在半导体薄膜沉积领域，原子层沉积（ALD）设备以 “单原子层精度” 的绝对优势，成为先进制程与新兴技术的 “刚需装备”。根据 Yole Développement 报告，2023 年全球 ALD 设备市场规模达 35 亿美元，年复合增长率（CAGR）达 22%，远超传统薄膜沉积设备，其技术突破正重新定义半导体制造的极限。

ALD 技术的核心在于 “自限制化学反应”：前驱体气体分批次脉冲式通入反应腔室，与晶圆表面原子发生饱和反应，每层仅生长 1 个原子层（约 0.1-0.3nm）。这种 “层 - by-layer” 的生长模式，使 ALD 能够在复杂三维结构（如高深宽比通孔、鳍式晶体管）中实现近乎完美的保形覆盖，薄膜厚度均匀性误差 < 1%，而传统 CVD/PVD 工艺在类似结构中的误差可达 10% 以上。例如，在 5nm 逻辑芯片的高 k 栅极沉积中，ALD 制备的 HfO₂薄膜厚度仅 1.2nm，且在整个晶圆表面的厚度波动 < 0.05nm，这是传统工艺无法企及的精度。

厦门毅睿科技-芯壹方 微波等离子体辅助原子层沉积系统（MPALD）

厦门毅睿科技有限公司、厦门芯壹方科技有限公司自主研发生产的微波等离子体辅助原子层沉积系统（MPALD），可实现＜±3%的均匀沉积，微波频率：2.45±0.025 GHz，微波功率:≥3KW连续可调。

通过自主研发攻克了“卡脖子”难题不仅，降低了对进口设备的依赖，更通过自主可控的技术体系为半导体产业链安全提供保障。

随着鳍式晶体管（FinFET）接近物理极限，全环绕栅极（GAA）与互补场效应晶体管（CFET）成为 3nm 以下制程的主流技术。这些新型结构要求栅极薄膜在纳米线（直径 < 5nm）的四周实现均匀沉积，ALD 凭借自限制反应特性，成为唯一可行的工艺方案。三星、英特尔的 3nm 产线数据显示，采用 ALD 沉积的 GAA 栅极薄膜漏电电流较 FinFET 降低 40%，驱动电流提升 25%，直接突破了摩尔定律的瓶颈。

在量子计算领域，ALD 技术用于沉积超导薄膜（如 NbN、AlN），其原子级精度可将薄膜表面粗糙度控制在 0.5nm 以下，显著降低量子比特的退相干效应。某研究机构数据显示，采用 ALD 制备的 NbN 约瑟夫森结，其相干时间从传统工艺的 100ns 提升至 500ns 以上，为实用化量子芯片奠定了基础。而在第三代半导体领域，ALD 沉积的 AlN 缓冲层可将碳化硅外延层的位错密度从 10³/cm² 降至 10²/cm² 以下，大幅提升功率器件的可靠性与效率。

尽管 ALD 技术优势显著，但其量产瓶颈在于沉积速率（通常为 1-5nm/min）。为解决这一问题，厂商开发出 “空间 ALD”（SALD）与 “原子层外延”（ALE）技术：SALD 通过旋转晶圆平台，使前驱体气体在空间上分隔通入，将沉积速率提升至 20nm/min 以上；ALE 则结合刻蚀与沉积，实现原子级外延生长，适用于化合物半导体的精确掺杂。这些创新使 ALD 在 3D NAND 堆叠（每层沉积时间从 30 分钟缩短至 10 分钟）与逻辑芯片量产中具备了竞争力。

目前，全球 ALD 市场主要由 ASML、泛林、东京电子等巨头垄断，但国产设备已实现关键突破。2023 年某国产厂商的 ALD 设备通过 28nm 产线验证，成功沉积出均匀性误差 < 1.5% 的氮化硅薄膜；在量子芯片领域，国产 ALD 设备已用于制备超导量子比特原型器件，相关研究成果发表于《自然・纳米技术》。随着国产前驱体材料与控制系统的完善，ALD 设备的国产替代有望在 2025 年前实现 28nm 以上制程的全覆盖。

厦门毅睿科技-芯壹方原子层沉积（ALD）系统

结语：当半导体制造进入 “原子级竞争” 时代，ALD 设备以 “单原子操控” 的能力，成为打开未来技术大门的钥匙。从 5nm 逻辑芯片到量子计算，这项技术正在重新定义 “精密制造” 的边界，而中国厂商的追赶步伐，将为全球半导体产业格局注入新的变量。

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ALD 设备市场爆发：从 5nm 制程到量子芯片，解析ALD的纳米级统治力