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300mm Fab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%。Maximize Market Research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，CAGR达11.2%，预计2025年可达340亿美元。根据Gartner统计，2020年ALD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数量增加，2020年至2025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，通过跨国并购拓展并巩固了ALD业务，2020年ALD设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。
　　拓荆科技：PEALD产品在逻辑芯片领域已实现产业化应用，在3DNANDFLASH、DRAM领域验证进展顺利，ALD反应腔通过现有客户验收；TALD设备已取得客户订单。
　　微导纳米：TALD产品在逻辑芯片High-K栅介质层领域已实现产业化应用；TALD和PEALD设备在新型存储芯片的电容介质层、化合物半导体、量子器件的超导材料导电层等领域已与客户签署订单。
　　风险分析：下游晶圆厂扩产不及预期、产业化验证进展不及预期。

研究报告全文：2023年2月6日行业研究半导体制造技术进步原子层沉积ALD技术是关键半导体设备行业跟踪报告要点机械行业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买入维持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作者域彰显优势分析师杨绍辉执业证书编号S0930522060001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021-52523860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yangshaohui1ebscncom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TALDPEALDSALD等制备的薄膜类型包括氧化物氮碳化物金属与非金属行业与沪深300指数对比图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10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0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-10体先进制程领域-202020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-30022205220822112225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机械行业沪深300演进ALD设备市场空间广阔资料来源Wind根据SEMI全球晶圆产能2022年将增长82020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相关研报量的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其量测设备空间大格局好上海精测中科飞测等中薄膜沉积设备投资额约占晶圆制造设备的25MaximizeMarketResearch国产品牌蓄势待发半导体量测设备行业跟统计显示2017至2020年全球半导体薄膜沉积设备市场规模从125亿美元增踪2022-11-25至172亿美元CAGR达112预计2025年可达340亿美元根据Gartner技术主权之争主导设备需求半导体设备进口替代是主旋律全球半导体设备与零部件行业统计2020年ALD设备市场规模约占薄膜沉积设备的11SEMI预测受益2022年三季报总结2022-11-06于半导体先进制程产线数量增加2020年至2025年全球ALD设备销售额CAGR一明一暗检缺陷相辅相成提良率将达到263远高于PVD和PECVD设备的增速市场前景可观半导体设备研究系列之明暗场缺陷检测设备2022-12-10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ASMITELLamAMAT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技术领域持续深耕通过跨国并购拓展并巩固了ALD业务2020年ALD设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拓荆科技PEALD产品在逻辑芯片领域已实现产业化应用在3DNANDFLASHDRAM领域验证进展顺利ALD反应腔通过现有客户验收TALD设备已取得客户订单微导纳米TALD产品在逻辑芯片High-K栅介质层领域已实现产业化应用TALD和PEALD设备在新型存储芯片的电容介质层化合物半导体量子器件的超导材料导电层等领域已与客户签署订单风险分析下游晶圆厂扩产不及预期产业化验证进展不及预期敬请参阅最后一页特别声明-1-证券研究报告机械行业目录1ALD技术进行薄膜沉积工艺优势明显511薄膜沉积半导体工艺制程三大核心步骤之一512ALD技术原理每次反应只沉积一层原子513ALD反应特征使其成为一种优异的镀膜技术614ALD技术在半导体制造关键工艺中的主要应用82ALD设备市场规模增速可观1021半导体设备行业保持增长国内市场发展势头强劲1022晶圆厂建设加速推进薄膜沉积设备需求持续旺盛1123先进制程产线发展推动ALD设备需求攀升123ALD设备被ASMI高度垄断国产率低1331ASMI并购拓展与持续研发成就全球ALD设备龙头1332薄膜沉积设备尤其是ALD设备国产化率较低144重点公司分析1541拓荆科技PECVD设备成熟PEALD设备现已实现产业化应用1542微导纳米专注ALD技术High-KALD设备成功填补国内空白175风险分析19敬请参阅最后一页特别声明-2-证券研究报告机械行业图目录图1ALD技术原理图1个周期5图2典型的ALD系统示意图6图3CS-ALD过程示意图7图4RS-ALD过程示意图7图5沉积温度对ALD镀膜速率的影响及ALD窗口8图6ALD与其他技术的镀膜效果比较8图7MOSFET结构及SiO2与High-K栅介电层比较8图8具有金属栅电极的FET9图9采用ALD技术在高深宽比基底上沉积的铜扩散阻挡层薄膜9图10采用ALD技术制备的微型电容器高深宽比三维复合电极结构10图112013-2021年全球半导体设备销售额10图122013-2021年中国大陆半导体设备销售额10图132020-2021年全球半导体设备分地区销售额及占比11图142024年全球300mmFab厂数量及产能千片月预测11图152020年晶圆厂半导体设备投资额占比情况12图162017-2025年全球半导体薄膜沉积设备市场规模及增速12图172020年全球薄膜沉积设备细分市场规模占比以销售额计13图182005-2023年全球薄膜沉积设备市场结构变化以销售额计13图192017-2021年ASMI营业收入及增速14图20拓荆科技2018-2022年前三季度营业收入亿元15图21拓荆科技2018-2022年前三季度归母净利润亿元15图22拓荆科技2022年H1主营业务收入分产品占比16图23拓荆科技ALD产品系列16图24微导纳米2019-2022年前三季度营业收入亿元17图25微导纳米2019-2022年前三季度归母净利润百万元17图26微导纳米2021年主营业务收入分产品占比18图27微导纳米半导体领域ALD产品系列18图28微导纳米半导体领域ALD产品系列的镀膜工艺及应用领域18敬请参阅最后一页特别声明-3-证券研究报告机械行业表目录表1ALD的特征对薄膜沉积的内在影响及其实际应用中的优势7表2ASMI发展历程13表3产品线涵盖ALD设备的国际半导体设备制造商14敬请参阅最后一页特别声明-4-证券研究报告机械行业1ALD技术进行薄膜沉积工艺优势明显11薄膜沉积半导体工艺制程三大核心步骤之一半导体产品制造需要经过数百道工艺整个制造过程可以分为晶圆加工氧化光刻刻蚀薄膜沉积互连测试封装八大步骤其中薄膜沉积与光刻刻蚀是半导体制造的三大核心步骤薄膜沉积的作用在于制造半导体器件叠层即在晶圆表面交替堆叠多层薄金属导电膜和介电绝缘膜之后再通过重复刻蚀工艺去除多余部分以形成三维结构此处的薄膜是指厚度小于1微米无法通过普通机械加工方法制造出来的膜而将包含所需分子或原子单元的薄膜附着在晶圆表面的过程就是沉积目前可用于沉积过程的技术包括物理气相沉积PVD化学气相沉积CVD以及原子层沉积ALD随着半导体产业不断发展器件的小型化作为一种趋势致使IC线宽的特征尺寸更加细微然而传统的沉积技术PVDCVD可能已经无法完全适应这一发展趋势ALD技术由于自身沉积参数的高度可控性厚度成份和结构优异的均匀性和保形性在半导体领域尤其是先进制程中具有广泛的应用潜力12ALD技术原理每次反应只沉积一层原子原子层沉积AtomicLayerDepositionALD是一种可以将物质以单原子膜的形式一层一层镀在基底表面的方法在原子层沉积过程中新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的这种方式使每次反应只沉积一层原子ALD是建立在连续的表面反应基础上的一门新兴技术其本质是一种化学气相沉积CVD技术但是与传统CVD化学蒸气不断地通入真空室内因此沉积过程是连续的不同ALD是交替脉冲式地将气相反应前驱体通入到生长室中使其交替在衬底表面被吸附并发生反应一个完整的ALD周期可分为4个步骤a将气相反应前驱体A以脉冲形式通入反应腔在衬底表面发生化学吸附b待表面吸附饱和后通入惰性气体将剩余的反应前驱体和副产物带出反应腔c将气相反应前驱体B也以脉冲形式通入反应室并与第一次化学吸附在衬底表面上的反应前驱体A反应d待反应完成后再次通入惰性气体将多余的反应前驱体和副产物带出反应腔通常一个周期需要05秒到几秒生长的薄膜厚度大约为00103nm不断重复循环这4个步骤即可完成整个ALD沉积过程图1ALD技术原理图1个周期资料来源中国兵器工业第五九研究所表面技术光大证券研究所敬请参阅最后一页特别声明-5-证券研究报告机械行业图2典型的ALD系统示意图资料来源中国物理学会中国科学院物理研究所物理学报光大证券研究所典型的原子层沉积系统通常由前驱体源气路系统电子控制系统和真空系统构成一种传统的被广泛使用的ALD方法是热处理原子层沉积ThermalALDTALD即利用加热法来实现原子层沉积的技术不过由于常规TALD技术存在沉积速率较低对某些沉积薄膜的沉积温度要求较高等缺点其在工业应用中受到限制随着原子层沉积在实验中不断优化研究人员将ALD技术与其他技术或物质结合一系列新的ALD技术得以产生和发展例如等离子体增强原子层沉积PlasmaEnhancedALDPEALD空间原子层沉积SpatialALDSALD电化学原子层沉积ElectrochemicalALDECALD等等13ALD反应特征使其成为一种优异的镀膜技术原子层沉积的表面反应具有自限制性Self-limiting特征这是ALD技术的基础不断重复这种自限制的反应就形成所需要的薄膜根据沉积前驱体和基体材料的不同原子层沉积的自限制特征分为两种不同的机制即化学吸附自限制CS和顺次反应自限制RS化学吸附自限制沉积CS-ALD过程中第一种反应前驱体输入到基体材料表面并通过化学吸附保持在表面当第二种前驱体通入反应器就会与已吸附于基体材料表面的第一前驱体发生反应两个前驱体之间发生置换反应并产生相应的副产物直到表面的第一前驱体完全消耗反应会自动停止并形成需要的原子层而顺次反应自限制原子层沉积RS-ALD是通过活性前驱体物质与活性基体材料表面发生化学反应来驱动的即得到的沉积薄膜是由前驱体与基体材料间的化学反应形成的ALD就是这两种自限制过程不断重复形成薄膜的技术敬请参阅最后一页特别声明-6-证券研究报告机械行业图3CS-ALD过程示意图图4RS-ALD过程示意图资料来源中国兵器工业第五九研究所表面技术光大证券研究所资料来源中国兵器工业第五九研究所表面技术光大证券研究所原子层沉积的另一特征是其温度窗口较宽化学吸附作为一个热力学过程会受反应温度的影响而原子层沉积速率存在温度窗口即低于窗口温度时前驱体会产生物理冷凝吸附温度过高时前驱体会受热分解甚至已经沉积好的薄膜也会解除吸附因此薄膜沉积的过程中需要控制整个基板不同区域的温度保证处于ALD温度窗口使沉积速率接近恒定值而ALD的温度窗口较宽这意味着ALD过程反应对生长温度并不敏感可以适应不同温度环境下的薄膜制备ALD技术的自限制性温度窗口宽的特点使其在实际应用中颇具优势相比其他薄膜沉积技术例如传统CVDPVD溶胶凝胶Sol-gel等ALD技术具有优异的三维贴合性保形性大面积成膜的均匀性且薄膜致密无孔洞薄膜厚度等沉积参数可精确控制特别适合复杂表面形貌及高深宽结构的填隙生长随着芯片结构复杂度不断提升ALD技术优势更加明显表1ALD的特征对薄膜沉积的内在影响及其实际应用中的优势ALD特征对薄膜沉积的内在影响实际应用中的优势薄膜厚度只取决于循环次数精确控制薄膜厚度形成达到原子层厚度精度的薄膜前驱物是交替通入反应室精确控制薄膜成分避免有害物质的污染自限制的表面反应前驱体是饱和化学吸附很好的台阶覆盖率及大面积厚度均匀性连续反应薄膜无针孔密度高可以沉积多组分纳米薄层和混合氧化物窗口温度较宽不同材料的沉积条件稳定匹配薄膜生长可以在低温室温到400下进行可以广泛适用于各种形状的衬底资料来源中国真空学会真空科学与技术学报光大证券研究所敬请参阅最后一页特别声明-7-证券研究报告机械行业图5沉积温度对ALD镀膜速率的影响及ALD窗口图6ALD与其他技术的镀膜效果比较资料来源中国物理学会中国科学院物理研究所物理学报光大证券研究所资料来源中国物理学会中国科学院物理研究所物理学报光大证券研究所14ALD技术在半导体制造关键工艺中的主要应用1晶体管栅极介电层高介电常数High-K介电常数K希腊文Kappa这一术语用以描述一种材料保有电荷的能力有些材料比其他材料能够更好地存储电荷因此拥有更高的K值在晶圆制造进入65nm制程及之前集成电路主要通过沉积SiO2薄膜形成栅极介质减少漏电但进入45nm制程特别是28nm之后传统的SiO2-MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管规模缩小到薄膜材料厚度需在1nm及以下时将产生明显的量子隧穿效应和多晶硅耗尽效应导致漏电流急剧增加器件性能急剧恶化已不能满足技术发展的要求相应地如果使用High-K材料那么在所要求的电容密度下栅电介质的物理厚度就可以制作得更高从而可以在降低等效氧化物厚度EOT的同时大幅减少漏电流High-K栅介电层厚度往往小于10nm所需的膜层很薄通常在数纳米量级内因此ALD是一种较好的可以制备High-K电介质材料的技术目前其沉积的High-K材料主要包括Al2O3HfO2TiO2ZrO2Ta2O5稀土元素氧化物以及一些硅酸盐混合的纳米层状结构材料图7MOSFET结构及SiO2与High-K栅介电层比较资料来源中国电子科技集团公司第四十九研究所传感器与微系统光大证券研究所敬请参阅最后一页特别声明-8-证券研究报告机械行业2金属栅极High-K电介质材料中的Hf原子会与传统多晶硅栅极中的Si原子发生化学反应形成Hf-Si键从而形成缺陷中心导致无法通过离子掺杂来改变多晶硅的功函数造成费米能级的钉扎现象也就是说High-K电介质与多晶硅栅极的兼容性不是很好对此半导体业界利用金属代替多晶硅作为器件栅极材料这可以避免Hf原子和多晶硅界面上缺陷中心的产生同时金属栅极具有极高的电子密度可以把偶极性分子的振动屏蔽掉提高器件通道内的迁移率有效地解决多晶硅栅极耗尽问题1因为金属替代栅极工艺中金属栅极是沉积在多晶硅沟槽里面要求沉积工艺具有很好的台阶覆盖率另外ALD尤其是PEALD是一种非常适合生长金属纳米薄膜的技术所以通常选择ALD技术沉积金属栅极图8具有金属栅电极的FET资料来源中国电子科技集团公司第四十九研究所传感器与微系统光大证券研究所3铜互连扩散阻挡层目前应用于互连技术的常见工艺主要有铝工艺和铜工艺与铝相比铜的导电性更加优良同时铜本身具有抗电迁移的能力且能够在低温下进行沉积由于金属铜具有这些优势所以在250nm及以下半导体制程中更倾向于采用铜互连技术但铜也存在许多缺点其中最大的一个不足就是铜的扩散速度很快容易在电介质内部移动使器件中毒因此在镀铜之前必须首先沉积一层防扩散的阻挡层通过ALD技术沉积铜扩散阻挡层在器件内部沟槽深宽比超过1001时薄膜仍具有良好的保形性均匀性以及防扩散阻挡特性图9采用ALD技术在高深宽比基底上沉积的铜扩散阻挡层薄膜资料来源中国兵器工业第五九研究所表面技术光大证券研究所1多晶硅栅耗尽问题当栅与衬底之间存在压差时他们之间存在电场使多晶硅靠近氧化层界面附近的能带发生弯曲并电荷耗尽从而形成多晶硅栅耗尽区敬请参阅最后一页特别声明-9-证券研究报告机械行业4微型电容器ALD在电容器中应用主要包括100nm以下DRAM动态随机存储器嵌入式DRAMEmbeddedDRAMeDRAM等随着DRAM存储器容量不断增大其内部的电容器数量随之剧增而单个电容器的尺寸将进一步减小电容器内部沟槽的深宽比也越来越大深沟槽将需要更高的薄膜表面积例如在45nm制程中沟槽结构深宽比达到1001所沉积薄膜的有效面积大约是器件本身表面积的23倍这些给沉积技术提出了更高的要求同样地得益于薄膜以单原子层为量级生长所带来的大面积均匀性高台阶覆盖率和对膜厚的精确控制ALD技术能够很好地满足这些要求图10采用ALD技术制备的微型电容器高深宽比三维复合电极结构资料来源中国兵器工业第五九研究所表面技术光大证券研究所2ALD设备市场规模增速可观21半导体设备行业保持增长国内市场发展势头强劲2013年以来半导体设备市场呈增长趋势根据SEMI统计全球半导体设备销售额从2013年的318亿美元增长至2021年的1026亿美元年均复合增长率约158根据SEMI在2022年7月的预测原始设备制造商的半导体制造设备全球总销售额将在2022年达到创纪录的1175亿美元较2021年同比增长约15并将在2023年增至1208亿美元从国内需求端分析根据SEMI数据2013年至2021年半导体设备在中国大陆销售额的年均复合增长率约达311远高于全球同期水平2021年中国大陆半导体设备销售额达到2962亿美元较2021年同比大幅增长582占全球半导体设备销售额的2892020年和2021年中国大陆地区连续两年成为全球第一大半导体设备市场领先于韩国和中国台湾发展势头强劲图112013-2021年全球半导体设备销售额图122013-2021年中国大陆半导体设备销售额资料来源SEMI光大证券研究所资料来源SEMI光大证券研究所敬请参阅最后一页特别声明-10-证券研究报告机械行业图132020-2021年全球半导体设备分地区销售额亿美元及占比资料来源SEMI光大证券研究所22晶圆厂建设加速推进薄膜沉积设备需求持续旺盛受益于全球晶圆厂积极扩产以及中国大陆地区晶圆厂建设加速推进半导体设备市场需求快速增长根据SEMI统计及预测继2021年增长7之后全球晶圆产能2022年将增长82020年至2024年期间全球芯片行业至少将新增38家300mmFab厂其中中国大陆与中国台湾地区分别将增加8家和11家合计约占新建厂总数的一半到2024年全球芯片行业将拥有161家300mmFab厂月产能将达到700万片根据ChipInsights截至2021年Q2我国投产在建和规划的56条12英寸300mm晶圆制造线中已经投产的有27条在建未完工开工建设或签约项目有29条宣布投产的项目合计装机月产能约达118万片在建未完工开工建设或签约项目的规划月产能总计132万片新增的产能布局尤其是中国晶圆厂的产能扩张处于自主可控安全发展的考虑新增产线将以国产设备为主这将推动国内半导体设备的国产化加速图142024年全球300mmFab厂数量及产能千片月预测资料来源SEMI光大证券研究所预测机构SEMI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相关设备具体包括氧化扩散设备光刻设备刻蚀设备清洗设备离子注入设备薄膜沉积设备化学机械抛光CMP设备量测检测设备等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而薄敬请参阅最后一页特别声明-11-证券研究报告机械行业膜沉积设备作为晶圆制造的三大主设备之一另外两类为光刻设备和刻蚀设备未来市场需求将保持旺盛从新建晶圆厂的设备投资构成来看根据SEMI统计2020年晶圆制造设备投资额占总体设备投资的比重高达80而薄膜沉积设备的投资规模约占晶圆制造设备投资额的25根据MaximizeMarketResearch统计全球半导体薄膜沉积设备市场规模从2017年的125亿美元扩大至2020年的172亿美元年均复合增长率为112据MaximizeMarketResearch预测到2025年薄膜沉积设备市场规模可达340亿美元图152020年晶圆厂半导体设备投资额占比情况图162017-2025年全球半导体薄膜沉积设备市场规模及增速资料来源SEMI光大证券研究所资料来源MaximizeMarketResearch光大证券研究所预测机构MaximizeMarketResearch23先进制程产线发展推动ALD设备需求攀升从半导体薄膜沉积设备细分市场结构上来看根据Gartner统计2020年溅射PVD和电镀ECD设备的销售额分别占整体薄膜沉积设备市场的19和4PECVD设备是薄膜沉积设备中销售额占比最高的类型占比为33管式CVD非管式LPCVD和MOCVD设备的销售额占比分别为1211和4而ALD设备销售额占薄膜沉积设备市场规模的比重约为11在半导体制程进入28nm后由于器件结构不断缩小且更为3D立体化生产过程中需要实现厚度更薄的膜层并在更为立体的器件表面均匀镀膜在此背景下ALD凭借优异的三维共形性大面积成膜的均匀性和精确的膜厚控制等特点显示出较大技术优势ALD设备在high-K材料金属栅极等工艺中的优势使其被广泛应用于逻辑芯片DRAM3DNAND器件等半导体制造领域未来其在薄膜沉积环节的市场占有率将持续提高近年来全球ALD设备市场规模快速增长根据SEMI统计2020年至2025年ALD设备市场规模以销售额计的年均复合增长率将达到263远高于PECVDPVD设备的85和89根据AcumenResearchandConsulting预测受益于半导体先进制程产线数量增加全球ALD设备市场规模将在2026年达到约32亿美元敬请参阅最后一页特别声明-12-证券研究报告机械行业图172020年全球薄膜沉积设备细分市场规模占比以销售额图182005-2023年全球薄膜沉积设备市场结构变化以销售额计计资料来源Gartner光大证券研究所资料来源EKesselALD2019微导纳米IPO路演光大证券研究所预测机构EKesselALD20193ALD设备被ASMI高度垄断国产率低31ASMI并购拓展与持续研发成就全球ALD设备龙头ASMInternationalASMI于1968年成立总部位于荷兰是全球ALD设备的龙头企业也是全球十大半导体设备供应商之一目前公司主要业务包括TALDPEALD低压化学气相沉积LPCVD等离子体增强化学气相沉积PECVD以及扩散外延等半导体工艺设备表2ASMI发展历程时间节点重要事项1968年公司创立以晶圆加工设备起家1975年在中国香港建立ASMPacificTechnologyASMPT拓展后端装配和包装业务1981年在美国纳斯达克交易所上市1984年和飞利浦合资成立ASML后因财务问题于1988年退出1996年在阿姆斯特丹AEX交易所上市1999年收购芬兰Microchemistry公司拓展ALD业务收购韩国Genitech集团进一步巩固了ALD领域地位但由于ALD的研发成本很高且市2004年场应用尚未铺开ASMI在盈利上一直面临较大压力英特尔投资ASMI的High-KALD技术同时在先进工艺节点下ALD的技术优势也得到体现2009年公司迎来转折公司恢复盈利随后凭借着在ALD领域的技术积累ALD设备市场份额持续提升逐步成2013年为ALD设备龙头企业2020年公司ALD设备市场份额达到55资料来源ASMI立鼎产业研究网光大证券研究所ASMI坚持深耕ALD工艺技术研发投入占比高根据Bloomberg数据自1990年至2020年ASMI研发支出营收占比基本保持在10以上面临盈利压力时也始终坚持研发投入根据公司年报2021年公司研发支出规模达206亿欧元截至2021年12月31日公司研发人员达649人专利累计达2250项在ALD领域积累了深厚的技术优势敬请参阅最后一页特别声明-13-证券研究报告机械行业目前ASMI在ALD领域独占鳌头成为全球最大市占率最高的ALD设备供应商VLSIResearch数据显示2019年ASMI的单晶圆ALD设备销售额在全球市场中占据53的份额ASMI年报显示2020年公司ALD设备所占市场份额以销售额计达到了55在营收方面2021年ASMI实现营收1730亿欧元较2020年同比增长3027图192017-2021年ASMI营业收入及增速资料来源ASMI光大证券研究所32薄膜沉积设备尤其是ALD设备国产化率较低我国半导体设备经过近些年的快速发展已在部分领域取得一定进步但是整体国产化率尤其是关键工艺步骤设备的国产化率较低就薄膜沉积设备而言根据中商产业研究院数据2016年和2020年半导体薄膜沉积设备的国产化率分别为5和8虽然略有提升但总体占比尤其是中高端产品占比仍然较低从全球市场来看半导体ALD设备基本由国际巨头垄断目前国际半导体设备领军厂商先晶半导体ASMI东京电子TEL泛林半导体Lam应用材料AMAT等的产品线均涵盖ALD设备从国内市场来看拥有半导体薄膜沉积设备业务的上市公司主要有拓荆科技微导纳米北方华创中微公司盛美上海其中拓荆科技主要经营PVDPECVD产品ALD设备已实现出货在部分客户端处于工艺验证阶段微导纳米主营ALD设备其应用于逻辑芯片High-K栅介质层的TALD产品目前已实现产业化应用另有多个ALD产品系列处于验证阶段中微公司主要为半导体客户提供刻蚀MOCVD设备ALD设备仍在筹划开发中盛美上海已于2022年下半年推出立式ALD和PECVD新产品表3产品线涵盖ALD设备的国际半导体设备制造商企业名称总部所在地成立时间产品情况产品涵盖晶圆加工技术的重要方面包括光刻薄膜沉积ASMI荷兰1968年离子注入和单晶圆外延近年来公司将ALD和PEALD技术引入先进制造商的主流生产日本最大的半导体薄膜沉积刻蚀设备公司产品线包含TEL日本1963年ALD设备产品涵盖半导体薄膜沉积刻蚀剥离和清洗等多个设备Lam美国1980年类型产品横跨ALDCVDPVD离子注入刻蚀CMPAMAT美国1967年RTP快速热处理量检测等除光刻机外的几乎所有半导体设备资料来源SEMI光大证券研究所目前国内拥有半导体ALD技术产业化能力的企业数量较少且国内企业的业务规模与海外头部公司相比还很小在国产化进程加速的背景下随着核心技术的敬请参阅最后一页特别声明-14-证券研究报告机械行业不断突破不同环节工艺水平的提升量产的持续推进国内ALD设备企业具有广阔的发展空间4重点公司分析41拓荆科技PECVD设备成熟PEALD设备现已实现产业化应用拓荆科技股份有限公司成立于2010年4月为国家级高新技术企业主要从事高端半导体专用设备的研发生产销售与技术服务多次承担国家重大专项课题拓荆科技总部位于沈阳市在北京上海海宁美国成立四家子公司公司股票于2022年4月在科创板上市公司主要产品包括等离子体增强化学气相沉积PECVD设备原子层沉积ALD设备和次常压化学气相沉积SACVD设备三个产品系列拥有自主知识产权技术指标达到国际同类产品先进水平现已广泛应用于国内晶圆厂14nm及以上制程集成电路制造产线并已展开10nm及以下制程产品验证测试除集成电路晶圆制造以外公司产品还应用于TSV封装光波导Micro-LEDOLED显示等高端技术领域受益于产品的竞争优势下游晶圆厂的产能扩充以及国家政策对国产设备的大力支持公司营业收入实现大幅增长2022年前三季度营业收入为992亿元同比增长16522022年前三季度归母净利润为237亿元同比增长3097公司业绩进入快速放量阶段根据公司披露的业绩预告公司预计2022年年度实现营业收入165172亿元同比增长1176912692实现归母净利润3340亿元同比增长3818548406图20拓荆科技2018-2022年前三季度营业收入亿元图21拓荆科技2018-2022年前三季度归母净利润亿元资料来源公司公告光大证券研究所资料来源公司公告光大证券研究所公司主营业务收入占比最高的是PECVD设备近年来公司营业收入的快速增长主要是由于PECVD产品收入的高速增长2022年H1公司ALD设备销售收入为848万元约占主营业务收入的164占比相对较低敬请参阅最后一页特别声明-15-证券研究报告机械行业图22拓荆科技2022年H1主营业务收入分产品占比资料来源公司公告光大证券研究所拓荆科技的ALD系列产品涵盖PEALD设备和TALD设备截至2022年6月底公司PEALD系列产品已在逻辑芯片领域实现产业化应用可以沉积高温低温高质量等多种指标要求的SiO2介质材料薄膜此外PEALD系列产品在3DNANDFLASHDRAM存储芯片制造领域的验证进展顺利ALD反应腔通过现有客户验收图23拓荆科技ALD产品系列资料来源公司公告光大证券研究所在TALD方面截至2022年6月底公司TALDPF-300T双站式设备已完成产品开发并取得客户订单将根据客户指标要求进行持续优化改进2022年H1公司基于上述设备开发了TALDTS-300多边形高产能平台设备在提高产能的同时实现多种薄膜工艺的集成组合可以沉积Al2O3AlN等多种金属化合物薄膜材料目前已取得客户订单风险提示产品验收周期较长的风险无法持续引入高端技术人才的风险市场竞争风险敬请参阅最后一页特别声明-16-证券研究报告机械行业42微导纳米专注ALD技术High-KALD设备成功填补国内空白江苏微导纳米科技股份有限公司成立于2015年12月是一家面向全球的高端设备制造商公司以原子层沉积ALD技术为核心专注于先进微米级纳米级薄膜沉积设备的研发生产与应用业务涵盖集成电路光伏LEDMEMS等半导体相关领域以及新能源和柔性电子领域公司主要产品为应用于逻辑芯片存储芯片硅基微显示和3D封装等半导体及泛半导体ALD设备和技术以及应用于柔性电子新一代高效太阳能电池的薄膜设备和量产解决方案公司创立初期率先孵化光伏业务随后开发对技术水平和工艺要求更高的半导体薄膜沉积设备是国内首家成功将量产型High-K原子层沉积设备应用于28nm节点集成电路制造前道生产线的国产设备公司设备总体表现和工艺关键性能参数达到国际同类水平并已获得客户重复订单认可近年来公司营业收入持续增长2021年营收为428亿元同比增长36912020年起公司加大人才引入力度和产品应用领域拓展使得营业收入呈增长态势但期间费用金额的上升也导致公司净利润水平有所波动2022年前三季度公司出现亏损主要是由于客户现场工作受到新冠疫情影响公司营业收入因而有所下降加以期间费用大幅增长最终导致了利润承压根据公司披露的业绩预告公司预计2022年年度实现营业收入648716亿元同比增长51336726实现归母净利润053062亿元同比增长1535图24微导纳米2019-2022年前三季度营业收入亿元图25微导纳米2019-2022年前三季度归母净利润百万元资料来源公司公告光大证券研究所资料来源公司公告光大证券研究所敬请参阅最后一页特别声明-17-证券研究报告机械行业图26微导纳米2021年主营业务收入分产品占比资料来源微导纳米招股说明书光大证券研究所2021年公司半导体领域ALD设备销售收入为2520万元约占主营业务收入的839目前不及光伏领域ALD及其他薄膜沉积设备的销售收入公司在半导体领域业务还有较大发展空间目前微导纳米在半导体领域的ALD产品系列同样包括TALD设备和PEALD设备其中TALD设备凤凰P系列原子层沉积镀膜系统可以实现HfO2的沉积该设备在逻辑芯片High-K栅介质层领域已实现产业化应用除已实现产业化应用的功能外公司ALD设备沉积的HfO2ZrO2La2O3以及互相掺杂沉积工艺可用于新型存储器如铁电存储FeRAM芯片的电容介质层沉积的Al2O3TiNAlN可用于化合物半导体量子器件的超导材料导电层等截至2022年6月底公司在这些领域均已完成客户的试样测试并签署订单图27微导纳米半导体领域ALD产品系列图28微导纳米半导体领域ALD产品系列的镀膜工艺及应用领域资料来源微导纳米招股说明书光大证券研究所资料来源微导纳米招股说明书光大证券研究所风险提示技术迭代及新产品开发风险新产品验证进度及市场发展不及预期的风险敬请参阅最后一页特别声明-18-证券研究报告机械行业5风险分析下游晶圆厂扩产不及预期随着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国内下游晶圆厂的扩产为设备公司提供销量增长的良好契机从下游终端来看目前5G手机等消费电子市场持续低迷细分市场需求下降将会影响传统存储器以及中低端逻辑芯片的需求进而影响晶圆厂的扩产计划此外先进制程技术进展是否顺利重大的天然灾害以及地缘政治对总体经济的影响等也会对晶圆代工厂的扩产造成影响倘若未来晶圆厂扩产进展不及预期薄膜沉积设备厂商的销售收入将受到一定影响产业化验证进展不及预期晶圆制造属于高精密制造领域对产线上各环节的良率要求极高任何进入量产线的设备均需经过长时间工艺验证和产线联调联试并且由于薄膜的技术参数直接影响芯片性能晶圆厂对薄膜沉积设备进行验证所需的时间相比其他半导体专用设备可能更长如果受某些因素影响薄膜沉积设备公司的产品验证周期延长其收入确认将有所延迟另外还可能存在验收不通过收款时间延后等风险对其财务状况造成一定影响敬请参阅最后一页特别声明-19-证券研究报告行业及公司评级体系评级说明行买入未来6-12个月的投资收益率领先市场基准指数15以上业增持未来6-12个月的投资收益率领先市场基准指数5至15及公中性未来6-12个月的投资收益率与市场基准指数的变动幅度相差-5至5司减持未来6-12个月的投资收益率落后市场基准指数5至15评卖出未来6-12个月的投资收益率落后市场基准指数15以上级无评级因无法获取必要的资料或者公司面临无法预见结果的重大不确定性事件或者其他原因致使无法给出明确的投资评级A股主板基准为沪深300指数中小盘基准为中小板指创业板基准为创业板指新三板基准为新三板指数港股基准指数为恒生基准指数说明指数分析估值方法的局限性说明本报告所包含的分析基于各种假设不同假设可能导致分析结果出现重大不同本报告采用的各种估值方法及模型均有其局限性估值结果不保证所涉及证券能够在该价格交易分析师声明本报告署名分析师具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格并注册为证券分析师以勤勉的职业态度专业审慎的研究方法使用合法合规的信息独立客观地出具本报告并对本报告的内容和观点负责负责准备以及撰写本报告的所有研究人员在此保证本研究报告中任何关于发行商或证券所发表的观点均如实反映研究人员的个人观点研究人员获取报酬的评判因素包括研究的质量和准确性客户反馈竞争性因素以及光大证券股份有限公司的整体收益所有研究人员保证他们报酬的任何一部分不曾与不与也将不会与本报告中具体的推荐意见或观点有直接或间接的联系法律主体声明本报告由光大证券股份有限公司制作光大证券股份有限公司具有中国证监会许可的证券投资咨询业务资格负责本报告在中华人民共和国境内仅为本报告目的不包括港澳台的分销本报告署名分析师所持中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格编号已披露在报告首页中国光大证券国际有限公司和EverbrightSecuritiesUKCompanyLimited是光大证券股份有限公司的关联机构特别声明光大证券股份有限公司以下简称本公司创建于1996年系由中国光大集团总公司投资控股的全国性综合类股份制证券公司是中国证监会批准的首批三家创新试点公司之一根据中国证监会核发的经营证券期货业务许可本公司的经营范围包括证券投资咨询业务本公司经营范围证券经纪证券投资咨询与证券交易证券投资活动有关的财务顾问证券承销与保荐证券自营为期货公司提供中间介绍业务证券投资基金代销融资融券业务中国证监会批准的其他业务此外本公司还通过全资或控股子公司开展资产管理直接投资期货基金管理以及香港证券业务本报告由光大证券股份有限公司研究所以下简称光大证券研究所编写以合法获得的我们相信为可靠准确完整的信息为基础但不保证我们所获得的原始信息以及报告所载信息之准确性和完整性光大证券研究所可能将不时补充修订或更新有关信息但不保证及时发布该等更新本报告中的资料意见预测均反映报告初次发布时光大证券研究所的判断可能需随时进行调整且不予通知在任何情况下本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议客户应自主作出投资决策并自行承担投资风险本报告中的信息或所表述的意见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