原子层沉积设备市场规模及份额

原子层沉积设备市场分析

2025年原子层沉积设备市场规模为71.6亿美元，预计到2030年将达到123.0亿美元，复合年增长率为11.43%。这种扩张是由先进逻辑和 3D 存储节点的工艺强度不断提高、环栅 (GAA) 晶体管的采用以及固态电池和 micro-LED 生产线快速增长的需求推动的。亚太地区的大型晶圆厂建设，加上美国和欧盟的政策激励措施，扩大了单晶圆、批量和空间平台的买家基础。设备制造商通过引入高通量反应器、提供低电阻金属薄膜（例如钌和钼）以及嵌入实时前体利用分析来获取价值。与此同时，前体稀缺、PFAS 监管以及削减每片晶圆成本的需要仍然存在工艺集成和供应链弹性是工具供应商和芯片制造商的中心舞台。^{[1]ASM International，“ASM Q1 2025 Results,” asm.com}

全球原子层沉积设备市场趋势和见解

激增的3-D NAND商业 3-D NAND 器件的层数已超过 200，需要以亚埃级精度沉积数十个高深宽比电介质和金属层，韩国和中国的领先存储器制造商增加了热 ALD 反应器的订单，这些反应器可以在 2024 年至 2025 年恢复 100:1 深宽比的结构中将厚度变化保持在 1% 以下。晶圆厂利用率提高，即使在出口管制不利的情况下，中国晶圆厂仍会在 2024 年购买全球 40% 的晶圆厂设备，导致 ALD 前驱体产能出现区域性供应不足，而能够将批量经济性与高 k 介电均匀性结合起来的供应商赢得了大部分替代。水泥奖。

向全栅和高 k 金属栅逻辑的过渡

GAA 架构将栅电极移动到整个纳米带周围，从而增加了每个器件的共形高 k/金属层的数量。台积电的 2 nm 平台计划于 2025 年 2H 量产，集成了数百个 ALD 步骤，以确保阈值电压控制，同时与 3 nm 节点相比，功耗降低了 25-30%。钼和钌 ALD 在多个互连层中取代了钨和铜，将线路电阻降低了 35%，并简化了 CMP。需求已转向具有源内计量功能的单晶圆工具，该工具可在每个周期后验证薄膜厚度。能够以 >200 Wph 吞吐量提供低于 2 Å 厚度重复性的供应商处于最佳位置。

Mini/Micro-LED 背板的快速采用

Micro-LED 晶圆厂需要在 ≤100 °C 的温度下进行无针孔钝化，以保护 GaN 像素。 2024 年安装的空间 ALD 生产线在满足用水要求的同时将产量提高了 4 倍-蒸汽传输目标为 4.4 × 10⁻⁵ g/(m² day)。显示器制造商报告称，将侧壁钝化从 PECVD 转换为 ALD 后，漏电流减少了 85%，亮度提高了 30%。 AR/VR 耳机和汽车 HUD 的推广缩短了专用 ALD 封装工具的投资回收期，尤其是在大多数面板产能所在的台湾和中国大陆。

电动汽车电池固态电解质涂层需求

汽车制造商加速了固态路线图，推动了旋转床 ALD 系统的阴极颗粒涂层订单。 5 nm 氧化铌薄膜在 4.7 V 下循环 500 次后，容量保持率提高至 99.4%。^{[2]Nature Communications，“消除锂固态电池的化学机械降解”，nature.com} A一级电池供应商将充电时间从 45 分钟缩短至 15 分钟一次lumina ALD 层抑制了枝晶的形成。然而，与半导体相比，销量不大，到 2027 年预订的多反应器电池系列标志着原子层沉积设备市场的第二轮持久增长。

前体金属的稀缺性和成本波动

钌和铱的供应链仍然集中在两个生产国，导致晶圆厂在 2024 年面临 40% 以上的价格波动。由于钌短缺，一家领先的逻辑晶圆厂将 3 纳米产能推迟了三个月，增加了前体回收设备，导致工具资本支出增加了 15%。对烷基锌辅助钴 ALD 的研究将薄层电阻降低至 15 µΩ cm，但电迁移寿命仍落后于 Ru。在替代化学品成熟之前，PGM 的价格将限制积极降低成本的路线图。

吞吐量限制与大批量代工目标

传统 ALD 每个周期增长 0.5-2 Å，每小时晶圆产量比 CVD 或 PVD ​​慢。用于阻挡层的 5 nm 逻辑线基准 ALD 和高密度等离子体 CVD；尽管 ALD 具有更好的步骤覆盖率，但后者的吞吐量提高了 3 倍，确保了生产槽位。供应商以空间 ALD 和高速脉冲等离子体模式做出回应使 45 nm 高 k 栅极的吞吐量翻倍。虽然收益缩小了差距，但资本效率仍然是在价格敏感的晶圆厂中广泛部署的一个限制因素。

细分市场分析

按设备类型：空间 ALD 颠覆传统平台

热 ALD 在 2024 年占据了原子层沉积设备市场的最大份额，占 55.2%。事实证明，反应器对于高深宽比存储器蚀刻停止层是不可或缺的，其配方灵活性支持频繁的前体交换。然而，空间 ALD 17.1% 的复合年增长率使其成为 2030 年的佼佼者。一家顶级 OLED 面板制造商验证了大气空间 ALD 封装，该封装使吞吐量翻了两番，并满足严格的屏障指标。由此产生的每平方米成本下降了 28%，将新订单转向内联空间工具。等离子体增强 ALD 扩大了其对柔性电子产品的吸引力，可实现低于 100 °C 的薄膜生长临界适用于塑料基材。供应商还发布了卷对卷变体，将 ALD 推向食品和太阳能模块的阻隔膜。 

在显示器和太阳能晶圆厂需求的推动下，Spatial ALD 的原子层沉积设备市场规模预计将比任何其他领域增长得更快。相反，支持 ALE 的平台作为新兴利基市场出现；将沉积和蚀刻集成在一帧内可缩短 232 层 NAND 阶梯蚀刻步骤的工艺队列。总的来说，这些发展使收入来源多样化，超出了核心半导体基础。

按反应器配置：单晶圆灵活性满足批量经济性

集群系统占 2024 年收入的 65.2%，因 3 nm 以下逻辑线路的配方敏捷性而受到青睐。最近的一次升级将先进的前体蒸气输送与机器学习故障检测相结合，将周期时间缩短了 25%，并将晶圆间的均匀性提高了 40%。这种生产力的提高有助于维持原子层的发展沉积设备单晶圆工具的市场占有率优势。 然而，随着存储器和模拟晶圆厂寻求降低每晶圆成本，批量反应器正在卷土重来。新的热壁设计可同时处理 100 个晶圆，同时将温度控制在 ±1 °C 以内。一家韩国存储器生产商将电介质衬垫步骤从集群迁移到批量 ALD 时实现了 30% 的成本节省。因此，批量收入的复合年增长率将达到 14.3%，超过整体市场增长。

按基板尺寸：450 毫米中试线推动未来增长

针对 300 毫米基板优化的设备占 2024 年销售额的 70.5%，反映了根深蒂固的 300 毫米晶圆厂基础。过程控制的进步，例如预测前体质量流量调整，将化学品使用量减少了 35%，有助于工具制造商扩大毛利率。目前，源自 ≥450 mm 试验线的原子层沉积设备市场规模很小，但到 2030 年复合年增长率预计为 21.7%。与同等的 300 毫米流程相比，Arch 和开发线的每芯片成本降低了 40%，凸显了长期的经济激励。 

≤200 mm 系统仍然与 SiC 功率器件和 MEMS 相关。汽车逆变器的需求上升促使一家供应商收购了一家利基外延公司，扩大了其 150 毫米和 200 毫米 ALD 产品组合。晶圆直径的多样化可以缓冲供应商应对逻辑巨型晶圆厂的周期性的影响。

按薄膜化学：金属薄膜实现下一代互连

在高 k 栅极堆叠和铁电存储层的支撑下，氧化物薄膜到 2024 年将保持 48.3% 的份额。诱导正交 HfO2 相的工艺调整可将开关能量降低 60%，并将保留时间延长 3 倍，从而重振嵌入式非易失性存储器路线图。 

由于 GAA 推动的钼和钌的采用，金属薄膜增长最快，复合年增长率为 18.3%。一家领先铸造厂的 ALD-Ru 生产线与铜相比，互连电阻降低了 35%，解锁g 为人工智能加速器提供更高的带宽。氮化物和氮氧化物堆栈继续满足势垒和功函数需求，而氟化物和硫化物工艺在量子器件钝化中受到关注。

按应用：固态电池成为增长前沿

2024 年，半导体逻辑和存储器的使用占主导地位，占 68.4%，因为领先节点需要每片晶圆超过 300 个 ALD 层。原子层沉积设备市场受益于半导体行业2025年6970亿美元的收入，AI服务器和HBM模块维持了资本密集度。 

以固态电池为主导的能源设备是增长最快的应用，复合年增长率达到 22.5%。涂覆公斤级阴极粉末的旋转床 ALD 生产线的循环寿命提高了 40%，推动了亚洲、欧洲和北美的试点安装。先进包装和生物医学涂层中的新兴用例增加了增量需求并使原子层沉积多样化

地理分析

亚太地区在 2024 年保持 41.8% 的收入份额，预计到 2030 年复合年增长率将达到 17.3%。台湾、韩国和中国大陆共同生产了全球 80% 以上的逻辑和存储晶圆，确保了工具需求的集中。尽管出口受到限制，但在 470 亿美元国家基金的支持下，2024 年仅中国就购买了所有晶圆厂设备的 40%。该地区还拥有大部分 microLED 产能，进一步扩大了空间 ALD 的采用。 

在 CHIPS 和《科学法案》激励措施的推动下，北美排名第二。亚利桑那州、俄亥俄州和德克萨斯州的新晶圆厂指定了数十亿美元的 ALD 工具预算，用于 GAA 试验线和先进的小芯片封装。 2023 年，美国企业在研发和资本支出上投资了 1,075 亿美元，增强了国内需求。^{[3]半导体行业协会，“2024 Factbook”，semiconductors.org}

欧洲的份额虽然较小，但仍在加速增长。《欧洲芯片法案》筹集了 430 亿欧元（490.9 亿美元），其中 37 亿欧元（42.2 亿美元）用于依靠 ALD 制作先进原型的 5 条试验线巴西、以色列和阿拉伯联合酋长国的新兴活动主要通过针对电力电子和可再生能源存储的研究线扩大了客户版图。

竞争格局

ASM International 在推出可提高吞吐量的 GAA 就绪平台后，保持了单晶圆原子层沉积工具的领先地位。应用材料公司通过将高速等离子模块集成到其核心产品中，深化了其产品组合，并获得了 30% 的 2 nm 逻辑生产订单。化框架，允许客户在一个工厂自动化保护伞下结合 ALD、CVD 和蚀刻步骤。 Tokyo Electron 扩大了其批量生产线，推出了新型热壁反应器，可同时处理 100 片晶圆，同时将厚度不均匀性保持在 1 Å 以下，从而吸引了将 3D NAND 层数扩展到 232 层以上的存储器生产商。

随着中国制造商 SiCarrier 在 SEMICON China 上推出“阿里山”工具，竞争加剧，凸显了国家对国内设备产能的推动，并引发了几家成熟节点晶圆厂的本地采购计划。规模较小的专家 Beneq 和 Picosun 专注于柔性电子和医疗植入物领域，利用紧凑型反应器和快速配方定制。市场还见证了诸如 Lam Research 与一家领先铸造厂合作来鉴定低氟钨 ALD 流程的合作，这些流程符合即将出台的 PFAS 减少规则，同时将生产线电阻降低 15%。^{[4]SEMI，“半导体和 PFAS：引导创新和可持续发展”，semi.org}

战略差异化以吞吐量增益、前体利用效率和集成数据分析为中心。工具制造商嵌入了实时质量流量反馈和机器学习边缘节点，将化学废物减少到20%。几家供应商将原子层蚀刻模块封装在同一主干上，以缩短高深宽比功能的排队时间，默克发布了用于柔性 OLED 封装的低温硅前体，并在韩国显示器制造商中赢得了早期设计胜利。总的来说，这些举措表明从纯粹的硬件竞争转向符合区域政策激励和可持续发展要求的全堆栈工艺支持。