光刻设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备是半导体前道生产工艺中的三大核心设备。
薄膜沉积技术是指在硅片衬底上沉积一层待处理的薄膜材料，所沉积薄膜材料可以主要分为：介质材料（二氧化硅、氮化硅、多晶硅等）、金属材料（铜、钨、钛、氮化钛等）和半导体材料（单晶硅、多晶硅等）。薄膜沉积设备主要负责各个步骤当中介质层与金属层的沉积，具体包括化学气相沉积（CVD）设备、物理气相沉积（PVD）设备、电镀设备和原子层沉积（ALD）设备，其中ALD又是属于CVD的一种，主要应用于先进制程工艺节点。从沉积效果看，PVD是指向性沉积，适合沉积金属材料，而CVD和ALD的沉积覆盖性较好，适合沉积介质材料，其中ALD对薄膜厚度控制精准度高，但沉积速度较慢。
CVD设备分类及介绍
PVD设备分类及介绍
薄膜沉积是决定半导体薄膜性能的关键，其工艺和设备壁垒较高。
主要因为：
1）芯片由不同模块工艺集成，薄膜沉积是大多数模块工艺的关键步骤，薄膜本身在不同模块/器件中的性能要求繁多且差异化明显；
2）薄膜沉积工艺需要满足不同薄膜性能要求，新材料出现或器件结构的改变要求不断研发新的工艺或设备；
3）更严格的热预算要求更低温的生长工艺，薄膜性能不断提升要求设备具备更好集成度，另外，沉积过程还要考虑沉积速率、环境污染等指标。
常见的薄膜主要分为半导体、介质、金属三大类，薄膜种类针对不同场景有不同侧重。半导体薄膜应用范围有限，主要应用于制备源/漏极的沟道区、单晶外延层和MOS栅极等；介质薄膜应用范围最广泛，主要用于前段的浅槽隔离、栅氧化层、侧墙、阻挡层、金属层前介质层，后段的金属层间介质层、刻蚀停止层、阻挡层、抗反射层、钝化层等，也可以用于硬掩膜；金属薄膜则主要用于金属栅极、金属层、焊盘，金属化合物薄膜主要用于阻挡层、硬掩膜等。
判断薄膜工艺/设备性能的主要指标
先进制程使得晶圆制造的复杂度和工序量大幅提升，当线宽向7nm及以下制程发展，需要采用多重曝光工艺，薄膜沉积次数明显增加。在90nmCMOS芯片工艺中，大约需要40道薄膜沉积工序。在3nmFinFET工艺产线，大约需要超过100道薄膜沉积工序，涉及的薄膜材料由6种增加到近20种，对于薄膜颗粒的要求也由微米级提高到纳米级，进而拉动晶圆厂对薄膜沉积设备需求量的增加。
逻辑芯片制造工艺极为复杂，工艺制程的不断缩小尤其是在22nm以下，所需制造设备精准度大幅提升，随之设备成本也会越来越高，所需的薄膜沉积设备数量越多。中芯国际180nm8寸晶圆产线每万片月产能需要CVD设备及PVD设备分别为9.9台和4.8台，更先进的90nm12寸晶圆产线每万片月产能需要CVD设备和PVD设备分别为42台和24台。
在FLASH存储芯片领域，随着主流制造工艺已由2DNAND发展为3DNAND结构，结构的复杂化导致对于薄膜沉积设备的需求量逐步增加。而随着3DNANDFLASH芯片的堆叠层数不断增高，每层堆叠均需要经过薄膜沉积工艺步骤，对于薄膜沉积设备的需求也随之增加。根据东京电子（TEL）披露，在FLASH芯片产线的资本开支占比重，2D时代的薄膜沉积设备占比为18%，3D时代的占比为26%。同时，随着层数的不断增加，深宽比进一步扩大，需要的ALD设备更多。
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