半導體設備專題報告

半導體設備專題報告一、刻蝕：集成電路圖形轉(zhuǎn)移方式刻蝕是用化學、物理、化學物理結(jié)合的方法有選擇的去除（光刻膠）開口下方的材料。

被刻蝕的材料包括硅、介質(zhì)材料、金屬材料、光刻膠。刻蝕是與光刻相聯(lián)系的圖形化處

理工藝。刻蝕就是利用光刻膠等材料作為掩蔽層，通過物理、化學方法將下層材料中沒被上層遮蔽層材料遮蔽的地方去掉，從而在下層材料上獲得與掩膜板圖形對應的圖形。濕法刻蝕：用液體化學劑去除襯底表面的材料。早期普遍使用，在

3um以后由于線寬控

制、刻蝕方向性的局限，主要用干法刻蝕。目前，濕法刻蝕仍用于特殊材料層的去除和

殘留物的清洗。干法刻蝕：常用等離子體刻蝕，也稱等離子體刻蝕，即把襯底暴露于氣態(tài)中產(chǎn)生的等離

子，與暴露的表面材料發(fā)生物理反應、化學反應?？涛g主要參數(shù)：刻蝕速率、均勻性、選擇比（對不同材料的刻蝕速率比）、刻蝕坡面（各

向異性、各向同性）應用最廣泛的刻蝕設備是

ICP與

CCP，技術(shù)發(fā)展方向是原子層刻蝕（ALE）。電容性等離子體刻蝕

CCP：能量高、精度低，主要用于介質(zhì)材料刻蝕（形成上層線路）

——諸如邏輯芯片的柵側(cè)墻、硬掩膜刻蝕、中段的接觸孔刻蝕、后端的鑲嵌式和鋁墊刻等，以及

3D閃存芯片工藝（氮化硅/氧化硅）的深槽、深孔和連線接觸孔的刻蝕等。電感性等離子體刻蝕

ICP：能量低、精度高，主要用于硅刻蝕和金屬刻蝕（形成底層器

件）——硅淺槽隔離（STI）、鍺（Ge）、多晶硅柵結(jié)構(gòu)、金屬柵結(jié)構(gòu)、應變硅（Strained-Si）、

金屬導線、金屬焊墊（Pad）、鑲嵌式刻蝕金屬硬掩模和多重成像技術(shù)中的多道刻蝕工藝。ALE：技術(shù)發(fā)展方向，能精確刻蝕到原子層（約

0.4nm），具有超高刻蝕選擇率。應用廣

泛。光刻技術(shù)中許多先進制程涉及多重圖形技術(shù)。即使是

EUV，波長為

13.5nm，要實現(xiàn)

7nm的精度，仍需要依靠多重圖形技術(shù)，即多次刻蝕。因此制程升級，精度越高，需要的刻復雜度、步驟數(shù)量也在提升。所以刻蝕設備和化學薄膜設備成為更關(guān)鍵的設備。產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢：（1）0.13um工藝的銅互連技術(shù)出現(xiàn)時（300mm時代），金屬刻蝕比例下降，介質(zhì)刻蝕

的比例大幅上升。（2）30nm之后的，多重圖像技術(shù)、軟刻蝕應用的提升，硅刻蝕（ICP）的占比快速提

升。（3）數(shù)十層的金屬互聯(lián)層（后道工藝，BEOL），精度一般在

20nm以上的以

CCP設備

為主；CMOS核心器件（前道工藝，F(xiàn)EOL）線寬比較少，往往使用

20nm以下的

ICP備。（4）EUV在

foundry/DRAM的采用，使得刻蝕步驟減少；3DNand采用，使得刻蝕步

驟增多，高深寬比刻蝕需求增多。二、刻蝕需求不斷增長，海外龍頭占據(jù)寡頭壟斷2020

年全球半導體設備市場規(guī)模創(chuàng)

700

億美元新高，大陸首次占比全球第一。根據(jù)

SEMI，2020

年半導體設備銷售額

712

億美元，同比增長

19%，全年銷售額創(chuàng)歷史新高。

大陸設備市場在

2013

年之前占全球比重為

10%以內(nèi)，2014~2017

年提升至

10~20%，

2018

年之后保持在

20%以上，份額呈逐年上行趨勢。2020

年，國內(nèi)晶圓廠投建、半導

體行業(yè)加大投入，大陸半導體設備市場規(guī)模首次在市場全球排首位，達到

181

億美元，

同比增長

35.1%，占比

26.2%。2021~2022

年，存儲需求復蘇，韓國預計將領(lǐng)跑全球，

但大陸設備市場規(guī)模有望保持較高比重。半導體設備行業(yè)產(chǎn)值具有高增長、高波動性。半導體設備行業(yè)呈現(xiàn)明顯的周期性，受下

游廠商資本開支節(jié)奏變化較為明顯。根據(jù)

SEMI數(shù)據(jù)，從長周期而言半導體行業(yè)復合增

速約

10%，半導體設備行業(yè)復合增速約

13%，半導體設備行業(yè)增長彈性高于半導體行

業(yè)?？涛g設備市場超過

130

億美元，是晶圓設備占比最高的市場。2011

年以來，刻蝕在晶

圓設備的占比從

11%逐漸提升到

20%以上，2017

年起成為全球晶圓設備中占比最高的

裝備類別，重要性不斷提升。刻蝕設備市場基本是干法刻蝕設備，2020

年全球干法刻蝕

設備市場約

137

億美元，其中介質(zhì)刻蝕（DielectricEtch）60

億美元，導體刻蝕（ConductorEtch）76

億美元?？涛g由海外龍頭主導，國內(nèi)公司保持快速增長。根據(jù)

Gartner數(shù)據(jù)，全球刻蝕企業(yè)前三

大分別是

LamResearch、TEL、AMAT，全球市占率合計

91%。國內(nèi)刻蝕業(yè)務前三大企分別為中微公司、北方華創(chuàng)、屹唐半導體。根據(jù)三方數(shù)據(jù)，2020

年國內(nèi)的刻蝕龍頭企

業(yè)中微公司、北方華創(chuàng)的刻蝕業(yè)務都取得較高收入增長，并在規(guī)模體量逐步接近全球前

五大廠商。從導體刻蝕市場結(jié)構(gòu)看，Lam一家獨大，長期全球市占率超過

50%；其次

AMAT占據(jù)約

30%市場份額。剩下的廠商如日立高新、TEL、KLA、北方華創(chuàng)、SEMES、中微公司等公

司合計，在導體刻蝕合計市占率不超過

20%。近兩年，國內(nèi)設備龍頭廠商北方華創(chuàng)、中

微公司該產(chǎn)品線放量加速，逐步提高半導體設備刻蝕供應鏈份額。從介質(zhì)刻蝕市場結(jié)構(gòu)看，TEL一家獨大，長期全球市占率超過

50%；其次

Lam占據(jù)接

近

40%的市場份額，兩家廠商主導整個市場，寡占程度較強。全球介質(zhì)刻蝕設備供應商

還有

SEMES、中微公司、AMAT、Ulvac、屹唐半導體等。中微公司開發(fā)了系列介質(zhì)刻蝕

裝備，并承擔多項重大科研項目，是國內(nèi)領(lǐng)先的介質(zhì)刻蝕設備廠商。根據(jù)我們的估算，中國大陸刻蝕市場需求預計在

200

億元以上，國產(chǎn)化率在

20%以內(nèi)，

仍具有較大的替代空間。三、國內(nèi)晶圓設備需求放量，國產(chǎn)刻蝕設備加速導入國內(nèi)刻蝕廠商加速導入。跟蹤國內(nèi)晶圓廠主要招投標數(shù)據(jù)，刻蝕設備需求工藝類別較多，

絕大多數(shù)由海外龍頭廠商供應，國內(nèi)龍頭公司北方華創(chuàng)、中微公司、屹唐半導體處于加

速導入過程。以長江存儲、華虹無錫、華力集成的招投標數(shù)據(jù)進行分析，這三家晶圓廠

的刻蝕環(huán)節(jié)上，國內(nèi)設備產(chǎn)線的國產(chǎn)化率（以機臺數(shù)量計算）平均約為

20~30%。以

LamResearch為例，在長江存儲的

NandFlash產(chǎn)線上，僅僅刻蝕機一個品類，供應

的設備量多達

40

種不同工藝環(huán)節(jié)，其中多數(shù)工藝環(huán)節(jié)設備具有獨占性，尤其是刻蝕高

深寬比的深孔、深溝等環(huán)節(jié)工藝。排除沒有做分類的中標機臺，長江存儲已經(jīng)公告中標

機臺涉及的刻蝕工藝類別多達

80~90

種。以長江存儲的中標信息看，北方華創(chuàng)在刻蝕領(lǐng)域布局集中于硅刻蝕，設備品類對標

Lam，

仍具有較大潛力空間。以長江存儲的中標信息看，中微公司刻蝕設備種類范圍較多，主要布局介質(zhì)刻蝕領(lǐng)域。相應的，我們以長江存儲、華虹無錫、華力集成的招投標數(shù)據(jù)進行分析，這三家晶圓廠

的刻蝕環(huán)節(jié)上，國內(nèi)設備產(chǎn)線的國產(chǎn)化率（以機臺數(shù)量計算）平均約為

20~30%。四、全球龍頭

LamResearch，百億美元收入規(guī)模LamResearch公司歷史：1980

年成立，1981

年推出刻蝕設備

AutoEtch，1984

年達

斯達克上市，1992

年推出業(yè)內(nèi)首款

ICP設備。LamResearch在

80

年代是

AMATCCP技術(shù)的追隨者，90

年代成為

ICP技術(shù)的引領(lǐng)者。2014

年，公司在原有的

Flex系列

CCP設備加入混合脈沖技術(shù)，局部改進實現(xiàn)

ALE功能，進一步引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)方向。全球刻蝕行業(yè)龍頭企業(yè)

LamResearch，盈利能力較強，研發(fā)投入程度高。2020

年，

Lam營業(yè)收入

100.4

億美元，毛利額

46.1

億美元，營業(yè)利潤額

26.7

億美元，凈利潤

22.52

億美元。此外，公司研發(fā)費用

12.5

億元，研發(fā)費用占比約

12.5%。2020

年，公司

ROE為

45.7%。Lam在

2020Q4

和

2021Q1

營業(yè)收入連續(xù)創(chuàng)新高，2021Q1

單季度營業(yè)收入

38.5

億美元，同比增長

54%；凈利潤

10.7

億美元，同比增長

86%。全球半導體設備龍頭企業(yè)，以刻蝕、CVD產(chǎn)品線為主。Lam產(chǎn)品主要是刻蝕+沉積。公

司作為全球刻蝕設備龍頭企業(yè)，2020

年全球刻蝕市占率為

54%。我們根據(jù)全球市占率公司報表估算，2020

年公司收入中約

65%為刻蝕，25%為

CVD。下游應用上存儲占比高，中國大陸是其最重要的市場之一。公司營業(yè)收入

2021Q1

按下

游應用劃分：31%

foundry、48%

NVM、14%

DRAM。以此來看，公司存儲產(chǎn)業(yè)彈性更

高，在存儲資本開支恢復上行周期里，受益程度更深。公司營業(yè)收入

2021Q1

按區(qū)域劃

分，中國大陸占據(jù)

32%，韓國占據(jù)

31%，中國臺灣占據(jù)

14%，為其前三大市場。LamResearch核心設備產(chǎn)品線包括諸如：（1）FLEX（2004）：3DNand高深寬比

ALE刻蝕；（2）Kiyo（2004）：DRAM淺柵槽刻蝕

ALE；（3）Syndion：CMOS和

HBM刻蝕；

（4）ALTUS：3DNand和

DRAM的

ALD；（5）Vector：硬掩膜

ALD、3DNand多層沉

積。持續(xù)外延并購，補全產(chǎn)品線及技術(shù)覆蓋。1997

年收購

OnTrakSystems（CMP清洗設備）；

2006

年收購

BullenSemiconductor（腔室關(guān)鍵部件）；2008

年收購

SEZGA（單晶圓清洗

設備、濕法刻蝕）；2012

年收購

Novellus（沉積、CMP）；2017

年收購

Conventor（仿真

與建模軟件）。五、國內(nèi)龍頭：北方華創(chuàng)、中微公司刻蝕設備快速放量北方華創(chuàng)是國內(nèi)領(lǐng)先的半導體高端裝備及一體化解決方案供應商。公司深耕于芯片制造

刻蝕領(lǐng)域、薄膜沉積領(lǐng)域近

20

年，現(xiàn)已成為國內(nèi)領(lǐng)先的半導體高端工藝裝備及一站式

解決方案的供應商。公司立足半導體裝備、真空裝備、新能源鋰電裝備及精密元器件構(gòu)

成公司四大核心事業(yè)集群，半導體設備品類國內(nèi)最為完備，客戶覆蓋中芯國際、華虹、

三安光電、京東方等各產(chǎn)業(yè)鏈龍頭，營銷服務輻射歐、美、亞等全球主要國家和地區(qū)。北方華創(chuàng)

ICP刻蝕機領(lǐng)域國內(nèi)領(lǐng)先，金屬刻蝕

8

英寸打破國外壟斷，12

英寸突破

28nm以下制程。北方華創(chuàng)

2005

年第一臺

8

英寸

ICP刻蝕機在客戶端顯，12

英寸刻蝕機在

客戶端

28nm實現(xiàn)國產(chǎn)替代，2020

年

12

月，北方華創(chuàng)

ICP刻蝕機交付突破

1000

腔，

標志著國產(chǎn)刻蝕機得到客戶廣泛認可。2017

年公司

8

英寸鋁金屬刻蝕機進入國內(nèi)主流代工廠生產(chǎn)線，獨特的腔室結(jié)構(gòu)和溫度控

制設計，可大幅提升了設備的穩(wěn)定性、重復性和生產(chǎn)工藝水平，打破了國際廠商長期壟

斷

8

英寸刻蝕機的局面；同時公司推出

12

英寸

TiN硬掩膜刻蝕機，可應用于

28-14nm邏輯制程中。2016

年自主研發(fā)的國內(nèi)首臺應用于

14nm制程的

ICP刻蝕機

NMC612D進入上海集成電路研發(fā)中心，正式邁入

14nm刻蝕工藝。中微公司是國內(nèi)領(lǐng)先、世界排名前列的半導體高端設備制造商。公司主營業(yè)務是刻蝕設

備和

MOCVD。刻蝕機用于半導體制程，客戶涵蓋臺積電、中芯國際、海力士、華力微、

聯(lián)華電子、長江存儲等；MOCVD用于

LED外延片制程，客戶涵蓋三安、華燦、乾照等。中微公司刻蝕產(chǎn)品線逐步成熟，從

CCP向

ICP快速開拓。中微公司

CCP刻蝕設備應用

于國際一線客戶從65nm到5nm、64層及128層3DNAND晶圓產(chǎn)線及先進封裝生產(chǎn)線，

中微公司

ICP刻蝕設備已經(jīng)趨于成熟，在

10

家客戶生產(chǎn)線進行驗證，并逐步取得客戶

的重復訂單。中微公司

CCP刻蝕設備包括雙反應臺

PrimoAD-RIE和單反應臺的

HD-RIE，

覆蓋了

65

納米、45

納米、32

納米、28

納米、22

納