半导体设备发展基本情况及特点分析雷火竞技

　　半导体设备发展基本情况及特点分析一、半导体设备发展基本情况及特点半导体设备主要包括前道工艺设备和后道工艺设备，前道工艺设备为晶圆制造设备，后道工艺设备包括封装设备和测试设备，其他类型设备主要包括硅片生长设备等。其中晶圆前道工艺设备整体占比超过80%，是半导体设备行业最核心的组成部分。从晶圆厂的投资构成来看，刻蚀设备、光刻设备、薄膜沉积设备是集成电路前道生产工艺中最重要的三类设备。其中，薄膜沉积设备投资额占晶圆厂投资总额的16%，占晶圆制造设备投资总额的21%。二、半导体设备定义及产业链半导体专用设备泛指用于生产各类半导体产品所需的生产设备，属于半导体行业产业链的支撑环节。在整个芯片制造和封测过程中，会经过上千道加工工序，细分又可以划分出百种不同的机台，占比较大市场份额的主要有：光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、离子注入机、测试机、分选机、探针台等。半导体设备产业链中，上游为零部件和系统软件；中游为半导体设备，光刻机、刻蚀机、离子注入机、涂胶显影设备、氧化炉、CMP/CVD/PVD设备、质检及电学检测设备等；下游为半导体产品，主要包括分立器件、光电子器件、传感器和集成电路。三、半导体设备行业发展现状（一）市场规模.中国半导体设备的市场规模增速明显，从2017年的554．18亿元增长至2019年的905．70亿元。2020年，中国半导体设备市场亦保持快速增长趋势，销售额为1260．62亿元，同比增长达39．2%，成为全球第一大半导体设备市场；2021年，中国半导体设备市场连续增长，销售额为1993．35亿元，同比增长达58．1%，连续两年成为全球第一大半导体设备市场。2022年中国半导体预计将继续增长，规模达到2745．15亿元。（二）市场结构从细分产品来看，光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备为半导体设备主要核心设备，分别占比24%、20%、20%。其次为测试设备和封装设备，分别占比9%雷火竞技、6%。（三）进口情况中国半导体设备行业整体国产化率的提升还处于起步阶段，目前国内半导体生产厂商所使用的半导体设备仍主要依赖进口。根据中国电子专用设备工业协会的统计，2021年半导体设备进口46894计进口额1147．96亿元，同比分别增长84．3%和56．4%。（四）国产化率情况中国设备产业未来10年，第一步将迎接中国半导体产业对设备投资需求成倍的增长，同时目标将国产化率从平均5%~10%，提升到70%~80%以上甚至更高；第二步中国设备技术能力与国际厂商同台竞技之后，实现打开国门走向世界。.只有在设备上拥有核心技术升级与迭代能力，才能真正实现半导体制造上实现超越，国产化率是当务之急，也势不可挡。薄膜沉积是晶圆制造的三大核心步骤之一，薄膜的技术参数直接影响芯片性能。半导体器件的不断缩小对薄膜沉积工艺提出了更高要求，而ALD技术凭借沉积薄膜厚度的高度可控性、优异的均匀性和三维保形性，在半导体先进制程应用领域彰显优势。用于薄膜沉积的技术包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）。其中ALD技术是一种将物质以单原子膜的形式逐层镀在基底表面的方法，能够实现纳米量级超薄膜的沉积。目前ALD技术可以细分为TALD、PEALD、SALD等，制备的薄膜类型包括氧化物、氮（碳）化物、金属与非金属单质等，涵盖介电层、导体和半导体。ALD反应的自限制性和窗口温度较宽的特征，使其生长的薄膜具有很好的台阶覆盖率、大面积均匀、致密无孔洞等优势，且厚度等沉积参数易于精确控制。ALD技术特别适合复杂形貌、高深宽比沟槽表面的薄膜沉积，被广泛应用于High-K栅介质层、金属栅、铜扩散阻挡层等半导体先进制程领域。2020年，全球ALD设备市场规模约占薄膜沉积设备整体市场的11%。从晶圆厂设备投资构成来看，薄膜沉积设备投资额占晶圆制造设备总投资额的比重约达25%。随着全球和国内晶圆厂的加速建设和扩产，以及半导体器件结构向更细微演进，ALD设备市场空间广阔。.根据SEMI，全球晶圆产能2022年将增长8%，2020年至2024年期间，中国大陆和中国台湾将分别增加8家和11家300mmFab厂，合计约占全球新增数量的50%。在Fab厂设备投资额构成中，前道晶圆制造设备占比高达80%，其中薄膜沉积设备投资额约占晶圆制造设备的25%。MaximizeMarketResearch统计显示，2017至2020年全球半导体薄膜沉积设备市场规模从125亿美元增至172亿美元，CAGR11．2%，预计2025年可达340亿美元。根据Gartner统计，2020ALD设备市场规模约占薄膜沉积设备的11%，SEMI预测，受益于半导体先进制程产线年全球ALD设备销售额CAGR将达到26．3%，远高于PVD和PECVD设备的增速，市场前景可观。半导体ALD设备市场由海外厂商高度垄断。2020年，我国薄膜沉积设备国产化率为8%，虽然较2016年的5%有所提升，但总体水平尤其是中高端设备的国产占比仍然较低。在国际市场，ASMI、TEL、Lam、AMAT等知名半导体厂商均提供ALD设备，其中ASMI为全球ALD设备市场龙头企业，公司在ALD技术领域持续深耕半导体，通过跨国并购拓展并巩固了ALD业务，2020年ALD备销售额市占率高达55%。在国内市场，经营薄膜沉积设备业务的公司主要包括拓荆科技、微导纳米、中微公司、盛美上海、北方华创，目前具备半导体ALD技术产业化能力的企业仍然较少。建议关注在ALD设备领域取得较大进展的拓荆科技、微导纳米。四、薄膜沉积设备：集成电路奠基者.薄膜沉积技术是以各类化学反应源在外加能量（包括热、光、等离子体等）的驱动下激活，将由此形成的原子、离子、活性反应基团等在衬底表面进行吸附，并在适当的位置发生化学反应或聚结，渐渐形成几纳米至几微米不等厚度的金属、介质、或半导体材料薄膜。作为芯片衬底之上的微米或纳米级薄膜，是构成了制作电路的功能材料层。随着集成电路制造不断向更先进工艺发展，单位面积集成的电路规模不断扩大，芯片内部立体结构日趋复杂，所需要的薄膜层数越来越多，对绝缘介质薄膜、导电金属薄膜的材料种类和性能参数不断提出新的要求。薄膜设备的发展支撑了集成电路制造工艺向更小制程发随着半导体行业整体景气度的提升，全球半导体设备市场呈现快速增长态势，拉动市场对薄膜沉积设备需求的增加。根据MaximizeMarketResearch数据统计，2017-2020年全球半导体薄膜沉积设备市场规模分别为125亿美元、145亿美元、155亿美元和172美元，2021年扩大至约190亿美元，年复合增长率为11．04%。预计全球半导体薄膜沉积设备市场规模在2025年将从2021年的190亿美元扩大至340亿美元，保持年复合15．7%的增长速度。近年来，下游产业新技术、新产品快速发展，正迎来市场快速增长期。5G手机、新能源汽车、工业电子等包含的半导体产品数量较传 统产品大比例提高；人工智能、可穿戴设备和物联网等新业态的出 现，对于半导体产品产生了新需求。经过不断发展，根据不同的应用 .演化出了PECVD、LPCVD、溅射PVD、ALD 等不同的设备用于晶圆制造的 不同工艺。其中，PECVD 是薄膜设备中占比最高的设备类型，占整体薄 膜沉积设备市场的33%；ALD 设备目前占据薄膜沉积设备市场的11%； SACVD 是新兴的设备类型，属于其他薄膜沉积设备类目下的产品，占比 较小。 在晶圆制造过程中，薄膜起到产生导电层或绝缘层、阻挡污染物 和杂质渗透、提高吸光率、临时阻挡刻蚀等重要作用。随着集成电路 的持续发展，晶圆制造工艺不断走向精密化，芯片结构的复杂度也不 断提高，需要在更微小的线宽上制造。制造商要求制备的薄膜品种随 之增加，最终用户对薄膜性能的要求也日益提高。这一趋势对薄膜沉 积设备产生了更高的技术要求，市场对于高性能薄膜设备的依赖逐渐 增加。 随着集成电路的持续发展，产线逐渐升级，晶圆厂对薄膜沉积设 备数量和性能的需求将继续随之提升。越先进制程的产线所需的薄膜 沉积设备数量越多。先进制程使得晶圆制造的复杂度和工序量都大大 提升，为保证产能，产线上需要更多的设备。 随着当前存储器性能瓶颈的出现，主流工艺方式不断拓展，精密 结构加工所需的设备性能要求不断增加。在FLASH 存储芯片领域，随 着主流制造工艺由2DD 发展为3DD 结构，相关产线中薄膜设备支出占 比由18%提升至26%，结构的复杂化导致对于薄膜沉积设备的需求量也 逐步增加。 .半导体设备属于高新技术领域，相关厂商均在各自专业技术领域 耕耘几十年。从全球市场份额来看，薄膜沉积设备行业呈现出高度垄 断的竞争局面，行业基本由应用材料（AMAT）、先晶半导体 （ASMI）、泛林半导体（Lam）、东京电子（TEL）等国际巨头垄 断。2019 年，ALD 设备龙头东京电子和先晶半导体分别占据了31%和 29%的市场份额，剩下40%的份额由其他厂商占据；而应用材料则基本 垄断了PVD 市场，占85%的比重，处于绝对龙头地位；在CVD 市场中， 应用材料全球占比约为30%，连同泛林半导体的21%和TEL 的19%，三 大厂商占据了全球70%的市场份额雷火竞技。 CVD 设备需求量大，设备种类较多。国内从事CVD 设备开发销售的 公司主要有北方华创、中微公司和拓荆科技。北方华创主要研发 PVD、LPCVD 和APCVD 设备，中微公司主要研发MOCVD 设备，和拓荆科 技的PECVD 以及SACVD 设备无直接竞争关系。各公司专注于不同细分 领域，共同发展弥补国内企业在相关行业的短板。 除了光刻、薄膜沉积以及刻蚀三大核心工艺外，其他前道设备虽 然占比不高，但同样不可或缺。从芯片制造工艺来看，包括涂胶显影 设备、清洗设备、离子注入设备以及扩散设备。其中涂胶显影设备与 光刻机共同完成光刻工艺；清洗机与CMP 共同完成芯片的各步骤的清 洗与抛光；离子注入机和扩散炉则专注于掺杂工艺。 五、半导体设备分类发展现状及驱动因素 .以产业链应用环节来划分，半导体设备可分为前道工艺设备（晶 圆制造）和后道工艺设备（封装测试）两个大类。其中后道工艺设备 还可以细分为封装设备和测试设备。设备中的前道设备占据了整个市 场的80%-85%，其中光刻机，刻蚀机和薄膜设备是价值量最大的三大环 节，各自所占的市场规模均达到了前道设备总量的20%以上。因此，全 球半导体设备前十名厂商之中，有多家是平台型企业，横跨多个半导 体工艺环节。 半导体产业链庞大复杂的特性，使得很难有某一家公司能够在所 有设备领域做到全覆盖。来自全球各个国家的企业共享整个市场。从 2021 年的全球竞争格局来看，第一梯队top5 的收入规模均在百亿规模 左右或以上，排名前top10 的公司营收体量也要在20 亿美元以上半导体设备。对 比国内设备龙头北方华创2021 年电子装备业务（包含集成电路业务和 泛半导体业务）约为79．5 亿元人民币的营收，我国半导体装备行业 的营收规模距行业头部厂商仍存在较大差距，替代空间巨大。 按照2021 财年半导体业务收入排名，全球前五大半导体设备厂商 分别为应用材料242 亿美元营收，ASML 约211 亿美元营收，东京电子 171 亿美元营收，泛林半导体165 亿美元应收，柯磊82 亿美元营收。 分地区来看，排名前十的厂商中有五家日本公司，四家美国公司，以 及一家荷兰公司。 2021 年全球营收排名前五的设备厂商均属于前道设备的应用厂 商，与前道设备占据80%以上的设备市场相匹配。同时，前五大厂商中 .有三家是平台型（应用材料，泛林半导体，东京电子），横跨刻蚀， 薄膜，清洗，离子注入等多个领域，对比来看，国内许多公司也在横 向拓展业务领域以不断突破天花板，向平台型转型。比如，中微公司 从刻蚀及化合物半导体外延设备延展到集成电路薄膜设备；万业企业雷火竞技雷火竞技雷火竞技雷火竞技