探寻2024年新股择股路径（二）：从沉积设备论半导体设备的国产化加速机遇

新股专题报告 分析师：李蕙S0910519100001 本报告仅供华金证券客户中的专业投资者参考请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 核心观点 u半导体周期迎来向上拐点，叠加我国自主可控政策持续推进下，我国半导体设备有望迎来加速发展机遇。薄膜沉积设备作为晶圆制造前道设备中的核心设备之一，目前国产化率仍维持较低水平；我们发现半导体薄膜沉积设备各品类国产化进度有所分化，国产厂商目前仅在小部分产品的国产替代上取得一定成效。 u展望未来，我们认为薄膜沉积设备即将到达国产化加速的节点，原因包括：（1）国产厂商逐步打破国外技术垄断，多项关键细分设备已到达产业化突破节点；（2）半导体周期或触底向上，国内半导体销售额经历今年3月的低点后同比增速连续7个月上升，而大陆晶圆厂实际产能与规划产能之间仍有较大差距，扩产有望加速；（3）今年以来，美国、日本、荷兰等国启动对华半导体设备出口管制，薄膜沉积设备为重点限制领域之一，或对国产加速形成催化。 u集成电路产业自主可控政策背景下，半导体量检测设备、温控设备及工艺废气处理设备等细分领域国产化有望加速发展，薄膜沉积设备国产化的快速提升或将进一步带动资本市场对于上述细分领域的关注。我们推荐关注的新股及次新股标的包括：中科飞测、京仪装备、微导纳米。 u风险提示：半导体产业复苏不及预期、设备产业化不及预期、核心零部件供应风险、技术开发与迭代升级的风险等风险 目录 薄膜沉积设备国产化较慢，细分品类国产进度有所分化 多重因素共同作用下，国产化有望提速 蝴蝶效应：或引起对其他国产化有望加速的半导体设备的关注 推荐关注新股：中科飞测、京仪装备、微导纳米 目录 薄膜沉积设备行业概况 薄膜沉积设备国产化较慢，细分品类国产进度有所分化 多重因素共同作用下，国产化有望提速 蝴蝶效应：或引起对其他国产化有望加速的半导体设备的关注 推荐关注新股：中科飞测、京仪装备、微导纳米 薄膜沉积设备简介 u薄膜沉积技术是将各类化学反应源用外部能量激活，并将形成的原子、离子或活性反应基团等在衬底表面进行吸附、聚结，从而形成不同介质的薄膜。薄膜沉积工艺环节是半导体前道工艺流程的一环，对应的设备即为薄膜沉积设备。根据工作原理的不同，薄膜沉积目前主流技术路线包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）及外延三大类。 薄膜沉积设备简介——（1）CVD设备 u化学气相沉积（CVD）法是在将硅片控制到预定温度后，使用射频电磁波作为能量源在硅片上方形成低温等离子体，再通入适当的化学气体，在等离子体的激活下，经一系列化学反应在硅片表面形成固态薄膜；在此过程中，必须采用低压、高基片温度，以使得反应仅发生在基片表面而非气相层中。完整的反应过程大致可分为三个步骤： 薄膜沉积设备简介——（1）CVD设备 u根据反应条件及生长源的不同，CVD设备又可分为常压CVD（APCVD）、低压CVD（LPCVD）、等离子增强CVD（PECVD）、金属CVD（Metal CVD）、金属有机CVD（MOCVD）等。 薄膜沉积设备简介——（2）ALD设备 u原子层沉积设备（ALD）属于CVD设备的一种，相较普通CVD工艺，ALD可通过将两种或以上的前驱物交替通过衬底表面，同时通过稀有气体的吹扫实现隔离，以控制生长周期的数目、达到对沉积膜厚的精确调节，因此该工艺具有厚度控制精确、薄膜台阶覆盖率好、膜厚均匀且一致性优良等优点，从45nm技术代开始逐渐被广泛使用。 薄膜沉积设备简介——（3）PVD设备 u物理气相沉积（PVD）法是指利用热蒸发或受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等物理过程，实现物质原子从源到衬底表面的转移，从而形成薄膜。PVD法可分为真空蒸镀及溅射两大类型，在薄膜沉积技术发展初期，真空蒸镀技术占据主流，其工艺简单、操作容易，但无法蒸发难熔金属和氧化物材料；随着集成电路进入铜互连时代，溅射技术逐渐成为主流。 行业特征：一、晶圆制造必需设备，但国产化率低 u半导体是现代工业发展的血液，实现半导体产业自主可控已上升至国家战略层面，近年来国家陆续出台政策，从财税、产业、投融资等多方面支持半导体产业发展。 u薄膜沉积设备用于半导体前道工艺中的薄膜沉积环节，在晶圆制造过程中，薄膜起到导电/绝缘、阻挡杂质渗透、提高吸光率、临时阻挡刻蚀等重要作用，是半导体制造的关键一环，因此薄膜沉积设备与光刻设备、刻蚀设备并列为集成电路前道生产工艺的三大核心设备。 u近年来，我国积极致力于半导体产业各环节国产化率提升，据SEMI数据，2022年中国晶圆厂商半导体设备国产化率已达到35％；但技术壁垒较高的集成电路前道设备国产化率目前仍然较低，其中薄膜沉积设备自给率低于20%。 行业特征：二、价值量占比较高、市场空间广阔 u半导体设备支出是晶圆厂资本支出的关键组成部分，据SEMI数据，晶圆制造设备在半导体设备中占比达到88%，是最重要的半导体设备品类；而薄膜沉积设备在晶圆制造设备中占据22%的份额。 u据SEMI、中商产业研究院数据，2022年中国大陆半导体设备市场规模为2745.15亿元；根据前述薄膜沉积设备的占比估算，2022年中国大陆薄膜沉积设备市场规模或超过531亿元。 行业特征：三、行业进入壁垒高、竞争格局优 u技术壁垒高：薄膜沉积工艺路线多样，而随着集成电路沿摩尔定律不断演进，又呈现“一代设备、一代工艺、一代产品”的发展规律，对设备厂商的研发能力、技术迭代能力有较高的要求；而薄膜沉积设备作为集成电路前道制造中的核心设备之一，技术壁垒极高，以现有主流国产薄膜沉积设备厂商而言，基本上需要具备承接国家重大专项的技术能力，对于核心技术人员的要求亦较高。 行业特征：三、行业进入壁垒高、竞争格局优 u竞争格局趋优：由于集成电路技术复杂、价格昂贵，且薄膜沉积作为前道工艺的核心之一对芯片性能起决定性作用，较高的技术壁垒加之客户使用习惯、集成电路产业规模效应等因素，使得海外薄膜沉积设备市场呈现寡头竞争格局。与成熟市场格局相似，我国目前主流薄膜沉积设备厂商仅有拓荆科技、北方华创、中微公司及微导纳米，且各家集中在不同的工艺路线，竞争格局较优。 行业特征：四、中国大陆晶圆扩产加速，下游需求持续性强 u据SEMI在《300mm晶圆厂展望报告-至2026年》中指出，全球300mm（12英寸）晶圆产能将从2022年的约700万片/月增长至2026年的960万片/月，CAGR达到8.49%，包括GlobalFoundries、华虹半导体、英飞凌、英特尔等在内的公司将有82座新厂房或产线启动运营。相应地，12英寸晶圆厂设备支出有望从2023年低点重回增长，2026年有望达到1188亿美元。 资料来源：SEMI、华金证券研究所 行业特征：四、中国大陆晶圆扩产加速，下游需求持续性强 u半导体自主可控政策支持下，中国大陆晶圆加速扩产，其中重心集中于12英寸晶圆。据集邦咨询统计，目前中国大陆在运营的12英寸晶圆厂共40座（包含建成25座、在建15座），另有9座处于计划中，就目前在建及计划中的晶圆厂来看，仍有205.3万片/月的产能空间；在运营8英寸晶圆厂共23座（包括建成15座、在建8座），另有1座处于计划中。 目录 薄膜沉积设备国产化较慢，细分品类国产进度有所分化 多重因素共同作用下，国产化有望提速 蝴蝶效应：或引起对其他国产化有望加速的半导体设备的关注 推荐关注新股：中科飞测、京仪装备、微导纳米 薄膜沉积设备国产化进程相对较慢 u据统计必联网2019年至2022H1国内部分主要晶圆制造产线的薄膜沉积设备招标情况结果显示，3家厂商（长江存储、华虹无锡、上海积塔）共招标薄膜沉积设备897台，其中国产设备数量76台，国产化率约为8.5%。 u分年度来看，2019年三家厂商薄膜沉积设备国产化率为5.6%，2020年提升至6.8%，2021年至2022H1提升至14.0%，整体呈现上升趋势；但对比来看，近年来我国半导体设备国产化快速推进，如清洗设备、刻蚀设备、CMP设备等国产化率从2020年的20%、20%、10%分别提升至2023年6月的58%、44%、32%，相较之下薄膜沉积设备国产化推进较为缓慢。 u分领域来看，我们认为薄膜沉积设备领域国产化推进较为缓慢的原因主要包括:(1)CVD设备不同细分品类国产化推进速度差异较大;(2) PVD设备中主要品类CuBS PVD近年来才取得突破；（3）ALD设备技术突破时点相对较晚。 一、CVD设备：细分品类国产化推进速度差异大 跟随集成电路技术发展，CVD设备主流技术路线逐步演进： u在微米技术代，化学气相沉积以结构较为简单的单片单腔室常压化学气相沉积设备（APCVD）为主；20世纪80年代以来，钨开始被广泛应用于半导体金属化中，用于沉积钨及阻挡层的金属CVD（M-CVD）应运而生； u随着圆片尺寸增加，集成电路到达亚微米技术代，工作压力更低、薄膜均匀性与沟槽覆盖填充能力较优的低压化学气相沉积设备（LPCVD）逐步成为主流； u集成电路制程逐渐发展到达90nm的过程中，化学反应温度更低、薄膜纯度及密度均有所改善的等离子体增强化学沉积设备（PECVD）逐步占据主导地位。 u目前，PECVD、管式CVD、非管式LPCVD、M-CVD均为CVD市场主流品类，在薄膜沉积设备市场中占比分别为33%、12%、11%、4%；结合CVD设备合计占据薄膜沉积设备市场60%份额来看，上述四大细分CVD设备在CVD设备市场中的份额分别为55%、20%、18%、7%。 一、CVD设备：细分品类国产化推进速度差异大 u截至目前，我国CVD设备国产替代呈现沿工艺路线从新到旧逐步替代的过程： uPECVD设备快速替代中：拓荆科技目前为国产PECVD设备的领导者，在2011年已实现12英寸PECVD设备的技术突破并出货至中芯国际进行产品验证，2013年5月实现了首台12英寸PECVD设备的销售。据招股说明书数据，拓荆科技在2019-2020年长江存储、华虹无锡、上海华力、上海积塔的PECVD设备市场份额达到16.56%（结合PECVD设备占比计算，拓荆科技CVD设备市场份额不低于9.08%），公司持续推进拓宽工艺及沉积材料的覆盖面，市占率持续扩大。北方华创PECVD设备主要应用于LED领域。 一、CVD设备：细分品类国产化推进速度差异大 u非管式LPCVD设备初步突破：国内厂商主要有北方华创、中微公司等。据公告，北方华创非管式（立式）LPCVD设备于2020年4月首次搬入国内集成电路制造龙头企业，意味着国产立式LPCVD取得重大突破；中微公司于今年5月推出首款LPCVD设备PreformaUniflex™CW，可用于12英寸晶圆产线。 u管式CVD设备12英寸应用尚未突破：CVD设备可分为管式和非管式，根据华经产业研究院数据，目前非管式已成为主流，约占CVD设备的90%。主要厂商北方华创的管式CVD设备主要包括HORIC L200（管式LPCVD）、HORIS L12（管式LPCVD）及HORIS P12（管式PECVD）。 二、PVD设备：主要品类CuBS近年来才取得突破 u与CVD设备通常用于沉积SiN、SiO2等介电材料不同，金属膜层的沉积中多使用PVD设备，而PVD工艺主要包括蒸发、溅射两种。 u集成电路金属化要求金属膜层尽可能满足低电能耗损、低薄膜应力、平滑、高抗电迁移能力等要求，因此主流金属连线材料随工艺发展不断优化迭代。 u20世纪60-70年代时，纯铝或铝硅合金是主流的金属连线材料； u至20世纪80年代，随着器件密度增加，对于膜层的平滑度及均匀性有更高的要求，此时钨被广泛使用作为连线材料，同时需要钛 （Ti）和氮化钛（TiN）作为阻挡层或附着层，防止钨膜层的扩散及脱落； u90年代以来，CMP工艺发展为铜作为互连材料提供了可能，同时，需要钽金属或氮化钽、氮化硅、硅碳氮作为阻挡层、同时氮化硅、硅碳氮作为密封层以防止铜的扩散。 二、PVD设备：主要品类Cu