CC扩产预期，北方华创和拓荆的ALD设备能做什么？

（原标题：CC扩产预期，北方华创和拓荆的ALD设备能做什么？）

简要：

1.High-K材料解决追求芯片尺寸变小与漏电之间的物理矛盾

2.引入High-K材料的核心工艺设备——ALD

3.High-K材料的三大技术优势

4.国内ALD厂商：北方华创与拓荆科技之间的竞争

5.设备三剑客：北方华创、中微、拓荆之间竞争与携手共进

6.延申思考：薄膜沉积设备成长路线与空间可能比刻蚀更大、更线性，设备厂第二名竞争还没未定论？

一、High-K材料解决追求芯片尺寸变小与漏电之间的物理矛盾

DRAM最基本的结构就是由一个晶体管（相当于开关）和一个电容（相当于储藏室）组成的单元。

随着芯片尺寸不断缩小（从28纳米缩小到10纳米以下），电容这个的面积（A）急剧减小，但存储能力（电容值C）却不能降低。按照公式：

面积变小了，要维持容量，就只能减薄介质层厚度（d）。但传统硅氧化物（SiO?，介电常数ε_r≈3.9）一旦变得极薄（例如1纳米左右），漏电流就会指数级增加，导致电荷快速流失，数据无法稳定保存。

芯片尺寸缩小（A），与漏电流有着物理上的矛盾，因为引入High-K材料。

所以High-K材料就是介电常数ε_r较高的材料，High-K（高介电常数）材料，就是指介电常数（ε_r）比传统SiO?高数倍甚至十几倍的新材料，如氧化铪（HfO?，ε_r≈25）、氧化锆（ZrO?，ε_r≈30）等。

如果将电容比作“蓄水池”，则介电常数越高，对电子束缚能力加强，电子容量越高，不容易“渗漏”，即便把A面积造得更小，也仍能保持电容C，不必牺牲内壁厚度d。因此在DRAM制造工艺中，High-K材料非常关键。

那该材料是怎么沉积上去的呢？

二、引入High-K材料的核心工艺设备——ALD

主要有以下关键工艺：

1.选材与沉积工艺（ALD）

通过原子层沉积技术（Atomic Layer Deposition, ALD）精确沉积极薄均匀的高K薄膜。

2.界面优化工程

High-K材料与硅晶圆表面直接接触会产生缺陷（就像新粉刷的墙面不光滑），需用特殊处理工艺（例如氮化处理或加入极薄SiO?过渡层）修复这些缺陷，确保“墙面”光滑、平整，提高芯片性能与可靠性。

3.结合3D电容结构

此外，芯片设计师还将High-K材料与立体的圆柱或沟槽结构电容结合，大幅提升有效面积，使电容值进一步增强。

三、High-K材料的三大技术优势

1.性能提升

因为High-K材料厚度更厚，电子“漏出”概率大幅降低，这有效延长了数据保存时间。同时，由于电容充放电效率更高，芯片数据读写速度也提升显著，可适用于更高频的DDR5、LPDDR5甚至未来的DDR6标准。

2.功耗降低

漏电减少，意味着不需要频繁刷新数据，直接降低芯片的动态功耗。同时，厚度增加意味着电场强度减小，也能有效降低静态功耗。

3.工艺兼容性强

现有芯片产线可较平稳地导入ALD沉积High-K材料的步骤，这对于先进制程（如10纳米以下）至关重要。

四、国内ALD厂商：北方华创与拓荆科技之间的竞争

ALD则主要用于45nm及以下薄膜沉积工艺。ALD设备可实现芯片制造工艺中关键尺寸的精度控制，在结构复杂、薄膜厚度要求精准的先进逻辑IC、DRAM和NAND Flash中是必不可少的核心设备之一。

在ALD领域，拓荆科技与北方华创同样推出ALD设备。北方华创的ALD设备主要是Polaris A系列，可用于沉积氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钛、TiN和AlN等多种薄膜的沉积（大多数其实就是所谓的High-K材料）。

拓荆科技在ALD领域国内领先，其产业化的FT-300T面向先进逻辑IC 28-14nmSADP、STI Liner工艺和55-40nm BSU工艺晶圆制造及2.5D/3D先进封装工艺中。不过值得注意的是公司的ALD设备是在PECVD核心技术上根据ALD反应原理，结合理论分析及仿真计算等创新设计而来，属于等离子体增强的ALD设备。公司在研的FT-300T Thermal-ALD设备用于28nm以下节点的氧化铝、AlN等多种金属化合物沉积；FT-300H则是面向12英寸 128层以上3D NAND和19/17nm DRAM存储芯片中氧化硅和SiN介质材料的沉积（也就是所谓的low K 材料，也可以用作栅极沉积）。

意思是就目前而言，在DRAM工艺中，华创的ALD主要用于high-K材料薄膜沉积，而拓荆科技的ALD可以用到栅极。假如某存储大厂扩产，那自然华创ALD需求会更高。

但是不得不承认拓荆的实力强劲：其中PECVD全面覆盖逻辑电路、DRAM存储、Flash闪存制造技术节点产线SiO2、SiN、SiON、BPSG和TEOS等多种通用介质材料薄膜沉积工序，并具备向更先进节点拓展的延伸性。目前国内主流晶圆厂均为公司客户。

五、设备三剑客：北方华创、中微、拓荆之间竞争与携手共进

拓荆的SACVD和PECVD，前者是国内唯一，后者也领先北方华创，但在高密度等离子体增强化学气相沉积（HDP-CVD）和低压化学气相沉积（LPCVD）等CVD设备上，北方华创也是国内的唯一，中微公司MOCVD设备则具备行业领先地位。目前单靠一家公司很难覆盖全部CVD设备，但拓荆科技与北方华创、中微公司三剑合璧，还是有望实现国产设备在CVD设备上的全覆盖，虽然目前这一目的还未实现。

在这里，不得不吐槽一下深圳某公司，在目前国内设备尚不能与国际大厂竞争的背景下，这家深圳公司筹集资金要什么都做，内卷国内厂商。

这家公司可能有无限的资金，也可以挖掘优秀人才。但是，既然实力那么强，就不能学习三剑客的“三剑合璧”、互补携手共进吗？直接攻打国外大厂好不好？

六、延申思考：薄膜沉积设备成长路线与空间可能比刻蚀更大、更线性，设备厂第二名竞争还没未定论？

这是因为沉积工艺是要解决追求极致小尺寸，但是短沟道漏电可能性也在加大，小尺寸与漏电是个物理矛盾，有着很大的优化空间，多种设备配合、优化工艺。例如刚才说拓荆SACVD设备就可以起填补缺陷作用，在先进制程逻辑电路中，发挥很大作用。

而刻蚀领域，我们可以看到中微公布研发进展，是紧跟国际大厂最新工艺做的研发，例如GAA-Nano wire和Nano sheet工艺、甚至更先进的CFET工艺。这些是跟Fin FET(纵向刻蚀堆叠）不一样，GAA、CFET是横向堆叠，全新的工艺（后者CFET可能要2030年量产）。

如果中微能在国际大晶圆厂取得GAA的大订单，那也能迎来爆发。毕竟GAA和CFET需要high NA ***lithography，或许SMIC在新一代工艺突破要延后了。|

相比之下，沉积设备在解决小尺寸与漏电之间物理矛盾过程中，有着更线性的增长预期。（预告一下：必须得为精测电子正名，比中科飞测技术领先太多！！）
$北方华创(SZ002371)$ $中微公司(SH688012)$ $拓荆科技(SH688072)$