制造技术可分为哪三大类(掐脖子关键——半导体设备行业基本情况)

一、半导体设备概况

半导体产业的核心在于制造，制造的核心是工艺，而工艺的核心是设备与材料。半导体设备、材料与半导体工艺相辅相成，相互制约，半导体设备对晶圆制造商来说，更是取得制程技术突破的关键。

根据工艺流程，半导体设备主要分为制造设备和封测设备两类。其中，制造设备主要用于硅片制造和芯片制造环节，包括长晶炉、外延炉、光刻机、刻蚀机、扩散/氧化/退火设备、离子注入机、薄膜沉积设备等；封测设备主要用于芯片封装测试环节，包括划片机、引线键合机、测试机、探针台、分选机等。

半导体产业链如下图所示：

根据SEMI国际半导体产业协会数据，2021年全球半导体设备市场规模为1,026亿美元，同比增长44.10%；SEMI预测2022年全球半导体制造设备营收有望创下新高，达到1,175亿美元，同比增长14.7%。2021年中国大陆和中国台湾半导体设备规模分别为296.2亿美元和249.4亿美元，分别占全球市场的28.86%和24.30%，中国大陆连续两年成为全球半导体设备第一大市场，2021年全球半导体设备市场份额如下图所示：

资料来源：SEMI国际半导体产业协会

二、主要半导体设备简介

SiC外延设备、MOCVD设备、Si外延设备均属于外延生长设备。刻蚀设备、扩散/氧化/退火设备属于集成电路制造设备。各类主要设备如下：

1、外延生长设备

晶圆制备包括衬底制备和外延生长两大环节，衬底是由半导体单晶材料制造而成的晶圆片，外延是指在单晶衬底上生长一层新单晶的过程。由于新生单晶层按照衬底晶相生长，从而被称之为外延层，而经过外延生长的晶圆被称为外延片。

外延生长工艺设计的主要设备按照外延材料及其状态可分为金属有机化合物化学气相外延设备（MOCVD），高温化学气相外延设备（HTCVD，包括SiC外延设备、Si外延设备）和分子束外延设备（MBE），具体如下表：

资料来源：YoleDévelopment

根据Gartner数据，2022年全球MOCVD设备市场规模为5.66亿美元，HTCVD设备市场规模为18.69亿美元。

2、集成电路制造设备

1）刻蚀设备

集成电路制造过程中，刻蚀是与光刻相联系的图形化处理的一种主要工艺，工艺顺序位于光刻之后，先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理，然后将晶圆表面通过化学或物理方法腐蚀处理掉所需除去的部分，目标是在涂胶的晶圆上正确地复制掩模图形，该步骤是半导体晶圆制造中的关键步骤，其先进程度也直接影响了晶圆厂先进制程芯片生产能力以及芯片的应用性能。

干法刻蚀在半导体刻蚀中占据绝对主流地位，市场占比达到90%，根据Gartner数据，2022年全球干法刻蚀设备市场规模为209.44亿美元，为规模最大的集成电路制造设备市场之一。

2）扩散/氧化/退火设备

集成电路制造过程中，热处理工艺应用于半导体制程的氧化、扩散和退火环节。氧化环节是将晶圆放置于氧化剂的氛围中进行高温热处理，在晶圆表面发生化学反应形成氧化膜的过程；扩散环节是指在高温条件下，利用热扩散原理将杂质元素掺入硅衬底从而改变硅材料的电学特性的过程；退火环节是指修复离子注入带来的晶格缺陷的过程。集成电路热处理设备包括快速热处理设备（RapidThermalProcessing，RTP）、氧化/扩散设备（含卧式炉、立式炉）和栅极堆叠（GateStack）设备。

根据Gartner数据，2022年全球热处理设备市场规模合计28.75亿美元，其中快速热处理设备市场规模为13.49亿美元，氧化/扩散设备市场规模为9.60亿美元。