力平等和清洗后的寄存等需求,而国产湿法清洗设备从品种和功用上现在能完结的部分较为有限。但现在本乡企业的开展现已渐至佳境,咱们别离介绍一下。

  1998年,盛美半导体在美国硅谷建立,是国家千人专家王晖博士为代表的清华校友所创建的,2006 年9月与上海市政府合资建立了盛美半导体设备(上海)有限公司。

  盛美股份是国内半导体清洗设备龙头企业,主攻单片清洗设备。2015年,公司出产的12英寸45纳米半导体单片晶圆清洗设备交给韩国闻名存储器厂商海力士,成为国内首台具有自主知识产权的高端12英寸半导体设备,打破了国产设备在海外出售的零记载。

  2019年盛美股份在全球单片清洗设备比例达4%。依据中国世界投标网的数据,长江存储第14-38批设备投标中,发布了88台清洗设备中标名录,其间迪恩士、盛美股份、拉姆研讨占有榜单前三,中标台数别离为25台、18台、16台,比例别离为28%、20%、18%。盛美股份取得20%的清洗设备比例,远高于其全球3%的比例。

  本年6月份,盛美股份科创板IPO请求现已获上交所受理。财务数据显现,2017-2019年,盛美股份收入别离为2.54亿元、5.5亿元、7.57 亿元,CAGR 为72.4%,归母净利润别离为1086万元、9253万元、1.35亿元,CAGR 为252.4%,不出意外的话公司会顺畅上市。

  北方华创是2015年由七星电子和北方微电子战略重组而成,由此形成了半导体配备、真空配备、新能源锂电配备及精细元器材四个工作群。2017 年北方华创收买了美国硅片清洗公司Akion,在原有清洗设备的基础上进行了整合。现在公司首要清洗设备产品为单片和槽式清洗设备,现在有Saqua 系列12英寸单片清洗机和Bpure系列全自动槽式清洗机,能够用于90-28nm芯片出产。2019年,北方华创在槽式清洗设备比例达7%。

  至纯科技根据本身作为半导体工业高纯工艺体系集成商堆集的优势,经过结构优化和工艺延伸,投身于本乡集成电路工艺配备工作。公司于 2015年开端发动湿法工艺配备研制,2016年建立院士工作站,2017年建立独立的半导体湿法工作部。

  最新的数据显现,2020年上半年,至纯科技的单片清洗和槽式湿法设备在二季度出机超过了十台,而上一年全年才完结近20台设备装机,交给速度显着加快,并且客户已扩展到国内外半导体职业如中芯世界、德州仪器、台湾力晶等闻名企业。

  现在至纯科技的单片湿法清洗设备在晶圆外表颗粒清洗才能以及每小时的产出量上,机台功用和工艺将能够支撑到14nm以下的工艺技能节点。至纯科技在互动渠道上表明,公司的槽式湿法设备在质量上与世界水平适当甚至优于世界水平。

  在《每日财报》看来,国产半导体清洗设备厂商迎来职业扩容和国产代替的两层机会。首要,跟着芯片工艺的前进及芯片结构的杂乱化,清洗设备量价齐升,职业规划有望进一步扩容;其次,获益于国内芯片产线的加快建造和产能爬坡,国内清洗设备厂商经过差异化道路追逐,比例有望快速提高。

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