2022年半导体行业之薄膜沉积设备专题分析 2021年国内薄膜沉积设备市场空间超过55亿美元

1. 半导体薄膜沉积设备：半导体制膜关键工艺，持续推动芯片性能提升

薄膜沉积工艺是半导体制造中的关键工艺。半导体行业中，薄膜常用于产生导电层或绝缘层、产生减反射膜提高吸光率、临时阻挡刻蚀等作用，由于薄膜是芯片结构的功能 材料层，在芯片完成制造、封测等工序后会留存在芯片中，薄膜的技术参数直接影响芯片 性能。由于半导体器件的高精度，薄膜通常使用薄膜沉积工艺来实现，晶圆表面的沉积物 会在晶圆表面形成一层连续密闭的薄膜。薄膜制备可根据原理分为淀积法核渗入法，其中 淀积法根据反应环境可分为气相法和液相法，气相法根据反应原理可分为化学气相沉积 和物理气相沉积。

在晶圆衬底上淀积薄膜有很多种技术，主要分为化学工艺和物理工艺：物理气相沉积 技术（PVD）是利用热蒸发、离子溅射或辉光放电等物理过程，在基体表面沉积所需薄膜 的技术；化学气相沉积技术（CVD）是利用化学反应，将气相中的物质转移到基体表面形 成所需薄膜的技术。

半导体薄膜设备细分种类众多：根据不同原理镀膜设备主要分为 CVD 设备、PVD 设 备和 ALD 设备，常用 CVD 设备包括 PECVD、SACVD、APCVD、LPCVD 等，ALD 也 是属于 CVD 的一种，是先进制程部分工序节点所需的薄膜沉积设备；PVD 设备根据原理 不同可分为溅射 PVD 设备、蒸镀 PVD 设备和离子镀膜设备。

CVD 设备具体来看：常压化学气相沉积（APCVD）是最早的 CVD 设备，结构简单、 沉积速率高， 至今仍广泛应用于工业生产中。低压化学气相沉积（LPCVD）是在 APCVD 的基础上发展起来的，由于其工作压力大大降低，薄膜的均匀性和沟槽覆盖填充能 力有 所改善，相比 APCVD 的应用更为广泛。等离子体增强化学气相沉积设备 （PECVD）在 从亚微米发展到 90nm 的 IC 制造技术过程中，扮演了重要的角色，由于等离子体的作 用，化学反应温度明显降低，薄膜纯度得到提高，致密度得以加强，不伤害芯片已完成的 电路。次常压化学气相沉积（SACVD）主要应用于沟槽填充工艺。集成电路结构中，沟 槽孔洞的深宽比越来越大，SACVD 反应腔环境具有特有的高温（400-550℃）、高压（30- 600Torr）环境，具有快速填空（Gapfill）能力。

摩尔定律、3D 结构推动薄膜沉积工序数量持续提升。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。在 90nm CMOS 工艺，大约需要 40 道薄膜沉积工序。在 3nm FinFET 工艺产线， 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。（报告来源：未来智库）

2. 半导体前道三大核心设备之一，全球市场迈向 300 亿美金

晶圆制造核心设备，薄膜设备市场空间广阔。新建晶圆厂设备投资中，晶圆制造相关 设备投资额占比约为总体设备投资的 80%，薄膜沉积设备作为晶圆制造的三大主设备之 一，其投资规模占晶圆制造设备总投资的 20~25%。根据 Maximize Market Research 数据， 2017-2020 年全球半导体薄膜设备由 125 亿美元增长至 172 亿美元，CAGR 为 11.2%，受 益于芯片结构向 3D 立体化方向发展，薄膜设备的需求将加速成长，预计到 2025 年市场 将达到 340 亿美元，2021-2025 年 CAGR 为 15.66%。 图 13：半导体设备市场拆分 图 14：2017-2025 年半导体薄膜

国内薄膜沉积设备市场空间：2021 年超过 55 亿美元。根据 SEMI 数据，2021 年中 国大陆半导体设备市场在全球的占比约为 29%，Maximize Market Research 预测 2021 年全球半导体薄膜设备市场约为 190 亿美元（由于 2021 年全球半导体设备市场增速达44%，预计薄膜沉积设备市场规模也将上修），因此保守估计 2021 年中国大陆半导体薄 膜沉积设备的市场空间超过 55 亿美元。

国内晶圆厂持续扩产、芯片制程迭代共同推动国产薄膜沉积设备市场扩容。当前时 间节点，对于中国大陆本土设备厂商而言，本土晶圆厂客户的扩产进度是决定设备需求的 直接因素，根据 ittbank 数据，2022 年初国内正在扩产以及已有规划的 12 寸晶圆产线产 能约为 206 万片/月，需求广阔；根据拓荆科技招股书信息，按 1 万片月产能来看，一条 180nm 的 8 寸逻辑晶圆产线需要约 10 台 CVD 设备、5 台 PVD 设备，一条 90nm 的 12 寸逻辑产线需要约 42 台 CVD 设备、24 台 PVD 设备。

2021 年中国集成电路贸易逆差继续创下了历史新高的 2788 亿美元，本土产能缺口 依旧巨大，晶圆厂扩产具备长期需求。根据中国海关数据，2021 年我国进口集成电路 4326 亿美元，出口集成电路 1538 亿美元，进出口均保持快速增长，贸易逆差为 2788 亿美元， 继续创历史新高，尽管我国半导体产业向自主可控的大方向快速前进，但贸易逆差持续扩 大也说明了自主可控的进程远远没有结束，本土企业扩产的动力将长期存在。

不同薄膜设备不同薄膜沉积工艺，PECVD 设备市场占比最高。薄膜沉积工艺根据不 同的应用演化出了 PECVD、溅射 PVD、ALD、LPCVD 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。在整个薄膜沉积设备市场，属于 PVD 的溅 射 PVD 和电镀 ECD 合计占有整体市场的 23%。

3. AMAT/LAM/TEL 寡占领先，2021年半导体国产化率不足 10%

全球范围：应用材料、泛林半导体、东京电子、先晶半导体寡头垄断。目前，全球半 导体薄膜沉积设备市场由应用材料（AMAT）、泛林半导体（Lam）、东京电子（TEL）、先 晶半导体（ASMI）等海外公司占据主导地位。在 CVD 市场中，2019 年应用材料（AMAT） 全球占比约为 30%，泛林半导体（Lam）和 TEL 分别为 21%和 19%，三大厂商合计达 70%。PVD 市场方面，应用材料（AMAT）则垄断了占 85%的份额，处于绝对龙头地位； ALD 设备龙头东京电子（TEL）和先晶半导体（ASMI）分别占据了 31%和 29%的市场。

国内视角：海外企业同样寡头垄断，沈阳拓荆、北方华创领跑国内企业。CVD 方面， 国内市场绝大部分份额仍然被美国及日韩厂商占据，2021 年主要企业为 AMAT、LAM、 WONIK IPS、TEL 等龙头企业，国内沈阳拓荆以 3.1%的市占率位居第七；PVD 方面， AMAT 同样一家独大，占据近 60%的市场份额，国内主要企业为北方华创。

以长江存储为例，国产薄膜设备厂商加速导入，国产化率有望持续提升。根据中国国 际招标网数据，以长存为例，长江存储 2019-2021 年年均采购成膜设备 213 台，国产成膜 设备比重从 2019 年的 2%上升至 2021 年的 10%，均出自拓荆科技和北方华创，以 CVD 设备为主。其中，主要国产供应商拓荆科技供应占比约 1~5%。华虹无锡、华力集成项目 2019-2021 年分别采购成膜设备 62、76、9 台，两家晶圆厂合计国产化率分别为 6%、17%、 11%。在自主可控大背景下，新产品产业化开始驶入快车道，国产化率有望持续提升。

整体来看 2021 年半导体薄膜设备整体国产化率不足 10%，国产化处于初级阶段。根 据 SEMI 数据，2021 年中国大陆半导体设备市场规模为 296.2 亿美元，根据薄膜沉积设备 约 21%的市场份额，我们推算 2021 年中国大陆半导体薄膜沉积设备市场规模约为 62 亿 美元，国内半导体薄膜设备企业主要为北方华创、中微公司和沈阳拓荆，根据三家企业薄 膜设备大致销售额推算 2021 年半导体薄膜沉积设备的国产化率在 5%-8%之间。（报告来源：未来智库）

4. 拓荆/华创/中微/盛美多点开花，薄膜沉积设备投资正当时

国内薄膜沉积设备企业正快速成长，各细分领域均有入局，国产化进程全面开启。除 去 CVD 龙头企业沈阳拓荆、PVD 龙头企业北方华创外，中微公司专攻 MOCVD 并已成 为了细分领域全球龙头企业，盛美上海目前已有管式 CVD 设备出货，未来将重点发展立 式炉管 ALD 设备，屹唐股份同样也在进行 ALD 领域布局。

1）拓荆科技：公司为国内 CVD 领域龙头企业，主要产品为 PECVD、ALD、SACVD， 覆盖过半的 CVD 设备品类，其中主力产品为 PECVD，已适配 180nm~14nm 逻辑芯片、 19/17nm DRAM 及 64/128 层 FLASH 制造工艺需求，2021 年公司实现营业收入 7.58 亿元，国内四大晶圆厂（中芯/华虹/长存/长鑫）及 ICRD 为公司核心客户。

2）北方华创：公司拥有 PVD、CVD 两大类产品，PVD 为主力产品，主要应用于 AL PVD 工艺、硬掩膜工艺，公司 CVD 产品主要有 LPCVD、APCVD，主要用于硅外延生 长、硅的氧化物、氮化物的沉积，长存/中芯/华虹/积塔为公司主要客户。

3）中微公司：公司薄膜沉积设备主要为 MOCVD 设备（CVD 分支，主要用于化合 物半导体外延生长，目前广泛用于 LED 的外延工艺，市场空间在半导体 CVD 设备中占 比较低），MOCVD 下游客户主要为 LED 制造企业（三安、华灿等），此外，公司已组建 团队开始布局 EPI（外延设备）、LPCVD 设备。

4）盛美上海：公司已有管式 LPCVD 设备布局和出货，未来 ALD 设备将带来较大成 长动能，目前已研发布局两款 ALD 设备，分别为 thermal-ALD 和 PE-ALD。

5）屹唐股份：根据公司 IPO 募资项目说明，公司将充分利用现有核心技术基础，研 发新的产品品类，进入新的市场领域，拓展市场空间，例如薄膜沉积设备领域。

薄膜沉积设备投资正当时。我们认为薄膜沉积设备作为晶圆制造前道设备，市场空间 广阔，同时国产化率较低，国产替代仍处于起步阶段，随着关键工艺节点的技术突破以及 国内晶圆产线产能的放量，国内优质企业有望充分享受国产化率提升的红利。当前，国内 半导体薄膜设备龙头企业在不同优势领域持续发力，拓荆科技和北方华创整体呈现出差 异化竞争的态势，在各自领域已进入 1-10 的成长阶段，同时部分后进入企业正开拓新领 域，处于 0-1 的突破阶段，具备较大的成长弹性。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）