Dimensione del mercato delle attrezzature per la deposizione di strati atomici e analisi delle quote: tendenze e previsioni di crescita (2025-2030)

Tendenze e approfondimenti sul mercato globale delle apparecchiature per la deposizione di strati atomici

Forte riduzione dei nodi NAND e DRAM 3D in Asia

Il numero di strati ha già superato i 200 nei dispositivi NAND 3D commerciali, richiedendo decine di strati dielettrici e metallici ad alto rapporto d'aspetto depositati con una precisione inferiore all'Ångström. I principali produttori di memorie in Corea del Sud e Cina hanno incrementato gli ordini per reattori ALD termici in grado di mantenere la variazione di spessore al di sotto dell'1% in strutture con rapporti d'aspetto di 100:1. La ripresa del prezzo delle memorie nel 2024-2025 ha ripristinato l'utilizzo degli impianti, aumentando la domanda di utensili anche in un contesto di difficoltà legate al controllo delle esportazioni. Gli impianti cinesi hanno acquistato il 40% delle apparecchiature globali per la produzione di wafer nel 2024, creando una carenza regionale di capacità di precursori ALD. I fornitori in grado di abbinare l'economia dei lotti all'uniformità dielettrica ad alto k si sono aggiudicati la maggior parte degli appalti per la sostituzione.

Transizione alla logica Gate-All-Around e High-k Metal Gate

Le architetture GAA spostano l'elettrodo di gate lungo l'intero nanoribbon, moltiplicando il numero di strati conformali ad alto k/metallo per dispositivo. La piattaforma a 2 nm di TSMC, la cui produzione di massa è prevista per la seconda metà del 2, integra centinaia di passaggi ALD per garantire il controllo della tensione di soglia, riducendo al contempo il consumo energetico del 2025-25% rispetto ai nodi a 30 nm. L'ALD in molibdeno e rutenio ha sostituito tungsteno e rame in diversi livelli di interconnessione, riducendo la resistenza di linea del 3% e semplificando il CMP. La domanda si è orientata verso utensili a wafer singolo con metrologia interna che convalida lo spessore del film dopo ogni ciclo. I fornitori in grado di offrire una ripetibilità dello spessore inferiore a 35 Å con una produttività superiore a 2 Wph sono nella posizione migliore.

Rapida adozione di backplane Mini/Micro-LED

Le fabbriche di micro-LED necessitano di una passivazione senza fori a ≤100 °C per proteggere i pixel in GaN. Le linee ALD spaziali installate nel 2024 hanno aumentato la potenza di 4 volte, raggiungendo al contempo gli obiettivi di trasmissione del vapore acqueo di 4.4 × 10⁻⁵ g/(m² giorno). I produttori di display hanno segnalato una riduzione dell'85% della corrente di dispersione e un aumento del 30% della luminosità dopo aver convertito la passivazione delle pareti laterali da PECVD ad ALD. L'introduzione di visori AR/VR e HUD per autoveicoli ha ridotto i tempi di ammortamento degli strumenti di incapsulamento ALD dedicati, soprattutto a Taiwan e nella Cina continentale, dove si concentra la maggior parte della capacità produttiva dei pannelli.

Domanda di rivestimenti elettrolitici allo stato solido per batterie EV

Le case automobilistiche hanno accelerato la roadmap per lo stato solido, stimolando gli ordini di rivestimenti a particelle catodiche per i sistemi ALD a letto rotante. I film di ossido di niobio da 5 nm hanno migliorato la ritenzione di capacità al 99.4% dopo 500 cicli a 4.7 V.^{[2]Nature Communications, “Eliminazione della degradazione chemio-meccanica delle batterie allo stato solido al litio”, nature.com} Un fornitore di batterie di primo livello ha ridotto i tempi di carica da 45 a 15 minuti una volta che gli strati di allumina ALD hanno soppresso la formazione di dendriti. Tuttavia, i volumi sono modesti rispetto ai semiconduttori; le linee di batterie multi-reattore prenotate fino al 2027 segnalano una seconda fase di crescita duratura per il mercato delle apparecchiature per la deposizione di strati atomici.

Scarsità e volatilità dei costi dei metalli precursori

Le catene di approvvigionamento di rutenio e iridio sono rimaste concentrate in due nazioni produttrici, esponendo gli impianti a oscillazioni di prezzo superiori al 40% nel 2024. Un impianto di produzione di logica all'avanguardia ha posticipato di tre mesi l'avvio di un processo a 3 nm a causa della carenza di Ru, aggiungendo impianti di riciclo dei precursori che hanno aumentato il CAPEX degli utensili del 15%. La ricerca sulla resistenza dei fogli di ALD di cobalto assistiti da zinco-alchile fino a 15 µΩ cm, ma è ancora inferiore a Ru per quanto riguarda la durata dell'elettromigrazione. Finché non saranno sviluppate soluzioni chimiche alternative, il prezzo dei PGM limiterà le aggressive roadmap di riduzione dei costi.

Limitazioni di produttività rispetto agli obiettivi di fonderia ad alto volume

L'ALD convenzionale cresce di 0.5-2 Å per ciclo, producendo valori di wafer all'ora inferiori rispetto a CVD o PVD. Una linea logica da 5 nm ha messo a confronto l'ALD e la CVD a plasma ad alta densità per uno strato barriera; la produttività 3 volte superiore di quest'ultima si è assicurata lo slot di produzione nonostante la migliore copertura di step dell'ALD. I fornitori hanno risposto con l'ALD spaziale e le modalità a plasma pulsato ad alta velocità che hanno raddoppiato la produttività per i gate ad alto k da 45 nm. Sebbene i guadagni riducano il divario, l'efficienza del capitale rimane un fattore determinante per un'ampia distribuzione in fabbriche sensibili al prezzo.

Analisi del segmento

Per tipo di apparecchiatura: ALD spaziale rivoluziona le piattaforme tradizionali

L'ALD termico ha conquistato la quota maggiore del mercato delle apparecchiature per la deposizione di strati atomici, con una quota del 55.2% nel 2024. I reattori termici a singolo wafer si sono dimostrati indispensabili per strati di arresto dell'incisione a memoria ad alto rapporto d'aspetto, con una flessibilità di ricetta che supporta frequenti sostituzioni di precursori. Tuttavia, il CAGR del 17.1% dell'ALD spaziale lo rende il candidato migliore fino al 2030. Un importante produttore di pannelli OLED ha convalidato l'incapsulamento ALD spaziale atmosferico, quadruplicando la produttività e rispettando rigorosi parametri di barriera. Il costo al metro quadro risultante è diminuito del 28%, indirizzando nuovi ordini verso strumenti spaziali in linea. L'ALD potenziato al plasma ha ampliato la sua attrattiva per l'elettronica flessibile, consentendo la crescita di film a temperature inferiori a 100 °C, fondamentale per i substrati plastici. I fornitori hanno anche rilasciato varianti roll-to-roll, spingendo l'ALD verso film barriera per alimenti e moduli solari. 

Si prevede che il mercato delle apparecchiature per la deposizione di strati atomici (ATOM Layer Deposition) per ALD spaziale si espanderà più rapidamente di qualsiasi altro segmento, trainato dalla domanda delle fabbriche di display e solari. Al contrario, le piattaforme abilitate per ALE si sono affermate come una nicchia emergente; l'integrazione di deposizione e incisione in un unico frame riduce le code di processo per le fasi di incisione a gradini di NAND a 232 strati. Nel complesso, questi sviluppi hanno diversificato i flussi di entrate oltre la base dei semiconduttori core.

Nota: le quote di tutti i segmenti individuali sono disponibili al momento dell'acquisto del report

Per configurazione del reattore: la flessibilità del singolo wafer incontra l'economia dei lotti

I sistemi cluster hanno rappresentato il 65.2% del fatturato del 2024, favoriti dall'agilità delle ricette su linee logiche inferiori a 3 nm. Un recente aggiornamento, che ha combinato un sistema avanzato di erogazione del precursore tramite vapore con il rilevamento dei guasti basato sull'apprendimento automatico, ha ridotto il tempo di ciclo del 25% e aumentato l'uniformità tra wafer del 40%. Tali incrementi di produttività hanno contribuito a sostenere il vantaggio di quota di mercato degli strumenti a singolo wafer per le apparecchiature di deposizione a strato atomico. 

I reattori batch, tuttavia, stanno tornando di moda, poiché le fabbriche di memorie e dispositivi analogici cercano di ridurre il costo per wafer. I nuovi progetti a parete calda processano 100 wafer simultaneamente, controllando la temperatura entro ±1 °C. Un produttore di memorie sudcoreano ha realizzato un risparmio sui costi del 30% migrando una fase di rivestimento dielettrico da cluster a batch ALD. Di conseguenza, il fatturato batch è sulla buona strada per un CAGR del 14.3%, superando la crescita complessiva del mercato.

Per dimensione del substrato: le linee pilota da 450 mm guidano la crescita futura

Le apparecchiature ottimizzate per substrati da 300 mm hanno rappresentato il 70.5% delle vendite del 2024, riflettendo la consolidata base di produzione da 300 mm. I progressi nel controllo di processo, come l'ottimizzazione predittiva del flusso di massa dei precursori, hanno ridotto l'utilizzo di prodotti chimici del 35%, contribuendo all'espansione del margine lordo per i costruttori di utensili. Le dimensioni del mercato delle apparecchiature per la deposizione di strati atomici derivate da linee pilota ≥450 mm sono attualmente ridotte, ma presentano una previsione di CAGR del 21.7% entro il 2030. Una linea di ricerca e sviluppo multi-partner ha dimostrato un costo per chip inferiore del 40% rispetto ai flussi equivalenti da 300 mm, a dimostrazione degli incentivi economici a lungo termine. 

I sistemi ≤200 mm rimangono rilevanti per i dispositivi di potenza in SiC e i MEMS. L'aumento della domanda da parte degli inverter per autoveicoli ha spinto un fornitore ad acquisire un'azienda di nicchia specializzata in epitassia, ampliando il suo portafoglio di ALD da 150 mm e 200 mm. La diversificazione tra i diametri dei wafer protegge i fornitori dalla ciclicità nelle megafab di logica.

Per chimica dei film: i film metallici consentono interconnessioni di nuova generazione

I film di ossido hanno mantenuto una quota del 48.3% nel 2024, sostenuti da stack di gate ad alta k e strati di memoria ferroelettrici. Le modifiche di processo che inducono fasi ortorombiche di HfO₂ hanno ridotto l'energia di commutazione del 60% e ne hanno prolungato la ritenzione di 3 volte, rivitalizzando le roadmap delle memorie non volatili embedded. 

I film metallici sono cresciuti più rapidamente, con un CAGR del 18.3%, grazie all'adozione di molibdeno e rutenio, trainati dalla GAA. La linea ALD-Ru di una fonderia leader ha ridotto la resistenza di interconnessione del 35% rispetto al rame, sbloccando una maggiore larghezza di banda per gli acceleratori di intelligenza artificiale. Gli stack di nitruro e ossinitruro hanno continuato a soddisfare le esigenze di barriera e di funzione di lavoro, mentre i processi al fluoro e al solfuro hanno trovato trazione nella passivazione dei dispositivi quantistici.

Nota: le quote di tutti i segmenti individuali sono disponibili al momento dell'acquisto del report

Per applicazione: le batterie allo stato solido emergono come frontiera di crescita

L'utilizzo di logica e memoria a semiconduttore ha dominato al 68.4% nel 2024, poiché i nodi principali richiedevano oltre 300 strati ALD per wafer. Il mercato delle apparecchiature per la deposizione di strati atomici ha beneficiato dei 697 miliardi di dollari di fatturato del settore dei semiconduttori nel 2025, con server di intelligenza artificiale e moduli HBM che hanno sostenuto l'intensità di capitale. 

I dispositivi energetici, basati su batterie allo stato solido, rappresentano l'applicazione in più rapida crescita, con un CAGR del 22.5%. Le linee ALD a letto rotante che rivestono polveri catodiche su scala di chilogrammi hanno registrato un aumento del ciclo di vita del 40%, favorendo installazioni pilota in Asia, Europa e Nord America. I nuovi casi d'uso nel packaging avanzato e nei rivestimenti biomedici aumentano la domanda e diversificano l'esposizione del settore delle apparecchiature per la deposizione di strati atomici al mercato finale.

Analisi geografica

L'area Asia-Pacifico ha mantenuto una quota di fatturato del 41.8% nel 2024 e si prevede che registrerà un CAGR del 17.3% fino al 2030. Taiwan, Corea del Sud e Cina hanno prodotto congiuntamente oltre l'80% dei wafer di memoria e logica globali, garantendo una domanda concentrata di utensili. La Cina da sola ha acquistato il 40% di tutte le apparecchiature per la fabbricazione di wafer nel 2024, nonostante i limiti alle esportazioni, sostenuta da un fondo nazionale di 47 miliardi di dollari. La regione ospita anche la maggior parte della capacità di produzione di micro-LED, amplificando ulteriormente l'adozione di ALD spaziali. 

Il Nord America si è classificato al secondo posto, sostenuto dal programma CHIPS e dagli incentivi dello Science Act. Nuove fabbriche in Arizona, Ohio e Texas hanno stanziato budget multimiliardari per gli utensili ALD per linee pilota GAA e per il confezionamento avanzato di chiplet. Le aziende statunitensi hanno investito 107.5 miliardi di dollari in ricerca e sviluppo e spese in conto capitale nel 2023, rafforzando la domanda interna.^{[3]Associazione dell'industria dei semiconduttori, "Factbook 2024", semiconductors.org}

La quota dell'Europa è inferiore, ma in accelerazione. L'European Chips Act ha mobilitato 43 miliardi di euro (49.09 miliardi di dollari), inclusi 3.7 miliardi di euro (4.22 miliardi di dollari) per cinque linee pilota che si basano su ALD per la prototipazione di stack di packaging avanzati. L'attività emergente in Brasile, Israele ed Emirati Arabi Uniti ha ampliato la mappa dei clienti, principalmente attraverso linee di ricerca mirate all'elettronica di potenza e all'accumulo di energia rinnovabile.