薄膜沉積技術是半導體、光伏等行業發展的關鍵工藝。薄膜沉積技術是指將在真空下用各種方法獲得的氣相原子或分子在基體材料表面沉積以獲得離層被膜的技術。它既適合于制備超硬、耐蝕、耐熱、抗氧化的機械薄膜，又適合于制備磁記錄，信息存儲、光敏、熱敏、超導、光電轉換等功能薄膜；此外，還可用于制備裝飾性鍍膜。近20年來，薄膜沉積技術得到了飛速發展，現已被廣泛應用于機械、電子、裝飾等領域。薄膜沉積技術根據成膜機理的不同，主要分為物理、化學、外延三大工藝。

● CVD設備種類繁多，當前PECVD為主流技術，未來有望進一步提升。CVD是指利用氣態或蒸汽態的物質在氣相或氣固界面上發生反應生成固態沉積物的過程，是近幾十年發展起來的制備無機材料的新技術。化學氣相淀積法已經廣泛用于提純物質、研制新晶體、淀積各種單晶、多晶或玻璃態無機薄膜材料。這些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素間化合物，而且它們的物理功能可以通過氣相摻雜的淀積過程精確控制。CVD鍍膜重復性和臺階覆蓋性較好，可用于SiO2、Si3N4、PSG、BPSG、TEOS等介質薄膜，以及半導體、金屬（W）、各類金屬有機化合物薄膜沉積。CVD種類繁多，根據腔室壓力、外部能量等不同，可大致分為 APCVD、LPCVD、SACVD、 PECVD、MOCVD等類別。CVD設備反應源容易獲得、鍍膜成分多樣、設備相對簡單、特別適用于在形狀復雜的零件表面和內孔鍍膜。

● PVD設備沉積速度快、沉積溫度低、物理手段對環境友好、更適應硬質合金精密復雜刀具的涂層。PVD是指在真空條件下利用高溫蒸發或高能粒子等物理方法轟擊靶材，使靶材表面原子“蒸發"并沉積在襯底表面，沉積速率高，一般適用于各類金屬、非金屬、化合物膜層的平面沉積。按照沉積時物理機制的差別，物理氣相沉積一般分為真空蒸發鍍膜技術、真空濺射鍍膜、離子鍍膜和分子束外延等。近年來，薄膜技術和薄膜材料的發展突飛猛進、成果顯著，在原有基礎上，相繼出現了離子束增強沉積技術、電火花沉積技術、電子束物理氣相沉積技術和多層噴射沉積技術等。

● 半導體制程精進&光伏新技術推進，國產薄膜沉積設備迎來發展契機。觀研報告網數據顯示，薄膜沉積設備市場規模將從2019年的155億美元增長到2025年的340億美元，2019-2025年預計復合增長率近14%。根據觀研報告網2019年數據顯示，PECVD設備在總設備中為33%、濺射PVD為19%、ALD和管式CVD均為11%；SACVD是較新興的設備類型，屬其他薄膜沉積設備類目下，占比較小。整體而言，PECVD正成為化學氣相沉積的主流技術，未來水平有望進一步提升。

薄膜沉積技術是指將在真空下用各種方法獲得的氣相原子或分子在基體材料表面沉積以獲得離層被膜的技術。它既適合于制備超硬、耐蝕、耐熱、抗氧化的機械薄膜，又適合于制備磁記錄，信息存儲、光敏、熱敏、超導、光電轉換等功能薄膜；此外，還可用于制備裝飾性鍍膜。近20年來，薄膜沉積技術得到了飛速發展，現已被廣泛應用于機械、電子、裝飾等領域。

薄膜沉積技術根據成膜機理的不同，主要分為物理、化學、外延三大工藝。①物理氣相沉積：利用熱蒸發或受到粒子轟擊時物質表面原子的濺射等物理過程，實現物質原子從源物質到襯底材料表面的轉移；②化學氣相沉積：通過混合化學氣體發生化學反應，在襯底表面沉積薄膜，較PVD臺階覆蓋率更好、沉積溫度更低、薄膜成分和厚度更容易控制；③外延工藝：在晶片等單晶襯底上按照單晶襯底晶向生長單晶薄膜的工藝過程。

 1 化學氣相沉積（CVD）

化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition 簡稱CVD) 是利用氣態或蒸汽態的物質在氣相或氣固界面上發生反應生成固態沉積物的過程。化學氣相淀積是近幾十年發展起來的制備無機材料的新技術。化學氣相淀積法已經廣泛用于提純物質、研制新晶體、淀積各種單晶、多晶或玻璃態無機薄膜材料。這些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素間化合物，而且它們的物理功能可以通過氣相摻雜的淀積過程精確控制。

化學氣相沉積過程分為三個重要階段：反應氣體向基體表面擴散、反應氣體吸附于基體表面、在基體表面上發生化學反應形成固態沉積物及產生的氣相副產物脫離基體表面。見的化學氣相沉積反應有:熱分解反應、化學合成反應和化學傳輸反應等。

化學氣相沉積（CVD）特點：

（1）沉積物種類多: 可以沉積金屬薄膜、非金屬薄膜，也可以按要求制備多組分合金的薄膜，以及陶瓷或化合物層；（2）CVD反應在常壓或低真空進行，鍍膜的繞射性好，對于形狀復雜的表面或工件的深孔、細孔都能均勻鍍覆；（3）能得到純度高、致密性好、殘余應力小、結晶良好的薄膜鍍層；（4）由于薄膜生長的溫度比膜材料的熔點低得多，由此可以得到純度高、結晶的膜層，這是有些半導體膜層所必須的；（5）利用調節沉積的參數，可以有效地控制覆層的化學成分、形貌、晶體結構和晶粒度等；（6）設備簡單、操作維修方便；（7）反應溫度太高，一般要850-1100℃下進行，許多基體材料都耐受不住CVD的高溫。采用等離子或激光輔助技術可以降低沉積溫度。

CVD設備種類及其特點

化學氣相沉積的方法很多，如常壓化學氣相沉積(APCVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、超高真空化學氣相沉積(UHVCVD)、激光誘導化學氣相沉積(LCVD)、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)，等離子體化學氣相沉積（PECVD）等。

? 低壓化學氣相沉積（Low pressure CVD，LPCVD）

低壓化學氣相沉積法(LPCVD)的設計就是將反應氣體在反應器內進行沉積反應時的操作壓力，降低到大約133Pa以下的一種CVD反應。

LPCVD設備特點：LPCVD低壓高熱環境提高了反應室內氣體擴散系數和平均自由程，極大提高了薄膜均勻性、電阻率均勻性和溝槽覆蓋填充能力。另外低壓環境下氣體物質傳輸速率較快，襯底擴散出的雜質和反應副產物可迅速通過邊界層被帶出反應區，反應氣體則可迅速通過邊界層到達襯底表面進行反應，因此在有效抑制自摻雜同時還可提高生產效率。再者LPCVD并不需要載子氣體，因此大大降低了顆粒污染源，被廣泛地應用在高附加價值的半導體產業中，用作薄膜的沉積。

LPCVD設備新的研發方向：低應力、多功能。對于很多微機械加工的常用材料，如氮化硅、多晶硅等，應力是不可避免的，在一些精密的MEMS工藝中需要較低的薄膜應力，以保證較小的器件形變。

（1）通過獨特的氣路、腔體結構設計，配合相應的工藝配方，成功實現了薄膜應力在較大范圍內可控制，解決了由于薄膜應力存在，引起的變形、光學和力學性能改變的問題。

（2）滿足客戶對TEOS低壓熱解法工藝需求，對不同成膜速率多晶硅工藝需求并保證成膜均勻性和硅片翹曲度要求。

（3）多功能LPCVD設備與傳統方式對比具有獨特的技術，包括良好的薄膜工藝均勻性和重復性、獨特的過濾系統保證腔室和器件具有良好的潔凈度并易于維護、的顆粒控制技術、高精度溫度場控制及良好的溫度重復性、完整的工廠自動化接口、高速的數據采集算法等，同時具有豐富行業經驗和成熟的配套工藝可滿足客戶對LPCVD設備需求。

主要出售的廠商國內有合肥科晶、Tokyo Electron、北方華創等。

?等離子體化學氣相沉積（Plasma enhanced CVD，PECVD）

PECVD是在等離子體過程中，氣態前驅物在等離子體作用下發生離子化，形成激發態的活性基團，這些活性基團通過擴散到達襯底表面，進而發生化學反應，完成薄膜生長。

PECVD設備的性能指標主要包括：生長薄膜的均勻性，致密性，以及設備產能。要保證生長薄膜的質量，除了要保證設備的穩定性外，還必須掌握和精通其工藝原理及影響薄膜質量的各種因素，影響PECVD工藝質量的因素主要有以下幾個方面：（1）極板間距和反應室尺寸。起輝電壓：間距的選擇應使起輝電壓盡量低，以降低等離子電位，減少對襯底的損傷。極板間距和腔體氣壓：極板間距較大時，對襯底的損傷較小，但間距不宜過大，否則會加重電場的邊緣效應，影響淀積的均勻性。反應腔體的尺寸可以增加生產率，但是也會對厚度的均勻性產生影響。（2）射頻電源的工作頻率。射頻PECVD通常采用50kHz-13.56MHz頻段射頻電源，頻率高，等離子體中離子的轟擊作用強，淀積的薄膜更加致密，但對襯底的損傷也比較大。高頻淀積的薄膜，其均勻性明顯好于低頻，這時因為當射頻電源頻率較低時，靠近極板邊緣的電場較弱，其淀積速度會低于極板中心區域，而頻率高時則邊緣和中心區域的差別會變小。（3）射頻功率。射頻的功率越大離子的轟擊能量就越大，有利于淀積膜質量的改善。因為功率的增加會增強氣體中自由基的濃度，使淀積速率隨功率直線上升，當功率增加到一定程度，反應氣體電離，自由基達到飽和，淀積速率則趨于穩定。（4）氣壓。形成等離子體時，氣體壓力過大，單位內的反應氣體增加，因此速率增大，但同時氣壓過高，平均自由程減少，不利于淀積膜對臺階的覆蓋。氣壓太低會影響薄膜的淀積機理，導致薄膜的致密度下降，容易形成針狀態缺陷；氣壓過高時，等離子體的聚合反應明顯增強，導致生長網絡規則度下降，缺陷也會增加。（5）襯底溫度。襯底溫度對薄膜質量的影響主要在于局域態密度、電子遷移率以及膜的光學性能，襯底溫度的提高有利于薄膜表面懸掛鍵的補償，使薄膜的缺陷密度下降。襯底溫度對淀積速率的影響小，但對薄膜的質量影響很大。溫度越高，淀積膜的致密性越大，高溫增強了表面反應，改善了膜的成分。

高產能管式PECVD市場需求強勁。晶硅電池市場上對高產能管式PECVD設備的需求量巨大且迫切，高產能管式PECVD順勢產生。它即將為晶硅電池制造商降低綜合成本起到重要作用，為晶硅電池太陽能電池的更快發展創造更大的內生動力。

高產能管式PECVD設備，單臺設備可容納5個工藝管，單管產能已達到400片，幾乎不需增加工藝時間，能適用于156-162mm規格的硅片，單臺產能可滿足110MW以上的生產線，成膜均勻性良好。

主要出售的廠商有Oxford Instruments（牛津儀器）、Lam research（柯林研發）、Applied Materials（應用材料）、北方華創、沈陽拓荊等。

? 原子層化學氣相沉積（ALCVD）

ALD是一種可以將物質以單原子膜形式一層一層的鍍在基底表面的方法。原子層沉積與普通的化學沉積有相似之處。但在原子層沉積過程中，新一層原子膜的化學反應是直接與之前一層相關聯的，這種方式使每次反應只沉積一層原子。

原子層化學氣相沉積的自限制性和互補性致使該技術對薄膜的成份和厚度具有出色的控制能力，所制備的薄膜保形性好、純度高且均勻。成膜影響因素有：（1）ALD過程通常存在初始沉積和后續生長兩個不同的沉積階段，薄膜的生長模式分別表現為島狀生長和層狀生長，其中初始沉積階段對薄膜形態有著不可忽略的影響。（2）改變工藝條件結果表明薄膜的粗糙度受前驅體溫度、反應室真空度、基片溫度等多種因素的影響 。其中基片溫度對初始沉積時間和生長速率的影響顯著。在溫度窗口內，基片溫度越低，薄膜生長越緩慢，初始沉積時間越長，表面粗糙度增加；隨著基片溫度的升高，初始沉積過程越短暫，薄膜很快封閉，溫度越高，生長速率越趨近于單分子層循環，表面粗糙度也越小。

主要出售的廠商有First Nano（德國韋氏納米）、Applied Materials（應用材料）、Tokyo Electron（東京電子）等。

CVD設備主要應用領域

CVD設備應用領域廣泛，在制備保護層、晶體薄膜、微電子材料層、光學材料等領域處于的地位。

 2 物理氣相沉積（PVD）

物理氣相沉積（PVD）指的是利用某種物理的過程，如物質的熱蒸發或在受到粒子束轟擊時物質表面原子的濺射等現象，實現物質從源物質到薄膜的可控的原于轉移過程。

PVD技術出現于二十世紀七十年代末，制備的薄膜具有高硬度、低摩擦系數、很好的耐磨性和化學穩定性等優點。最初在高速鋼刀具領域的成功應用引起了世界各國制造業的高度重視，人們在開發高性能、高可靠性涂層設備的同時，也在硬質合金、陶瓷類刀具中進行了更加深入的涂層應用研究。

物理氣相沉積技術基本原理可分三個工藝步驟：(1)鍍料的氣化：即使鍍料蒸發，升華或被濺射，也就是通過鍍料的氣化源；(2)鍍料原子、分子或離子的遷移：由氣化源供出原子、分子或離子經過碰撞后，產生多種反應；(3)鍍料原子、分子或離子在基體上沉積。

PVD設備種類及特點

按照沉積時物理機制的差別，物理氣相沉積一般分為真空蒸發鍍膜技術、真空濺射鍍膜、離子鍍膜和分子束外延等。近年來，薄膜技術和薄膜材料的發展突飛猛進、成果顯著，在原有基礎上，相繼出現了離子束增強沉積技術、電火花沉積技術、電子束物理氣相沉積技術和多層噴射沉積技術等。

? 真空蒸鍍及濺射鍍膜

真空蒸發鍍膜法(簡稱真空蒸鍍)是在真空室中，加熱蒸發容器中待形成薄膜的原材料使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸汽流，入射到固體(稱為襯底或基片)表面，凝結形成固態薄膜的方法。

濺射鍍膜是指在真空條件下，利用獲得功能的粒子轟擊靶材料表面，使靶材表面原子獲得足夠的能量而逃逸的過程稱為濺射。被濺射的靶材沉積到基材表面，就稱作濺射鍍膜。濺射鍍膜中的入射離子，一般采用輝光放電獲得，在10-2Pa～10Pa范圍，所以濺射出來的粒子在飛向基體過程中，易和真空室中的氣體分子發生碰撞，使運動方向隨機，沉積的膜易于均勻。發展起來的規模性磁控濺射鍍膜，沉積速率較高，工藝重復性好，便于自動化，已適當于進行大型建筑裝飾鍍膜，及工業材料的功能性鍍膜，及TGN-JR型用多弧或磁控濺射在卷材的泡沫塑料及纖維織物表面鍍鎳Ni及銀Ag。

? 離子束增強沉積技術(IBED)

離子束增強沉積技術是一種將離子注入與薄膜沉積融為一體的材料表面改性新技術。它是指在氣相沉積鍍膜的同時，采用一定能量的離子束進行轟擊混合，從而形成單質或化合物膜層。它除了保留離子注入的優點外，還可在較低的轟擊能量下連續生長任意厚度的膜層，并能在室溫或近室溫下合成具有理想化學配比的化合物膜層(包括常溫常壓無法獲得的新型膜層)。該技術具有工藝溫度低(＜200℃)，對所有襯底結合力強，可在室溫得到高溫相、亞穩相及非晶態合金，化學組成便于控制，方便控制生長過程等優點。主要缺點是離子束具有直射性，因此處理形狀復雜的表面比較困難。

? 電火花沉積技術(ESD)

電火花沉積技術是將電源存儲的高能量電能，在金屬電極(陽極)與金屬母材(陰極)間瞬時高頻釋放，通過電極材料與母材間的空氣電離，形成通道，使母材表面產生瞬時高溫、高壓微區。同時離子態的電極材料在微電場的作用下融滲到母材基體，形成冶金結合。電火花沉積工藝是介于焊接與噴濺或元素滲入之間的工藝，經過電火花沉積技術處理的金屬沉積層具有較高硬度及較好的耐高溫性、耐腐蝕性和耐磨性，而且設備簡單、用途廣泛、沉積層與基體的結合非常牢固，一般不會發生脫落，處理后工件不會退火或變形，沉積層厚度容易控制，操作方法容易掌握。主要缺點是缺少理論支持，操作尚未實現機械化和自動化。

? 電子束物理氣相沉積技術(EB-PVD)

電子束物理氣相沉積技術是以高能密度的電子束直接加熱蒸發材料，蒸發材料在較低溫度下沉積在基體表面的技術。該技術具有沉積速率高(10kg/h～15kg/h的蒸發速率)、涂層致密、化學成分易于精確控制、可得到柱狀晶組織、無污染以及熱效率高等優點。該技術的缺點是設備昂貴，加工成本高。目前，該技術已經成為各國研究的熱點。

? 多層噴射沉積技術(MLSD)

傳統的噴射沉積技術相比，多層噴射沉積的一個重要特點是可調節接收器系統和坩堝系統的運動，使沉積過程為勻速且軌跡不重復，從而得到平整的沉積表面。其主要特點是：沉積過程中的冷卻速度比傳統噴射沉積要高，冷卻效果較好；可制備大尺寸工件，且冷卻速度不受影響；工藝操作簡單，易于制備尺寸精度較高、表面均勻平整的工件；液滴沉積率高；材料顯微組織均勻細小，無明顯界面反應，材料性能較好。

PVD設備主要應用領域

? 制備刀具、模具鍍層

應用于模具和刀具中。通過沉積TiC鍍層，可以有效延長模具的壽命；在高速鋼刀具中沉積鍍膜，可提高刀具的抗磨損性、抗粘屑性和刀具的切削速度，同時經鍍膜的刀具還具有高硬度、高化學穩定性、高韌性、低摩擦系數等特點。

? 制備建筑裝飾材料

因物理氣相沉積技術具有沉積過程易于操作，膜層的成分易于控制，不存在廢水、廢氣、廢渣的污染等特點，目前，這一技術在建筑裝飾中得到廣泛應用。

? 制備特殊薄膜材料

霧化沉積技術可以顯著地擴大合金元素固溶度，獲得細小均勻的等軸晶組織，減小合金元素的宏觀偏析，增加第二相的體積分數，細化第二相粒子，從而避免了傳統冶金工藝中由于冷卻速度低而導致的化學成分宏觀偏析以及組織粗大等諸多弊端，可實現大尺寸快速凝固材料的一次成型，目前多應用于顆粒增強金屬基復合材料的制備，如用霧化沉積技術制備MMCs等。另外，利用脈沖激光弧沉積技術制備類金剛石薄膜的方法國內已經開展了研究。

? 制備電學及醫學薄膜

具有鐵電性且厚度尺寸在數十納米到數微米的鐵電薄膜具有良好的介電、電光、聲光、光折變、非線性光學和壓電性能，主要被應用于隨機存儲器、電容器、紅外探測器等領域，其制備方法主要有濺射法、脈沖激光沉積法等。羥基磷灰石(HA)屬于磷酸鹽無機非金屬材料，它的化學成分和晶體結構與脊椎動物的骨及牙齒的礦物成分非常相近，且與生物組織有良好的相容性，目前在種植牙和人工骨等方面有著廣泛的應用，羥基磷灰石薄膜同樣可以采用物理氣相沉積技術制備。

? 制備耐腐蝕涂層

通過PVD技術使腐蝕介質很難穿透涂層到達基底，使腐蝕介質與基底材料有效隔絕，達到抗腐蝕保護基底的目的。

 3 CVD和PVD設備對比分析 

 4 薄膜沉積設備市場空間和主要廠商 

從范圍來看，薄膜沉積設備市場規模穩步增長。觀研報告網數據顯示，薄膜沉積設備市場規模將從2019年的155億美元增長到2025年的340億美元，2019-2025年預計復合增長率近14%。

不同制造工藝需要不同的薄膜沉積設備，具體包括PECVD、濺射PVD、ALD、LPCVD等。根據觀研報告網2019年數據顯示，PECVD設備在總設備中為33%、濺射PVD為19%、ALD和管式CVD均為11%；SACVD是較新興的設備類型，屬其他薄膜沉積設備類目下，占比較小。整體而言，PECVD正成為化學氣相沉積的主流技術，未來水平有望進一步提升。

 5 風險提示 

1）光伏新增裝機規模不及預期。如果未來國內外疫情反復，則可能會影響光伏新增裝機需求，進而影響薄膜沉積設備的需求；

2）HJT、TOPcon等新型光伏技術推進不及預期。若HJT、TOPcon等新型光伏技術推進或降本提質不及預期，將會影響鍍膜設備的市場需求；

3）半導體行業資本開支下滑風險。如果半導體行業的產能投資強度降低，可能會面臨市場需求下降的情況，將會對薄膜沉積設備行業產生不利影響；

4）薄膜沉積設備國產化不及預期。目前多種型號的薄膜沉積設備尚處于研發和客戶端驗證，研發存在失敗、驗證存在一定的不確定性。倘若未來驗證結果不及預期或不適合鍍膜行業的發展需求，則可能對薄膜沉積行業產生不利影響。