雷火竞技半导体设备行业深度报告：市场再创新高国产化替代空间广阔（一）

　　摘要： 核心观点 全球半导体设备支出进入上升周期。5G、物联网、大数据、人工智能以及汽车电子等新技术和新产品的应用，将带来庞大的半导体市场需求，行业将进入新一轮的上升周期。半导体设备位于产业链的上游，其市场规模随着下游半导体的技术发展和市场需求而波动。根据SEMI预测半导体，2020年全球半导体设备市场规模达创纪录的689亿美元，同比增长16%，2021年将达719亿美元，同比增长4.4%，2022年仍旧保持增长态势，市场将达761亿美元，同比增长5.8%。 半导体产业向中国转移，中国成为*大半导体设备市场。中国凭借低劳动力成本的优...

　　全球半导体设备支出进入上升周期。5G、物联网、大数据、人工智能以及汽车电子等新技术和新产品的应用，将带来庞大的半导体市场需求，行业将进入新一轮的上升周期。半导体设备位于产业链的上游，其市场规模随着下游半导体的技术发展和市场需求而波动。根据SEMI预测，2020年全球半导体设备市场规模达创纪录的689亿美元，同比增长16%，2021年将达719亿美元，同比增长4.4%，2022年仍旧保持增长态势，市场将达761亿美元，同比增长5.8%。

　　半导体产业向中国转移，中国成为*大半导体设备市场。中国凭借低劳动力成本的优势，不断引进半导体产业先进技术，加大半导体产业人才培养，逐步承接了半导体低端封测和晶圆制造业务。随着全球电子化进程的开展，下游产业快速发展，不断推动中国半导体产业持续兴旺。中国大陆半导体设备市场规模在全球的占比逐年提升，SEMI预计2020年中国大陆半导体设备市场规模将达181亿美元，同比增长34.6%，成为全球*大的半导体设备市场。在2020年晶圆厂密集的资本支出之后，SEMI预计中国大陆2021年半导体设备市场将小幅回落，市场规模为168亿美元，同比下降7%。

　　半导体设备市场为海外厂商垄断，国产设备企业奋起直追。2019年国产半导体设备销售额为161.82亿元，中国大陆2019年半导体设备市场规模134.5亿美元，国产化率约17%，具备较大国产替代空间。在当前美国持续加强技术和设备封锁的情况下，半导体设备国产替代步伐正在加快。国产设备企业在政策和资金大力支持下，在刻蚀、薄膜沉积、测试等多个领域不断取得突破。

　　国产刻蚀设备、薄膜沉积设备和测试设备有望成为半导体设备国产化先锋。中微公司和北方华创分别在CCP和ICP刻蚀设备领域取得突破，部分产品已进入先进制程生产线验雷火竞技证；北方华创在PVD领域实现了国产**薄膜制备设备零的突破，设备覆盖了90-14nm多个制程，沈阳拓荆CVD设备成功进入长江存储生产线。华峰测控模拟测试机国内市占率已达60%，后续SOC项目推进可能为公司带来新的增长空间。

　　半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体产品按照功能区分可以分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器等四大类。其中集成电路是半导体产业的核心，根据WSTS数据，2020年集成电路市场规模占到了半导体市场的82%。

　　半导体产业链可按照主要生产过程进行划分，整体可分为上游中游下游。以半导体中占比*高的集成电路产业为例，上游包括半导体材料、生产设备、EDA、IP核。EDA，即电子设计自动化（Electronics Design Automation），主要包括设计工具和设计软件。IP核（Intellectual Property Core）提供已经完成逻辑设计或物理设计的芯片功能模块，通过授权允许客户将其集成在IC设计中。中游包括设计、制造雷火竞技、封测三大环节。下游主要为半导体应用，主要包括3C电子、医疗、通信、物联网、信息**、汽车、新能源、工业等雷火竞技。

　　半导体产业运作主要有两种模式，即IDM模式和垂直分工模式。如前文所述，半导体整个制造过程主要包括芯片设计、晶圆制造和封装测试三大环节。所谓IDM（Integrated Device Manufacture）模式，即由一个厂商独立完成芯片设计、制造和封装三大环节，英特尔和三星是全球*具代表性的IDM企业。另一种模式为垂直分工模式，即Fabless（无晶圆制造的设计公司）+Foundry（晶圆代工厂）+OSAT（封装测试企业），Fabless是指专注于芯片设计业务，只负责芯片的电路设计与销售，将生产、测试、封装等环节外包的设计企业，代表企业有高通、英伟达、AMD等；Foundry即晶圆代工厂，指只负责制造、封测的一个或多个环节，不负责芯片设计，可以同时为多家设计公司提供服务的企业，代表企业有台积电、中芯国际等。OSAT指专门从事半导体封装和测试的企业。

　　在台积电成立以前，半导体行业只有IDM一种模式。IDM模式的优势在于资源的内部整合优势，以及具有较高的利润率。IDM模式贯穿整个半导体生产流程，不存在工艺流程对接问题，新产品从开发到面市的时间较短，且因为覆盖前端的IC设计和末端的品牌营销环节，具有较高的利润率水平。但其公司规模庞大、管理成本和运营费用较高，同时半导体生产需要庞大的资本支出，使得行业内只有极大的几家IDM企业能够生存。

　　半导体制造业具有明显的规模经济效应，扩大规模可以显著降低单位产品的成本，提高企业竞争力，降低产品价格，垂直分工模式应运而生。一方面，垂直分工模式使得Fabless投资规模较小，运行费用较低，因此涌现出了大量的上等的芯片设计企业。另一方面，Foundry能够*大化的利用产能，提高资本支出的收益率。但垂直分工模式可能会因芯片设计和生产无法顺利协同，导致芯片从设计到面市的时间过长，给芯片设计厂商造成损失。

　　半导体设备主要应用在半导体产业链中的晶圆制造和封装测试环节。硅片制造是半导体制造的**大环节，硅片制造主要通过硅料提纯、拉晶、整型、切片、研磨、刻蚀、抛光、清洗等工艺将硅料制造成硅片，然后提供给晶圆加工厂。

　　半导体工业中有两种常用方法生产单晶硅，即直拉单晶制造法（CZ法）和悬浮区熔法（FZ法）。CZ法是硅片制造常用的方法，它较FZ法有较多优点，例如只有CZ法能够做出直径大于200mm的晶圆，并且它的价格较为便宜。CZ法的原理是将多晶硅硅料置于坩埚中，使用射频或电阻加专线圈加热熔化，待温度超过硅的熔点温度后，将籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、转肩等径等步骤，完成一根单晶硅棒的拉制。

　　单晶生长炉是生产单晶硅的主要半导体设备。目前全球的单晶生长炉主要由美国Kayex、德国PVATePla半导体设备、日本Ferrotec等企业供应，国内的单晶生长炉企业主要包括晶盛机电、南京晶能、连城数控等。

　　单晶硅棒完成后，还需要经过一系列加工才能得到硅片成品，主要涉及的半导体雷火竞技设备有切片机、研磨机、湿法刻蚀机、清洗机、抛光机和量测机。目前上述硅片加工设备主要由日本、德国和美国厂商提供，国内仅有晶盛机电等少数厂家推出了部分硅片加工设备，市场占有率较低。