我国在半导体热处理设备领域具备一定的国产替代能力，屹唐半导体在快速热处理设备（RTP）市场份额位居全球第二

热处理设备也被称为炉管设备，用于半导体前道工艺中的热处理工艺，包括氧化炉、扩散炉、退火炉和快速退火炉（RTP）等，分别应用于氧化、扩散和退火工艺。

氧化是将硅片放置于氧气（干法）或水汽（湿法）等氧化剂的氛围中进行高温热处理，在硅片表面发生化学反应形成氧化膜（一般为二氧化硅）的过程，其中干法氧化生长的二氧化硅导电性较好，，。氧化膜可作为离子注入的阻挡层及注入穿透层（损伤缓冲层）、表面钝化、绝缘栅材料以及器件保护层、隔离层、器件结构的介质层等，是进行下一道工序的基础。

扩散是指在高温条件下，利用热扩散原理将磷或砷等杂质元素按工艺要求掺入硅衬底中，使其具有特定的浓度分布，从而改变硅材料的电学特性，形成半导体器件结构（MOS元件的闸极导电层和源极），但是由于高温扩散无法精确杂质轮廓与分布，所以主要用于0.35微米以上芯片，纳米级工艺一般使用离子注入技术。

退火指在氮气等不活泼气氛中加热经过离子注入（掺杂）后的硅片，将杂质重新分布，消除损伤，提升导电性，修复离子注入带来的晶格缺陷。

图1 热退火修复促进晶格重组示意图

（资料来源，Gartnet，金智创新行业研究中心整理）

按设备形态可分为卧式炉、立式炉和快速热处理炉三类。卧式炉和立式炉的的区别在于反应腔形态。由于立式炉具有占地小、成本低、可批量热处理、可控性高的优点，目前使用最为广泛。但是卧式炉和立式炉都是将腔体与置于其中的硅片一同升降温，所以升降温速率较慢，但一次可以放置100到200片晶圆，而快速热处理炉（RTP）只改变其中晶圆的温度而不改变腔体温度，因此可以进行快速退火，但只能处理单片晶圆。

应用材料、东京电子、日立国际电气占据全球热处理80%以上市场份额

根据Gartner数据，2018年全球热处理设备领域应用材料（AMAT）、东京电子（TEL）、日立国际电气（Kokusai）三家分别占据了46%、21%和15%的市场份额，我国的屹唐半导体和北方华创占比5%和0.2%，近年来随着我国厂商技术逐渐成熟，这一比例有所提升。在更适合先进制程的快速热处理设备（RTP）领域方面，2020年占据了绝对69.72%的领先地位，屹唐半导体以11.5%位列第二。另外三家产品各有特色，其中国际电气提供单晶圆表面处理快速热退火设备（含等离子体表面处理快速热退火设备），斯库林和维易科分别提供闪光和激光毫秒退火设备。

图2 2020年全球快速热处理设备市场格局

（资料来源，Gartnet，金智创新行业研究中心整理）

快速热退火技术优势越发明显，尖峰退火和激光/闪光毫秒退火技术受到晶圆厂重视

热积存效应和掺杂物扩散问题是高温炉退火技术的主要技术短板。随着半导体工艺制程提升，晶体管结面深度逐渐变浅，因此必须通过降低热退火工艺时间以降低热预算以实现集成电路制造中超浅结的要求。因此以尖峰退火、激光/闪光毫秒退火技术为代表的单晶圆快速热退火技术应运而生。

尖峰退火是温度高峰时间只有1至2秒的快速热处理过程。高峰值温度可以最大限度激活掺杂物，快速升降温度则可以控制掺杂扩散程度，主要应用在90nm以下制程工艺。

图3 尖峰退火技术温度控制示意图

（资料来源：《半导体制造技术导论》，金智创新行业研究中心整理）

激光/闪光毫秒退火技术通过激光/电弧闪光灯等超高能量光源快速加热硅晶圆，使其表面达到临界融化点温度，由于硅的高导热性，硅片表面在最高退火温度仅保持几毫秒后便会快速降温冷却，以最小扩散程度激活掺杂原子，目前该技术已被广泛用于32nm工艺以下逻辑芯片，并开始在先进10nm DRAM动态随机存取存储器技术开发中应用。

屹唐股份是国内唯一可量产单晶圆快速热处理设备的公司，北方华创产品线较为齐全

在前道工艺中热处理设备属于相对技术难度不高的领域。虽然我国参与企业众多，但是能参与国际竞争的企业只有屹唐股份和北方华创两家，可实现一定程度的国产替代。

屹唐股份在快速热处理（RTP）设备领域市场份额全球第二，快速热处理设备领域已覆盖台积电、三星、中芯国际、华虹、长江存储等国内外知名厂商。公司快速热处理设备可应用于5nm纳米技术节点逻辑芯片、10nm系列存储芯片以及32层到128层3D闪存芯片制造中若干关键步骤的大规模量产。并且公司是国内唯一同时具备等离子体和晶圆热处理技术的公司，高产能真空晶圆传输设备平台可与公司各种反应腔体工程技术衔接，未来将进入一体化半导体设备市场，进一步巩固其在全球市场领先地位。

北方华创的氧化扩散炉目前大量供货国内一线晶圆厂，产品较为齐全，其自主研发的Booster A630单片退火设备已成功进入28nm生产线，并先后进入中芯国际、华力微电子等国内厂商生产线，累计流片数量超过60万片，已经成为量产机台。

结论

总体来说，退火设备相对于前道工艺其他设备技术难度较低，虽然全球市场依然被AMAT等国外厂商垄断，但我国在这方面已经实现了一定的国产替代。在快速退火设备（RTP）领域，我国屹唐股份目前位居全球市场第二，产品已覆盖国内外主要晶圆制造商。北方华创产品线较全，在产品线方面可与屹唐股份形成互补。