引言：在從沙子到芯片的漫長制造過程中，多個環(huán)節(jié)和各種設備的協(xié)作支持至關重要。每個環(huán)節(jié)都對最終芯片的質(zhì)量起著關鍵作用。本文，我們將深入探討其中一個關鍵環(huán)節(jié)，薄膜沉積工藝中的原子層沉積（Atomic LayerDeposition，簡稱為ALD）技術。后摩爾時代，ALD技術將在芯片性能的提升方面扮演著重要的角色。

作為半導體制造的幕后英雄，ALD設備為芯片的生產(chǎn)提供了巨大的幫助。在這個細分領域中，荷蘭的ASM公司是當之無愧的行業(yè)龍頭。不過很多人可能對這家公司并不了解，其實除了ALD設備之外，ASM也正在SiC材料制造過程中的關鍵設備領域開始崛起。因此接下來，讓我們一同揭開這家公司的面紗，深入探討ASM公司的情況，以更全面地了解這一行業(yè)巨頭。

ALD技術在半導體制造中扮演重要的角色

在半導體制造過程中，每個半導體元件的產(chǎn)品都需要經(jīng)過數(shù)百道工序。這些工序包括前道工藝和后道工藝，前道工藝是整個制造過程中最為重要的部分，它關系到半導體芯片的基本結(jié)構和特性的形成，涉及晶圓制造、沉積、光刻、刻蝕等步驟，技術難點多，操作復雜。下面就讓我們來仔細了解一下：

第一步，從沙子到硅。所有的半導體制造都始于一粒沙子，芯片制造的第一步需要將沙子中的二氧化硅分離出來。

第二步，晶圓制造。高純硅在高溫下熔化成液體，然后凝固成單晶固體，形成稱為"錠"的晶圓。錠被切割成薄片，決定了晶圓的尺寸。

第三步，沉積。在裸硅晶圓上形成氧化硅層，然后使用低壓化學氣相沉積（LPCVD）沉積氮化硅層，保護下方的材料不被蝕刻掉。

半導體制造的基本流程以及ASM專注的領域（圖源：ASM）

第四步，光刻、蝕刻。創(chuàng)建掩膜，通過光刻膠和紫外線形成圖案。接下來進行蝕刻，去除未被保護的區(qū)域或?qū)?，形成所需的結(jié)構或溝槽，用于構建半導體器件和電路的不同部分。

第五，薄膜沉積。為了創(chuàng)建芯片內(nèi)部的微型器件，需要不斷地沉積一層層的薄膜并通過刻蝕去除掉其中多余的部分。

至此，半導體的前道制造步驟就差不多完成了。接下來就進入后道的組裝、測試和封裝。

在整個半導體制造過程中，薄膜沉積是前道制造的核心工藝之一。一般需要使用不同的薄膜沉積技術如化學氣相沉積 (CVD)、原子層沉積 (ALD) 和物理氣相沉積(PVD)，來滿足不同的需求。但在這幾種沉積技術中，傳統(tǒng)的物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積 (CVD)在精度、均勻性、成分控制、復雜結(jié)構制備等方面都存在一定的限制。相比之下，原子層沉積 (ALD) 技術在精度、均勻性、成分控制和復雜結(jié)構制備方面的優(yōu)勢使其成為當今半導體制造和納米技術領域的重要工具，為高性能和高可靠性的器件制造提供了關鍵支持。

隨著半導體行業(yè)進入后摩爾時代，邏輯芯片工藝來到3nm/2nm，晶圓制造的復雜度和工序量大幅提升。同時，存儲芯片中3D堆疊結(jié)構等新技術的發(fā)展，還有新型材料的引入，這些都使得ALD的重要性愈發(fā)凸顯。

舉例來看，ALD是唯一能夠滿足復雜3D堆疊結(jié)構(如3D-NAND)覆蓋和薄膜性能要求的沉積技術。這從下圖中可以很形象地看出，圖中CVD A中沉積的薄膜（藍色）并沒有完全覆蓋結(jié)構的下部部分；即使對CVD進行一些工藝調(diào)整（CVD B）實現(xiàn)了覆蓋，但是底部區(qū)域的薄膜性能和化學成分很差（圖中白色區(qū)域）；相比之下，使用ALD技術則顯示了完全的薄膜覆蓋，而且在結(jié)構的所有區(qū)域都實現(xiàn)了高質(zhì)量和均勻的薄膜特性。

相比CVD，ALD技術的優(yōu)勢（圖源：ASM）

雖然短期來看，CVD依舊占據(jù)最大的市場份額，但是ALD已成為晶圓廠設備市場中增長最快的部分之一。在這個充滿增長潛力且在芯片制造中扮演關鍵角色的ALD市場中，ASM公司是ALD設備領域的龍頭企業(yè)。

ALD設備龍頭ASM的崛起

1968年，在全球半導體行業(yè)剛剛誕生之際，企業(yè)家Arthur del Prado在荷蘭成立了ASM。ASM最初切入的是熔爐沉積市場，于1970年開始在荷蘭生產(chǎn)。此后ASM孵化出了專注于后端半導體裝配和封裝設備領域的ASMPT，還與飛利浦的合資企業(yè)即今天的ASML開發(fā)光刻技術。

不過，自20世紀90年代初以來，ASM的工作重心就一直聚焦在沉積技術領域。對原子層沉積（ALD）技術的投資可以說是ASM的明智之舉，1999年，ASM是最早認識到ALD 潛力的公司之一。對此，ASM收購了2家ALD技術相關的企業(yè)，分別是1999年ASM收購了Microchemistry，2004年又收購了ASM Genitech Korea。

ASM在ALD領域取得重大突破是在2007年，彼時，他們推出的Pulsar ALD工具成為第一個用于大批量制造使用新型鉿基高介電層材料的器件的系統(tǒng)。

如今，ASM大約占據(jù)全球ALD設備55%的市場份額，是全球最大、市占率最高的ALD設備供應商。ALD業(yè)務也是ASM最大的設備營收來源，占比一半以上。2022年ASM營收達到24.11億歐元，同比增長33%，營業(yè)利潤增長29%至6.32億歐元，這已是該公司連續(xù)第六年實現(xiàn)兩位數(shù)的增長。ASM的營收增長主要受益于最先進節(jié)點的邏輯代工和內(nèi)存新需求，尤其在3D NAND領域，ASM的ALD設備收獲了創(chuàng)紀錄的訂單，此外，先進DRAM器件中ALD高k金屬柵極的需求也持續(xù)強勁。

為了不斷推動ALD技術的進步，ASM正在不斷增大研發(fā)投入，包括制造基礎設施、研發(fā)人員和投資收購等。據(jù)了解，2023年5月23日，ASM在韓國華城新建最先進的創(chuàng)新和制造中心破土動工。在收購方面，2022年ASM收購了高性能射頻匹配網(wǎng)絡和射頻發(fā)生器供應商Reno Sub-Systems，為其下一代ALD設備的發(fā)展積蓄力量。

不斷擴張半導體設備的版圖

在邏輯代工和內(nèi)存市場坐穩(wěn)了ALD設備龍頭地位之后，ASM也在因應市場發(fā)展潮流，探索在模擬/電源、傳感器和晶圓等市場領域的更多的發(fā)展機會。

其實除了ALD設備之外，ASM在外延設備（Epi）領域也有多年的經(jīng)驗。ASM在外延技術的積累始于20世紀70年代成立的ASM美國公司，這為其后期的外延設備奠定了基礎。外延是一種特殊的CVD工藝，用于在原子清潔的晶體表面上沉積新的晶體層，如硅或硅鍺。目前，外延設備是ASM僅次于ALD的第二大產(chǎn)品線，在過去五年間，ASM在外延市場的地位不斷提升，外延設備也成為ASM 2022年增長最快的業(yè)務。

SiC外延設備是ASM在2022年新增的一條產(chǎn)品線。2022年7月18日，ASM通過收購意大利碳化硅 (SiC) 和硅外延反應器制造商LPE，切入SiC外延設備領域。

隨著ASM的外延設備在電源、模擬和晶圓市場地位不斷擴大，該公司預計其外延設備市場份額有望從2020年的15%翻一番，到2025年至少達到30%。

ASM還在不斷擴展在沉積領域的版圖。在垂直爐和等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）方面，ASM也在有選擇的進行投資。去年7月ASM推出了新的300mm垂直爐設備，而且已經(jīng)有多個預訂單，預計在2023年將有穩(wěn)定的收入貢獻。

雖然2023年整個邏輯代工和內(nèi)存市場的需求有所下滑，但憑借在ALD市場的強勢地位和公司新產(chǎn)品的推出，新應用勢頭的需求之下，ASM在2023年以17億歐元的積壓訂單創(chuàng)下歷史新高。ASM表示預計將跑贏晶圓廠設備(WFE)市場的發(fā)展情況。

傳承、創(chuàng)新的精神造就了ASM如今的輝煌

50多年深耕一個領域，ASM今時今日的成就是傳承和創(chuàng)新的結(jié)果。通過傳承先輩們的經(jīng)驗和知識，ASM在ALD設備領域積累了豐富的專業(yè)知識和經(jīng)驗。同時，ASM始終堅持創(chuàng)新，并一直與領先的客戶和供應商、全球研究機構(如imec)和重點大學進行密切和早期合作，建立互利的合作伙伴關系，以更好地開發(fā)下一代技術。據(jù)ASM財報透露，2022年ASM與客戶的研發(fā)合作數(shù)量達到了歷史新高。

因此，ASM總是領先于未來，推出高性能的ALD設備，這使半導體材料層的沉積成為可能，從而創(chuàng)造出先進芯片。

而所有這一切都離不開ASM才華橫溢、充滿激情的人才。三大核心價值觀：“我們關心（We Care）”、“我們創(chuàng)新（We Innovate）”、“我們交付（We Deliver）”，是ASM所有工作的核心，也是其文化的基石。

ASM相信開放思想的力量，旨在營造一個可以讓創(chuàng)意成長、發(fā)展和蓬勃發(fā)展的環(huán)境。ASM非常注重多元化和包容性，這有助于其從世界各地廣泛吸引優(yōu)秀的人才。過去幾年以來，ASM的人才隊伍不斷壯大，從2018年到2022年ASM的員工總數(shù)翻了一番，截止2022年底ASM公司的總員工人數(shù)達到4258人，研發(fā)人員增加了49%。ASM的大家庭中目前有來自49個國籍的員工，且女性員工的數(shù)量從2021年15%增加到2022年底的17%。ASM在中國已擁有250+員工，在上海、北京、無錫、合肥、武漢、西安和深圳等地設有辦公室。ASM自2008年進入中國以來，積極落實企業(yè)責任，多次與全球及中國當?shù)豊GO組織合作，帶領員工加入公益事業(yè)；組織“登月計劃”、“先鋒杯王者榮耀邀請賽”等活動，助力員工開心健康地工作。

在快節(jié)奏和不斷變化的半導體行業(yè)中，ASM還在致力于廣泛吸納人才，發(fā)揮創(chuàng)新的精神，及時準確的響應客戶的需求。

結(jié)語

經(jīng)過半個多世紀的積累和沉淀，ASM在半導體行業(yè)尤其是在ALD和外延領域中的影響力不可忽視。憑借對ALD和外延設備的深耕，以及對5G、云計算、人工智能、生物技術和醫(yī)學等新領域的敏銳嗅覺，ASM的影響力將進一步擴大，繼續(xù)引領行業(yè)發(fā)展，開啟發(fā)展的新篇章。

在過去的十年中，器件結(jié)構開始從2D轉(zhuǎn)向3D，比如NAND。雖然今天的DRAM仍然是2D，但從長遠來看，也正在向3D-DRAM 發(fā)展。半導體行業(yè)仍然致力于減小晶體管的尺寸，邏輯領域正在從FinFET過渡到GAA（gate-all-around）器件架構。這些行業(yè)轉(zhuǎn)變也將加大對ALD設備的需求。在這樣的背景下，ASM正在幫助解決當今和未來半導體技術路線圖上的關鍵問題。