2024年中国半导体设备（1）：薄膜沉积设备（CVD&PVD）

团队介绍 Our Team 头豹深耕行企研究6年，凭借丰富的内容生产、平台运营和知识管理经验，基于人工智能、大模型、云计算等先进数字技术，构建了业内领先的全产业覆盖、百万级原创研究内容数据库，首创全开源、多方协同、可拓展的智慧行研平台——“脑力擎KnowlengineTM”知识管理与研究辅助KaaS系统，并通过“AI推理+AI搜索”双引擎辅助分析师提升工作效能，加深行研精度，助力行业实现数字化转型升级，赋能数字中国建设。 头豹科创网(www.leadleo.com)拥有20万+专业用户，全行业赛道覆盖及相关研究报告产出数百万原创数据元素，每年数千场直播及视频内容，用户覆盖了超过70%的投融资机构、金融机构和资本市场服务机构。近年来，头豹研报在资本市场的影响力逐年提升。据不完全统计，已有上百家拟上市及上市公司在其信披材料中大量引用头豹数据及观点。头豹精选报告被全球著名的财经资讯平台路孚特(Refinitiv)广泛收录，帮助中国企业获得国内外投资机构重点关注，吸引投资，赋能企业发展。 报告作者 Report Author 姓名：张俊雅 职位：头豹研究院TMT+行业分析师 Email：jacob.zhang@leadleo.com 半导体设备国产替代：中国晶圆厂半导体设备国产化率已提升至35%，预计2025年达50% 全球半导体设备市场高度集中，海外龙头厂商仍处于垄断地位，中国半导体设备厂商已覆盖多个细分领域，但国产替代仍处于早期阶段。根据SEMI，2022年中国晶圆厂商半导体设备国产化率明显提升，从21%提升至35%。预计2025年，国产化率将会达到50%，并初步摆脱对美国半导体设备的依赖。 目前在 28nm 及以上领域，中国半导体设备厂商已基本实现了全覆盖，部分刻蚀、清洗环节已推进至先进制程节点，国产化率达80%以上。而在 14nm 工艺上，中国半导体设备厂商也实现了50%以上的覆盖，国产化率可能达到了20%以上。目前在 14nm 以下，国产化率仍较低，仅为10%左右。 薄膜沉积设备市场：2023年全球市场规模达260亿美元，市场被海外厂商所垄断 根据Maximize Market Research数据，全球薄膜沉积设备市场规模预计由2017年的125亿美元增长至2025年的340亿美元。未来，逻辑芯片制程升级、存储芯片堆叠层数提升、新工艺的应用，使得薄膜沉积设备在产线中的占比及价值量逐步提升，全球薄膜沉积设备市场规模将保持稳定增长态势。 在薄膜沉积设备市场中，PECVD份额占比达33%，而其余占比较大的设备有PVD（19%）、ALD（11%）、管式CVD（12%）等。由于PECVD具有沉积速度快、工作温度低的优点，其在薄膜沉积设备中占据主要地位。 薄膜沉积设备需求端：芯片制程升级，推动薄膜沉积设备需求大幅增长 先进制程使得晶圆制造的复杂度和工序量大幅提升，当线宽向 7nm 及以下制程发展，需要采用多重曝光工艺，薄膜沉积次数明显增加。在90nm CMOS芯片工艺中，大约需要40道薄膜沉积工序。在 3nm FinFET工艺产线，大约需要超过100道薄膜沉积工序，涉及的薄膜材料由6种增加到近20种，对于薄膜颗粒的要求也由微米级提高到纳米级，进而拉动晶圆厂对薄膜沉积设备需求量的增加。 全球半导体行业市场规模：2023年全球半导体市场低迷，预计2024年市场开始进入上行周期 2023年，全球半导体市场规模为5,201亿美元，同比下滑9.4%，主要由于2023年存储芯片需求疲软，导致半导体市场低迷。在AI芯片需求强劲的推动下，全球半导体市场将有所回暖，预计2024年市场规模增长至5,884亿美元 全球半导体主要品类及占比情况，2023 全球半导体市场规模，2019-2024E 信号链类电源管理类通用芯片专用芯片FPGA等 MPU、MCU等 易失性存储（RAM）非易失性存储（ROM） 单位：[亿美元]7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 单位：[%]30%20%10%0%-10%-20% 模拟芯片 5,884 5,741 5,559 5,201 逻辑芯片 4,404 4,123 集成电路 微处理器 存储芯片二极管三极管功率器件被动元件光电导器件光伏打器件半导体发光器件半导体受光器件 半导体产品 2019 2020 2021 2022 2023 2024E 分立器件 功率二极管、功率晶体管、晶闸管等电容、电阻、电感等 全球半导体市场规模 同比 半导体是指介于导体与绝缘体之间的物理材料，其广泛应用于计算机、通信、消费电子、汽车、工业/医疗、军事/政府等核心领域。根据世界半导体贸易统计组织（WSTS）的分类标准，半导体主要由四个组成部分组成：集成电路（约占84.33%），光电器件（约占6.87%），分立器件（约占5.28%），传感器（约占3.52%）。其中，集成电路按照产品种类又可分为四大类：微处理器（约占13.42%），存储器（约占26.30%），逻辑器件（约占30.55%），模拟器件（约占14.27%）。 光敏电阻、光电二极管、光电三极管等硅光电池、光电检测器件、光电控制器件发光二极管（LED）、半导体激光器等图像传感器、光电晶体管、光电倍增管等 光电器件 传感器 温度、压力、湿度、气体、离子、生物、声音、射线等各类信号传感器 6.87%3.52%5.28% 13.42% 集成电路分立器件传感器光电器件 逻辑器件模拟器件存储器微处理器 根据WSTS的数据，全球半导体市场规模由2019年的4,123亿美元增长至2023年的5,201亿美元。2023年全球半导体市场规模同比下滑9.4%，主要由于2023年存储芯片需求疲软，导致半导体市场低迷。然而在AI芯片需求强劲的推动下，全球半导体行业将有所回暖，开始进入上行周期。预计2024年全球半导体市场规模将增长至5,884亿美元，同比增长13.1%。 30.35% 26.30% 84.33% 14.27% 全球半导体行业周期性：技术驱动10年长周期，资本开支驱动3-4年短周期 全球半导体行业周期性明显，技术驱动半导体10年长周期，资本开支驱动3-4年短周期。2023年全球半导体行业资本开支同比下降14%，主要由于芯片需求疲软及消费和移动设备库存增加，预计2024年资本开支迎来反弹 半导体产品制造技术演进历程 主流圆片直径主流设计工具主要封装形式 2-4in手工 从TO到DIP 4in-150mm 150mm，200mm从布局布线到综合从DIP到QFP 200mm，300mm从综合到DFM DIP、GFP、BGA 200mm，300mm SoC、IP 多种封装、SiP 200mm，300mm，450mm SoC、IP、SiP SiP、3D封装、Chiplet等 从逻辑编辑到布局布线DIP 半导体行业：技术驱动10年长周期，资本开支驱动3-4年短周期 全球半导体行业资本开支及增速，2008-2023 单位：[亿美元] 单位：[%] 4年 3年 4年 全球半导体资本支出同比 181.7 156.0 200 153.1 200%100%0% -100% 113.1 106.1 102.5 95.6 67.4 66.1 65.2 67.8 59.0 54.0 55.3 100 43.4 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2023年，全球半导体行业资本开支同比下降14%至156亿美元，下降主要由于芯片需求疲软以及消费和移动设备库存增加，许多半导体公司减少对新设备的投资，以应对市场的不确定性。其中，削减幅度最大的是存储公司，降幅为19%。从多年来全球半导体资本开支同比增速来看，全球半导体资本开支约3-4年为一个周期，预计2024年资本开支迎来反弹。 半导体设备：晶圆制造投资量占比超80%，其中光刻设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备为核心 半导体设备可分为前道设备（晶圆制造）和后道设备（封装与测试）两大类，前道设备投资量占总设备的80%以上。前道设备中，刻蚀设备、薄膜沉积设备和光刻机设备价值量占比分别为22%、22%和17% 半导体设备分类及投资价值占比 半导体设备可分为前道设备（晶圆制造）和后道设备（封装与测试）两大类。前道设备涉及硅片加工、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、清洗、抛光、金属化等工艺，所对应的核心专用设备包括硅片加工设备、光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、机械抛光设备、测量设备等，其中光刻设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备是半导体前道生产工艺中的三大核心设备。后道设备则包括封装设备和测试设备，同时后道先进封装工艺也会用到部分前道设备。 在晶圆厂的资本开支中，20%-30%用于厂房建设，70%-80%用于设备投资。根据国际半导体产业协会（SEMI），前道设备（晶圆制造）投资量占半导体设备投资量的约80%，封装和测试设备占比分别约为10%和8%。在晶圆制造设备中，刻蚀设备、薄膜沉积设备和光刻机分别占前道设备价值量的22%、22%和17%。 半导体设备投资额：集成电路设备投资额随制程节点先进程度提升而大幅增长 在相同产能下，集成电路设备投资量随制程节点先进程度提升而大幅增长， 5nm 制程下1万片/月的产能建设需要超过30亿美元的资本开支投入；2023年全球半导体设备市场规模受下游需求不振影响有所下滑，达874亿美元 每万片晶圆产能对应的设备投资量 全球半导体设备市场规模，2019-2024E 2019年的598亿美元增长至2022年的1,076亿美元，2017-2022年CAGR为15.8%。2023年，受到下游芯片需求疲软，以及终端库存过高的影响，全球半导体设备市场规模同 ~$9B ~$9B 半导体设备国产替代：美日荷先进半导体设备封锁，中国半导体设备国产替代势在必行 2022年以来，美日荷相继发布对华芯片出口管制措施。半导体设备作为中国主要的“卡脖子环节”，正处于国产替代的黄金期。2023年6-7月，中国半导体设备进口额大幅增长，表明国产厂商正持续扩大成熟制程芯片的生产 美日荷半导体设备出口管制措施，2022-2023 中国大陆半导体设备进出口额，2018-2022 先进光刻机、ALD设备、Epi设备及low-k沉积设备、EUV光罩保护膜及生产设备受到出口管制。 2022年，中国大陆半导体设备行业整体进口金额达到347.2亿美元，出口金额达41.2亿美元，进出口贸易逆差达306.0亿美元。2023年6月和7月，中国进口的半导体设备价值总额接近50亿美元，较去年同期的29亿美元增长了70%，其中大部分进口的半导体设备来自于荷兰和日本。中国对半导体设备进口额的大幅增长，表明中国半导体制造厂商正在继续扩大成熟制程的生产。 荷兰 2023.06.30 日本列入管制的主要设备 主要实现功能 日本主要涉及公司 成膜设备（11类） 在基板表面形成具备功能的膜 东晶电子、科意半导体、爱发科 曝光设备（4类） 将“电路图”转印到基板上 尼康 2022年10月，美国对中国半导体产业制裁升级。2023年3月，荷兰也加入了美国对华芯片出口管制的阵营。日本经济产业省也发布修订外汇法法令，将23类先进的芯片制造设备纳入出口管理的管制对象。其中包括清洗设备、成膜设备、热处理设备、曝光设备（包括极紫外EUV相关产品的制造设备）、蚀刻设备、高端光刻胶等。2022年以来，地缘政治不确定性持续加剧，半导体设备作为中国主要的“卡脖子环节”，仍处于国产替代的黄金期。 刻蚀设备（3类）清洗设备（3类） 去掉多余的薄膜使用药液去除杂质 东京电子、日立高新技术东