北方华创专题研究：半导体国产设备龙头，刻蚀业务加速放量

一、北方华创：深耕刻蚀、沉积 20 年，半导体设备全面布局

1.1 国内半导体高端装备领导者

国内领先的半导体高端装备及一体化解决方案供应商。北方华创是由七星电子和北方微 电子战略合并而成。其前身为 2001 年 9 月成立的北京七星华创电子股份有限公司。公 司深耕于芯片制造刻蚀领域、薄膜沉积领域近 20 年，现已成为国内领先的半导体高端工 艺装备及一站式解决方案的供应商。公司主营半导体装备、真空装备、新能源锂电装备 及精密元器件业务，为半导体、新能源、新材料等领域提供解决方案。公司现立足四大 产业制造基地布局，实现了营销服务辐射欧、美、亚等全球主要国家和地区，致力于成 为国际领先的高端电子工艺装备和精密电子元器件服务商。

公司发展主要经历 3 个阶段：

（1）2001-2010 年，初创探索阶段：2001 年七星电子、北方微电子先后成立，其中七星 电子以七星集团为主发起人发起设立，设立时主营半导体装备及精密电子元器件业务； 北方微电子由北京电控联合七星集团、清华大学、北京大学、中科院微电子所和中科院 光电技术研究所共同出资设立，主营高端半导体装备业务。2010 年登陆深交所主板，同 年公司成为国家“02 专项”的主要承担单位之一。

（2）2011-2017 年，快速成长期：2015 年，公司开启七星电子与北方微电子重组，次年 8 月战略重组完成；同年引进国家集成电路产业基金、京国瑞基金等多方战略投资者， 跨越式成长为国内规模最大的高端半导体设备公司。2017 年正式更名为北方华创，形成 北方华创微电子、北方华创真空、北方华创新能源和北京七星精密电子四家全资子公司 构成的业务结构。

（3）2018 年至今，内生外延扩版图，向高端设备进军：2018 年北方华创微电子收购美 国 Akrion Systems LLC 公司收购业务，进一步丰富了高端集成电路设备产业线；2019 年 10 月，公司定增募资加码高端集成电路研究和高精密电子元器件研究项目；2020 年 收购北广科技射频应用技术相关资产，提升射频应用技术水平，进一步增强半导体装备 技术开发及应用能力。

1.2 半导体领域全面布局，前道工艺覆盖广泛

半导体装备、真空装备、新能源锂电装备及精密元器件构成公司四大核心事业集群。公 司业务范围广泛，主要产品可分为电子工艺装备和电子元器件，其中电子工艺装备为营 收主要来源，依据应用领域可划分为半导体装备、真空装备及新能源锂电装备三大类。

1) 半导体装备，2020 年收入占比约 69%，经营主体为全资子公司北方华创微电子，主 要包括刻蚀设备及薄膜设备（PVD、CVD）、氧化/扩散炉、清洗/退火等设备品类，可 广泛应用于集成电路、先进封装、LED、光伏、MEMS 等多领域。

2) 真空及新能源设备，2020 年收入占比约 12%，其中真空装备经营主体为全资子公司 北方华创真空，主要包括真空热处理设备、气氛保护热处理设备、连续式热处理设 备和晶体生长设备四大类产品，可广泛应用于新能源、新材料、真空电子、航空航 天和磁性材料等领域，新能源设备则主要为二次电池制造设备，经营主体为北方华 创真空子公司北方华创新能源。

3) 精密元器件，2020 年收入占比约 21%，主要包含精密电阻器、钽电容器、石英晶体 器件、微波组件、模块电源、混合集成电路等，广泛应用于自动控制、电力电子、 精密仪器仪表、铁路交通等领域。

半导体设备领域全方位、平台化布局，覆盖除光刻外全部前道工艺。公司旗下的半导体 设备均为 100%自主研发，品类国内最为完备，覆盖了刻蚀机、PVD、CVD、ALD、氧化/扩 散炉、退火炉、MFC、清洗机等前道工序所需的大部分核心设备，批量进入国内集成电路 及 LED、MEMS、光伏等泛半导体领域生产线，部分产品成为国内龙头厂商量产线 Baseline 机台。公司刻蚀机、PVD 等设备持续突破，部分先进工艺设备已完成验证，成熟工艺设备 的新工艺应用产品相继进入客户产线验证或量产，不断收获重复采购订单；光伏、第三 代半导体设备等产品也相继推向市场，实现批量供应、快速成长。

客户方面，公司基本覆盖各产业链龙头，市场占有率随技术突破和产品矩阵完善而不断 提升。集成电路领域，公司产品成功进入如中芯国际、长江存储、武汉新芯等国内集成 电路主流厂商量产产线，28 纳米 HardmaskPVD、Al-PadPVD 设备进入国际主流供应链 体系；LED 领域拥有三安光电、华灿光电等优质客户，并针对 Mini/Micro-LED 两种不同 技术路线均展开布局；显示面板领域客户包括全球行业龙头京东方，且公司已已布局 OLED、硅基 OLED 等方向；光伏领域，公司为隆基股份等硅片、电池线核心装备的主要供 应商。

1.3 国资背景，股权激励凝聚人心

北京电控为控股股东和实控人，股权结构集中且稳定。北京电子控股有限责任公司（简 称“北京电控”）直接持有公司股份 10.47%，通过其全资子公司北京七星华电科技集团 有限公司（简称“七星集团”）间接持股 35.89%，因此合计持股 46.36%，为公司控股股 东及实际控制人，其实控人则为北京市国资委。此外，国家集成电路产业投资基金持股 7.92%，为公司第三大股东。公司股权结构较为集中且国资背景深厚，有利于保障长期稳 定的发展。

股权激励调动积极性，绑定核心人才。2018 年 7 月，公司作为北京市首家国有控股上市 公司股权激励试点企业以“2 年锁定期+3 年行权期”的机制，实施一期股权激励；2019 年，二期股权激励落地，2020 年公司分别向集团高管团队及所属子公司高管、业务负责 人共87人及公司核心技术人员和管理骨干354人合计授予447万股限制性股票和448.50 万份股票期权。公司以更具针对性和更强绑定的长效激励，调动激励对象的积极性和创 造性，维护核心团队稳定，核心人员流失率从 15%大幅降至 2%以下，保障企业稳定增长。

优化管理机制，推行职业经理人制度。2018 年，子公司北京北方华创微电子装备有限公 司先行试点职业经理人制度，2019 年北集团全部高管取消行政级别，人事档案实现市场 化管理，2020 年 10 月，集团子公司实现职业经理全级次覆盖，全面推行职业经理人制 度，推动公司经营更加灵活高效。

1.4 营收业绩高速增长，盈利能力逐步提升

半导体设备领域持续开拓，市占率不断提升，业绩逐年稳步增长。近年来伴随国内半导 体及泛半导体制造产业加速发展，同时公司持续推动技术升级、完善产品矩阵、提升竞 争力，进而实现业务规模快速扩张，2015-2020 年营收 CAGR 达 47.94%，归母净利润 CAGR 高达 69.26%。其中 2020 年公司实现营业收入 60.56 亿元，同比增长 49%；实现 归母净利润 5.37 亿元，同比增长 74%，位于此前预告期间 4.6~5.8 亿元中枢偏上，公 司加强新品研发、市场拓展，落地股权激励，全年设备和电子元器件均实现较大增长。

单季度经营表现可观，21Q1 保持继续增长趋势，盈利能力逐步提升。公司 2020Q4 单 季度营收 22.20 亿，同比增长 68%，归母净利润 2.1 亿，同比增幅达 134.65%，考虑股 权激励费用 3 亿左右于四季度计提，单季度经营表现可观。21Q1 实现营业收入 14.23 亿元，同比增长 51.7%，实现归母净利润 7290 万元，同比增长 175.3%，保持继续增长趋 势，盈利能力逐步提升。

公司发布 2021H1 业绩预告。公司预期 2021H1 公司营业收入 32.7~39.2 亿元，同比增 长 50~80%；归母净利润 2.76~3.31 亿元，同比增长 50~80%。2021 年上半年，受下 游多领域市场需求拉动，公司电子工艺装备及电子元器件业务进展良好，销售收入均实 现同比增长，也使得归属于上市公司股东的净利润实现同比增长。

2021Q2 单季度收入增速指引中枢 75%，平台型龙头公司产品加速放量。根据公司公 告，公司 2021Q2 单季度营业收入 18.4~25.0 亿元，同比增长 49%~101%；公司 2021Q2 单季度规模净利润 2.03~2.58 亿元，同比增长 28%~63%。作为国内设备龙头，收入高 速增长反映着公司产品迭代和放量持续突破，有望进一步增强国内半导体设备平台型龙 头地位。

高强度研发投入夯实技术实力。“一代技术、一代工艺、一代设备”，集成电路产业的发 展依赖于装备的不断更新换代，公司始终保持高强度的研发投入力度，重视对技术人才 的培养和激励，在高端装备技术上加速追赶国际主流水平，2020 年公司研发支出 16.08 亿元，占营收比重达 26.55%，截至 2020 年末，公司累计申请专利 5141 项；累计授权 专利 2894 项；2020 年研发人员达 1415 人，占总员工人数比重 23.67%。

持续推进先进技术研发，核心设备量产、订单相继突破。2019~2020 年，北方华创 12 英寸硅刻蚀机、金属 PVD、立式氧化/退火炉、湿法清洗机等多款高端半导体设备相继进 入量产，2020 年下游客户需求旺盛，高端设备营收同比增长，成熟工艺设备突破新工艺， 新工艺产品陆续进入客户验证或量产，产品频获客户重复采购订单。

定增接连落地稳步推进扩产能，扩大竞争优势。2020 年公司资本开支迅速增长，达到 6.683 亿元，同增 290.5%，主要系公司发力高端设备，扩产项目持续推进所致。2019 年 公司定增募集资金 20 亿元加码高端装备研发及高精密电子元器件扩产，其中 17.8 亿元 投向“高端集成电路装备研发及产业化项目”，目标所指先进工艺关键集成电路装备的研 发和产业化，2020 年，高精密电子元器件产业化基地扩产项目厂房建设完成，并交付使 用。高端集成电路装备研发及产业化项目各项工作有序进行，集成电路装备创新中心楼 主体结构完成封顶，将于 2021 年竣工并交付使用。2021 年，公司计划通过非公开发行 方式再募资 85 亿元投入“半导体装备产业化基地扩产项目（四期）”、“高端半导体装备 研发项目”和“高精密电子元器件产业化基地扩产项目（三期）”的建设，进一步提升现 有高端集成电路设备的产业化能力，巩固主营业务的竞争优势，非公开发行项目已获得 中国证监会受理。

二、刻蚀：集成电路图形转移方式

刻蚀是用化学、物理、化学物理结合的方法有选择的去除（光刻胶）开口下方的材料。 被刻蚀的材料包括硅、介质材料、金属材料、光刻胶。刻蚀是与光刻相联系的图形化处 理工艺。刻蚀就是利用光刻胶等材料作为掩蔽层，通过物理、化学方法将下层材料中没 有被上层遮蔽层材料遮蔽的地方去掉，从而在下层材料上获得与掩膜板图形对应的图形。

湿法刻蚀：用液体化学剂去除衬底表面的材料。早期普遍使用，在 3um 以后由于线宽控 制、刻蚀方向性的局限，主要用干法刻蚀。目前，湿法刻蚀仍用于特殊材料层的去除和 残留物的清洗。

干法刻蚀：常用等离子体刻蚀，也称等离子体刻蚀，即把衬底暴露于气态中产生的等离 子，与暴露的表面材料发生物理反应、化学反应。

刻蚀主要参数：刻蚀速率、均匀性、选择比（对不同材料的刻蚀速率比）、刻蚀坡面（各 向异性、各向同性）。

应用最广泛的刻蚀设备是 ICP 与 CCP，技术发展方向是原子层刻蚀（ALE）。

电容性等离子体刻蚀 CCP：能量高、精度低，主要用于介质材料刻蚀（形成上层线路） ——诸如逻辑芯片的栅侧墙、硬掩膜刻蚀、中段的接触孔刻蚀、后端的镶嵌式和铝垫刻 蚀等，以及 3D 闪存芯片工艺（氮化硅/氧化硅）的深槽、深孔和连线接触孔的刻蚀等。

电感性等离子体刻蚀 ICP：能量低、精度高，主要用于硅刻蚀和金属刻蚀（形成底层器 件）——硅浅槽隔离（STI）、锗（Ge）、多晶硅栅结构、金属栅结构、应变硅（StrainedSi）、金属导线、金属焊垫（Pad）、镶嵌式刻蚀金属硬掩模和多重成像技术中的多道刻蚀 工艺。

ALE：技术发展方向，能精确刻蚀到原子层（约 0.4nm），具有超高刻蚀选择率。应用广 泛。

光刻技术中许多先进制程涉及多重图形技术。即使是 EUV，波长为 13.5nm，要实现 7nm 的精度，仍需要依靠多重图形技术，即多次刻蚀。因此制程升级，精度越高，需要的刻 蚀复杂度、步骤数量也在提升。所以刻蚀设备和化学薄膜设备成为更关键的设备。

产业发展趋势：

1) 0.13um 工艺的铜互连技术出现时（300mm 时代），金属刻蚀比例下降，介质刻蚀的 比例大幅上升。

2) 30nm 之后的，多重图像技术、软刻蚀应用的提升，硅刻蚀（ICP）的占比快速提升。

3) 数十层的金属互联层（后道工艺，BEOL），精度一般在 20nm 以上的以 CCP 设备为 主；CMOS 核心器件（前道工艺，FEOL）线宽比较少，往往使用 20nm 以下的 ICP 设备。

4) EUV 在 foundry/DRAM 的采用，使得刻蚀步骤减少；3D Nand 采用，使得刻蚀步骤 增多，高深宽比刻蚀需求增多。

三、刻蚀设备：国内领先，重点布局金属及硅刻蚀

北方华创布局刻蚀、薄膜、清洗、炉管四大类半导体制造设备，具有对应的硬件和工艺 解决方案，囊括集成电路、先进封装、半导体照明、微机电系统、功率半导体等八大应 用。公司拥有国际先进的研发测试平台，高效专业的精益制造体系，健全的现代化质量 管理体系。产品端具有 6 大优势：

（1）优化传输效率，较竞品大幅提高。

（2）降低颗粒 污染，减少工艺腔内零件。

（3）多种腔体集成 PVD/ALD/CVD。

（4）封装行业 8/12 寸兼 容。

（5）优化耗材材料，大幅度降低耗材成本。

（6）节省制程步骤，可帮助客户提高产品 性能。

刻蚀机领域国内领先，金属刻蚀 8 英寸打破国外垄断，12 英寸突破 28nm 以下制程。 2017 年公司 8 英寸铝金属刻蚀机进入国内主流代工厂生产线，独特的腔室结构和温度 控制设计，可大幅提升了设备的稳定性、重复性和生产工艺水平，打破了国际厂商长期 垄断 8 英寸刻蚀机的局面；同时公司推出 12 英寸 TiN 硬掩膜刻蚀机，可应用于 28-14nm 逻辑制程中。2016 年自主研发的国内首台应用于 14nm 制程的 ICP 刻蚀机 NMC612D 进入上海集成电路研发中心，正式迈入 14nm 刻蚀工艺。

四、刻蚀需求不断增长，国产刻蚀设备加速导入

刻蚀设备市场超过 130 亿美元，是晶圆设备占比最高的市场。2011 年以来，刻蚀在晶 圆设备的占比从 11%逐渐提升到 20%以上，2017 年起成为全球晶圆设备中占比最高的 装备类别，重要性不断提升。刻蚀设备市场基本是干法刻蚀设备，2020 年全球干法刻蚀 设备市场约 137 亿美元，其中介质刻蚀（Dielectric Etch）60 亿美元，导体刻蚀（Conductor Etch）76 亿美元。

刻蚀由海外龙头主导，国内公司保持快速增长。根据 Gartner 数据，全球刻蚀企业前三 大分别是 Lam Research、TEL、AMAT，全球市占率合计 91%。国内刻蚀业务前三大企 业分别为中微公司、北方华创、屹唐半导体。根据三方数据，2020 年国内的刻蚀龙头企 业中微公司、北方华创的刻蚀业务都取得较高收入增长，并在规模体量逐步接近全球前 五大厂商。

从导体刻蚀市场结构看，Lam 一家独大，长期全球市占率超过 50%；其次 AMAT 占据约 30%市场份额。剩下的厂商如日立高新、TEL、KLA、北方华创、SEMES、中微公司等公 司合计，在导体刻蚀合计市占率不超过 20%。近两年，国内设备龙头厂商北方华创、中 微公司该产品线放量加速，逐步提高半导体设备刻蚀供应链份额。

从介质刻蚀市场结构看，TEL 一家独大，长期全球市占率超过 50%；其次 Lam 占据接近 40%的市场份额，两家厂商主导整个市场，寡占程度较强。全球介质刻蚀设备供应商还 有 SEMES、中微公司、AMAT、Ulvac、屹唐半导体等。中微公司开发了系列介质刻蚀装 备，并承担多项重大科研项目，是国内领先的介质刻蚀设备厂商。

根据我们的估算，中国大陆刻蚀市场需求预计在 200 亿元以上，国产化率在 20%以内， 仍具有较大的替代空间。

国内晶圆设备需求放量，国产刻蚀设备加速导入。跟踪国内晶圆厂主要招投标数据，刻 蚀设备需求工艺类别较多，绝大多数由海外龙头厂商供应，国内龙头公司北方华创、中 微公司、屹唐半导体处于加速导入过程。以长江存储、华虹无锡、华力集成的招投标数 据进行分析，这三家晶圆厂的刻蚀环节上，国内设备产线的国产化率（以机台数量计算） 平均约为 20~30%。

以 Lam Research 为例，在长江存储的 Nand Flash 产线上，仅仅刻蚀机一个品类，供应 的设备量多达 40 种不同工艺环节，其中多数工艺环节设备具有独占性，尤其是刻蚀高深 宽比的深孔、深沟等环节工艺。排除没有做分类的中标机台，长江存储已经公告中标机台涉及的刻蚀工艺类别多达 80~90 种。

以长江存储的中标信息看，北方华创在刻蚀领域布局集中于硅刻蚀，设备品类对标 Lam， 仍具有较大潜力空间。

相应的，我们以长江存储、华虹无锡、华力集成的招投标数据进行分析，这三家晶圆厂的刻蚀环节上，国内设备产线的国产化率（以机台数量计算）平均约为 20~30%。

报告链接：北方华创专题研究：半导体国产设备龙头，刻蚀业务加速放量

（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。）