投资建议
　　国内半导体产业蓬勃发展，为半导体设备公司提供了广阔的平台市场，薄膜沉积设备厂商深度受益。美国对华半导体制裁持续，先进制程受阻，中短期内，国内半导体产业锁定成熟制程快速拓展，形成存量国产替代和产业增量拓展的双重推手，外部市场环境优越，国内半导体设备厂商迎来前所未有的机遇；远期看，先进制程快速发展，半导体工艺复杂度大幅提高，对半导体设备的市场需求也随之攀升，待国内先进制程取得突破后，对设备产业链将起到巨大的带动作用。薄膜沉积设备作为半导体制造三大核心设备之一，是后续几乎所有工艺的基础，重要性不言而喻，在目前优越的市场环境及政策支持下，产业链共同发力，需求端火热，供给端也在努力追赶、加速放量，叠加目前仍然较低的国产化水平，产业前景长期向好的趋势较为明确。
　　PVD、CVD是薄膜沉积主流，ALD作为沉积设备新宠，在先进制程中的应用越发凸显。PVD、CVD占据薄膜沉积赛道的半壁江山，半导体制造中绝大多数金属层、介质层及半导体层均为PVD、CVD设备制造；随着先进制程的不断发展，对膜厚精度、薄膜质量、台阶覆盖率等提出了更高的要求，HDPCVD、SACVD等技术应运而生，且ALD由于具备原子层级的膜厚控制能力，在先进制程的核心工艺（如SADP、HKMG等）中发挥关键作用，逐渐成为先进制程工艺平台的“新宠”。
　　国内多家厂商在薄膜沉积设备领域均有涉猎，侧重点有所差异，竞争格局较为良性。北方华创是国内PVD龙头，稀缺性较强，且在LPCVD、APCVD、ALD领域也有所布局，产品已经批量应用到半导体产线中；拓荆科技专注薄膜沉积设备，拥有PECVD、SACVD、ALD三大产品系列，公司处于快速上升阶段；微导纳米依靠ALD设备起家，在光伏、半导体中均有应用，且公司是国内首家成功将量产型High-k ALD应用于28nm节点集成电路制造前道生产线的国产设备公司，在ALD领域颇具竞争优势。上述半导体设备厂商的产品结构有所不同，侧重点分化明显，形成了较为良性的差异化竞争格局。
　　投资建议：当前国内半导体产业扩张如火如荼，而海外对华半导体制裁持续加码，国内半导体设备厂商面对优越的市场环境和政策支持，前景较为乐观；薄膜沉积设备作为半导体核心设备之一，在半导体制造中具有重要作用，在国产化替代、技术进步以及产业扩张带来的多重市场需求下，产业链共同发力，PVD、CVD、ALD等薄膜沉积设备赛道在未来较长时间内将持续火热，建议积极关注。
　　风险提示：（1）美国对华半导体制裁的风险。（2）国产化替代市场需求不及预期的风险。（3）国内公司技术突破不及预期的风险。
　　

研究报告全文：证券研究报告行业评级半导体强于大市维持电子强于大市维持薄膜沉积设备颇具市场活力国产化替代正当时平安证券研究所电子信息团队分析师付强徐勇闫磊徐碧云2023年10月11日投资建议国内半导体产业蓬勃发展为半导体设备公司提供了广阔的平台市场薄膜沉积设备厂商深度受益美国对华半导体制裁持续先进制程受阻中短期内国内半导体产业锁定成熟制程快速拓展形成存量国产替代和产业增量拓展的双重推手外部市场环境优越国内半导体设备厂商迎来前所未有的机遇远期看先进制程快速发展半导体工艺复杂度大幅提高对半导体设备的市场需求也随之攀升待国内先进制程取得突破后对设备产业链将起到巨大的带动作用薄膜沉积设备作为半导体制造三大核心设备之一是后续几乎所有工艺的基础重要性不言而喻在目前优越的市场环境及政策支持下产业链共同发力需求端火热供给端也在努力追赶加速放量叠加目前仍然较低的国产化水平产业前景长期向好的趋势较为明确PVDCVD是薄膜沉积主流ALD作为沉积设备新宠在先进制程中的应用越发凸显PVDCVD占据薄膜沉积赛道的半壁江山半导体制造中绝大多数金属层介质层及半导体层均为PVDCVD设备制造随着先进制程的不断发展对膜厚精度薄膜质量台阶覆盖率等提出了更高的要求HDPCVDSACVD等技术应运而生且ALD由于具备原子层级的膜厚控制能力在先进制程的核心工艺如SADPHKMG等中发挥关键作用逐渐成为先进制程工艺平台的新宠国内多家厂商在薄膜沉积设备领域均有涉猎侧重点有所差异竞争格局较为良性北方华创是国内PVD龙头稀缺性较强且在LPCVDAPCVDALD领域也有所布局产品已经批量应用到半导体产线中拓荆科技专注薄膜沉积设备拥有PECVDSACVDALD三大产品系列公司处于快速上升阶段微导纳米依靠ALD设备起家在光伏半导体中均有应用且公司是国内首家成功将量产型High-kALD应用于28nm节点集成电路制造前道生产线的国产设备公司在ALD领域颇具竞争优势上述半导体设备厂商的产品结构有所不同侧重点分化明显形成了较为良性的差异化竞争格局投资建议当前国内半导体产业扩张如火如荼而海外对华半导体制裁持续加码国内半导体设备厂商面对优越的市场环境和政策支持前景较为乐观薄膜沉积设备作为半导体核心设备之一在半导体制造中具有重要作用在国产化替代技术进步以及产业扩张带来的多重市场需求下产业链共同发力PVDCVDALD等薄膜沉积设备赛道在未来较长时间内将持续火热建议积极关注风险提示1美国对华半导体制裁的风险2国产化替代市场需求不及预期的风险3国内公司技术突破不及预期的风险2CONTENT一半导体产业结构复杂上游设备是关键目录二设备市场环境优越国产化替代正当时三薄膜沉积颇具活力CVDPVDALD各司其职四国内厂商快速追赶差异化竞争格局较为健康五投资建议与风险提示11半导体产业蓬勃发展上游设备是基石国内半导体产业蓬勃发展设备市场颇具活力2022年全球半导体产业销售额约为5741亿美元中国半导体产业销售额约为1813亿美元地位举足轻重根据SEMI数据2022年全球半导体设备市场规模约为1074亿美元其中中国大陆占比约263合计约282亿美元国内半导体产业迅猛向前带动上游产业链配套同步发展全球半导体产业销售额亿美元全球半导体设备市场规模亿美元6000120010004000800600200040020000201720182019202020212022202120222023E2024E中国半导体产业销售额亿美元全球半导体设备销售占比20222000中国大陆中国台湾韩国北美日本欧洲其他地区150010005000201720182019202020212022数据来源WindSEMI华经产业研究院平安证券研究所412半导体制造工艺复杂薄膜沉积至关重要半导体制造工艺复杂核心工艺包括薄膜沉积光刻刻蚀离子注入退火化学机械研磨等集成电路的制造需要重复几十次甚至上百次以上工艺从而实现各膜层图案的堆叠半导体制造工艺氧化光刻和刻蚀离子注入退火把氧化后的晶圆表面旋涂一层光刻胶随后对其进行曝离子注入就是把杂质离子轰进半导体晶格中使得晶芯片制造的第一步是对晶圆表面光再通过显影把电路图形显现出来光刻层数多达几十格中的原子排列混乱或者成为非晶区退火是将离子进行氧化形成一层绝缘层一层每一层之间的校准必须非常明确接下来进行刻蚀注入后的半导体放在一定温度下进行加热恢复晶体是可做后期工艺的辅助层二是用化学腐蚀反应的方式或用等离子体轰击晶圆表面的方的结构消除缺陷从而激活半导体材料的不同电学性协助隔离电学器件防止短路式光刻胶覆盖的位置被保护没有被覆盖的位置被刻能蚀形成凹陷实现电路图形的转移薄膜沉积化学机械研磨后期处理重复流程物理气相沉积用于形成各种金属层连通不最后晶圆再经过背面减同的器件和电路以便进行逻辑和模拟计每个结构层完成后用化学腐蚀和芯片制造的主要步骤短切片封装检测一算化学气相沉积用于形成不同金属层之间机械研磨相结合的方式对晶圆表需要循环反复几十次个完整的芯片产品制备完的绝缘层电镀则专用于生长铜连线金属面进行磨抛实现表面平坦化甚至上百次成层数据来源中芯国际公告平安证券研究所512半导体制造工艺复杂薄膜沉积至关重要半导体上游设备产业链丰富薄膜沉积设备是基础薄膜沉积光刻刻蚀被视为半导体制造的三大核心设备其中薄膜沉积是基础负责金属介质以及半导体薄膜的制备氧化涂胶光刻刻蚀离子注入氧化炉涂胶显影设备光刻机刻蚀机离子注入机AMATTELASMLLAMAMAT日本日立DNS尼康TELACLSTEL芯源微佳能AMAT凯世通北方华创上海微电子北方华创中科信屹唐半导体中微公司多次清洗检测抛光薄膜沉积清洗设备检测设备CMP设备PVDCVDALDDNSKLAAMATAMATAMATASMTELAMAT日本荏原UlvacLAMTELLAM精测电子华海清科北方华创TEL北方华创北方华创中科飞测电科装备45所北方华创拓荆科技盛美上海华峰测控拓荆科技微导纳米芯源微中微公司数据来源各公司官网平安证券研究所6CONTENT一半导体产业结构复杂上游设备是关键目录二设备市场环境优越国产化替代正当时三薄膜沉积颇具活力CVDPVDALD各司其职四国内厂商快速追赶差异化竞争格局较为健康五投资建议与风险提示21机会所在-美国对华半导体制裁设备国产化获大力支持美国打压中国半导体产业国内半导体产业链国产化趋势不断加深美国对华半导体管制已经从最初的针对某些特定公司扩大到对半导体整个行业的全面限制半导体设备属于美国打压中国半导体产业的重要领域美国的打压已经明牌在国内半导体企业拿不到先进的上游资源时国产化替代成为唯一选择近年海外对华半导体管制措施部分管制措施推出时间管制主要内容2018年4月美国商务部发布公告在未来7年内禁止中兴通讯向美国企业购买敏感产品2019年5月华为及68家附属关联公司被美国列入实体名单2020年5月BIS限制华为购买使用美国技术软件设计制造的半导体2019-2020年2020年8月BIS在实体清单中新增38家华为附属公司并修订外国制造直接产品规则进一步限制华为使用基于美国软件技术生产的半导体2020年12月中芯国际被纳入实体名单对用于10nm技术节点的产品或技术美国商务部采取推定拒绝的审批政策进行审核美国众议院通过芯片与科学法案主要内容包括1分5年提供527亿美元用于半导体制造激励计划研发投资税收抵免其中美2022年7月国芯片基金共500亿美元390亿美元用于鼓励半导体制造企业110亿美元补贴芯片研发2法案授权在未来十年拨款2000亿美元增加关键领域科技研发的投资3法案要求获得补贴的半导体企业未来10年内不得在中国大陆新建或扩建先进制程的半导体工厂2022年7月美国半导体厂商收到美国商务部规定要求不得向中国供应用于制造14nm芯片的设备2022年8月BIS公告美国准备对EDA等四项技术实行出口管制2022年8月美国通知英伟达向中国和俄罗斯出口A100和H100芯片需新的许可证要求BIS对中国进行超级计算机计算芯片和包含此类芯片的计算机商品加入CCL中对受到许可证要求限制的外国生产项目的范围扩大到实体名单上中国境内的28家现有实体针对18nm的DRAM128层的NAND存储芯片增加了新的许可证要求限制美国人员在没有许可证的情况下2022年10月支持在某些位于中国的半导体制造设施研发和制造集成电路将包括长江存储中国科学院大学等科研院校在内的31家实体列入未经核实名单UVL2023年3月美国商务部将浪潮集团龙芯中科等公司列入实体名单数据来源美国商务部平安证券研究所821机会所在-美国对华半导体制裁设备国产化获大力支持自主可控重要性凸显半导体产业得到大力扶持在美国对华半导体制裁的背景下国家以及各地方政府从财政优惠投融资环境人才培养等多个维度连续出台了多项扶持政策大力支持和引导半导体产业发展推动国内半导体产业国产化稳步前行国家对半导体产业的支持政策部分政策名称发布时间发布单位主要内容攻克14纳米刻蚀设备薄膜设备掺杂设备等高端制造装备及零部件突破28纳米浸没式光刻机及核心部件研十三五国家科技创新规划2016年8月国务院制300毫米硅片等关键材料研发14纳米逻辑与存储芯片成套工艺及相应系统封测技术开展75纳米关键技术研究形成2814纳米装备材料工艺封测等较完整的产业链整体创新能力进入世界先进行列新时期促进集成电路产业和软出台财税优惠政策投融资政策研究开发政策人才政策知识产权政策市场应用政策国际合作政策等方2020年8月国务院件产业高质量发展的若干措施面的政策措施大力支持高端芯片和各类软件的关键核心技术研发中华人民共和国国民经济和社全国科技前沿领域攻关集成电路设计工具重点装备和高纯靶材等关键材料研发集成电路先进工艺和绝缘栅双会发展第十四个五年规划和2021年3月两会极性晶体管IGBTMEMS等特色工艺突破先进存储技术升级碳化硅氮化镓等宽紧带半导体发展2035年远景目标刚要上海市先进制造业发展十四上海市2021年7月集成电路实现14纳米先进工艺规模量产5纳米刻蚀机12英寸大硅片国产CPU5G芯片等技术产品打破垄断五规划政府广东省制造业高质量发展十广东省着力突破核心电子元器件高端通用芯片提升高端电子元器件的制造工艺技术水平和可靠性布局关键核心电2021年8月四五规划政府子材料和电子信息制造装备研制项目支持发展晶圆制造装备芯片器件封装装备3C自动化智能化产线装备等十四五国家信息化规划2021年12月网信委关键核心技术创新能力显著提升集成电路基础软件装备材料核心元器件等短板取得重大突破1推动产业特色集聚发展2提升高端芯片设计能力3做大做强芯片制造业4布局发展宽禁带广州市半导体与集成电路产业广州市2022年3月半导体5推动封装测试业高端化发展6引进培育高端材料重点装备企业7支持公共服务平台建设发展行动计划2022-2024年工信局8完善产业投融资环境9强化应用需求牵引作用10深化行业交流合作深圳市培育发展半导体与集成九大重点工程1EDA工具软件培育工程2材料装备配套工程3高端芯片突破工程4先进制造深圳市电路产业集群行动计划2022年6月补链工程5先进封测提升工程6化合物半导体赶超工程7产业平台强基工程8人才引育聚发改委2022-2025力工程9产业园区固基工程数据来源政府官网平安证券研究所922机会所在-国内半导体产业快速拓展设备市场需求旺盛在国家政策的大力支持下国内半导体晶圆厂锁定成熟制程进行大幅扩建晶圆代工厂如中芯国际华虹集团晶合集成存储厂如长江存储长鑫存储IDM特色工艺厂如士兰微华润微等是此次扩建的重要参与者在美国制裁的大背景下产线设备自主可控至关重要国内晶圆厂的大规模扩建对上游的国产设备产生巨大的增量市场需求国内在建规划的晶圆厂部分公司工厂代号地点晶圆尺寸英寸规划产能万片月公司工厂代号地点晶圆尺寸英寸规划产能万片月SN2上海1235台积电南京122B3北京1220燕东微-北京124中芯国际Fab16深圳124昇维旭-深圳1214-天津1210-青岛124芯恩-绍兴1210-青岛84华力八厂上海126粤芯半导体-广州1212华虹集团华虹九厂无锡128捷捷微电-南通125长江存储Fab2武汉1210-上海125积塔半导体长鑫存储-合肥1224-上海86-厦门124卓胜微-无锡61士兰微-杭州83鹏芯微-深圳121晶合集成Fab3合肥1220荣芯半导体淮安124数据来源各公司公告平安证券研究所1023机会所在-技术工艺进步为薄膜沉积设备带来增量市场半导体工艺制程进步产线设备投资额大幅增长以5万片产能为例90nm产线的设备投资额约2134亿美元20nm产线的设备投资额约4746亿美元涨幅122薄膜沉积设备是半导体产线的三大核心设备之一其市场规模也将随着工艺制程的进步不断增长随着集成电路制造工艺不断向更先进的制程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薄膜沉积设备的数量需求也水涨船高90nm制程的CMOS产线大约有40道薄膜沉积工序对应的薄膜材料种类约6种而在3nm制程的FinFET产线中薄膜沉积工艺增加到100道涉及的薄膜沉积材料近20种薄膜层数增长对沉积设备带来大量需求产能5万片对应的设备投资额百万美元不同工艺制程对应的薄膜沉积工序数量道250001202000010080150006010000405000200090nmCMOS3nmFinFET数据来源中芯国际公告拓荆科技招股说明书平安证券研究所1123机会所在-技术工艺进步为薄膜沉积设备带来增量市场Flash存储芯片结构从2DNand发展到3DNand结构越发复杂化导致存储芯片的制造对薄膜沉积设备的需求量快速增长13DNand的多层垂直堆叠结构赋予其更高的存储密度是Flash存储芯片演进的必然趋势国际龙头厂商的3DNand芯片已经到突破200层以上层数越多对设备的需求量越大22D时代薄膜沉积设备占Flash芯片产线资本开支的比例约为18进入3D时代该比例增长到26未来随着3DNandFlash芯片内部层数的进一步增加存储芯片产线对薄膜沉积设备的需求也将随之持续提升2DNand3DNand芯片结构图薄膜沉积设备占Flash芯片产线资本开支的比例3DNand30252015102DNand502DNand3DNand数据来源拓荆科技招股说明书平安证券研究所12CONTENT一半导体产业结构复杂上游设备是关键目录二设备市场环境优越国产化替代正当时三薄膜沉积颇具活力CVDPVDALD各司其职四国内厂商快速追赶差异化竞争格局较为健康五投资建议与风险提示3薄膜沉积工艺拆解目前主流的薄膜沉积设备有物理气相沉积PVD化学气相沉积CVD原子层沉积ALD三种薄膜沉积工艺在沉积原理沉积材料适用膜层及工艺等方面存在明显差异如PVD完全是物理反应CVD涉及到气相化学反应ALD则是一种特殊的CVD通过脉冲反应实现单原子层级沉积精度三者凭借各自的特性搭配完成集成电路制造流程中的薄膜沉积薄膜沉积设备PVDCVDALD溅射PECVDTALD蒸镀LPCVDPEALD离子镀MOCVDSACVD北方华创拓荆科技中微公司微导纳米数据来源平安证券研究所143薄膜沉积工艺在逻辑存储芯片中的应用详解薄膜沉积是整个半导体制造行业的基础工艺广泛应用于逻辑存储芯片的制造过程中包括器件内各种金属层介质层钝化层阻挡层硬掩膜自对准双重成像以及部分半导体膜的制备都属于薄膜沉积工艺范畴分类来看PVD主要负责金属膜层的沉积CVD种类众多主要负责各种介质膜层以及半导体膜层的沉积ALD具备优异的膜厚控制台阶覆盖以及填孔能力在28nm以下的先进制程中发挥举足轻重的作用主要应用在SADPHKMG等工艺中逻辑芯片结构中薄膜沉积工艺的应用详解存储芯片结构中薄膜沉积工艺的应用详解数据来源拓荆科技公告平安证券研究所153薄膜沉积设备市场规模根据SEMI数据预计2023年全球半导体设备市场规模约874亿美元根据Gartner数据预计2023年PVDCVDALD设备的全球市场规模分别为450亿美元955亿美元240亿美元假设国内占比约30依据2022年中国大陆半导体设备市场占全球市场的比例为263乐观估计国内薄膜沉积设备的全球市占比约30简单计算可得2023年PVDCVDALD设备的国内市场规模预计分别为135亿美元286亿美元72亿美元全球半导体设备市场亿美元全球薄膜沉积设备市场规模及组成亿美国内薄膜沉积设备市场规模及组成亿美元元1200PVDCVDALD其他PVDCVDALD其他250801000702008006050600150国内占比304040010030202005010000202120222023E2024E202120222023F2024F2025F2026F2027F202120222023F2024F2025F2026F2027F数据来源SEMIGartner平安证券研究所1631PVD原理及用途PVD是通过溅射或蒸发待镀材料产生金属蒸汽之后在晶圆表面冷凝成膜的薄膜沉积工艺PVD工艺过程中仅材料形态发生改变不涉及化学反应属于纯粹的物理变化半导体制造全过程中PVD是沉积超纯金属过渡金属氮化物薄膜必不可少的关键工艺在Alpad与PCB键合的焊盘金属硬掩膜常用TiNCu阻挡层常用TaN功能为防止Cu扩散Cu籽晶层常用纯Cu或Cu合金作为后续电镀工艺的种子层等工艺段得到广泛应用PVD设备结构图磁控溅射金属硬掩膜Cu互联示意图123阻挡层种子层沉积金属硬掩膜65478数据来源AMAT官网北方华创官网平安证券研究所1731PVD分类及对比PVD主要分为三大类真空蒸镀溅射镀膜离子镀1真空蒸镀高真空条件下加热待镀材料至气化并在基板上沉积薄膜的过程2溅射镀膜气体放电产生的气体离子高速轰击靶材表面靶材原子被击出并在基板表面成膜的过程3离子镀真空蒸镀和溅射镀膜的结合体待镀材料气化后在放电空间部分电离之后待镀离子被电极吸引至基板沉积成膜真空蒸镀粒子能量温和膜层附着力致密性较低目前是OLED面板的主流工艺半导体中应用不多磁控溅射是应用最为广泛的PVD镀膜技术其利用磁场对电子进行约束离子密度大幅提升镀膜速率快按照溅射源不同磁控溅射又分为直流溅射中频溅射和射频溅射直流溅射一般应用于金属靶射频溅射则是金属靶和陶瓷靶均可离子镀兼具蒸镀溅射的优点无需高纯靶材但装置操作较复杂目前应用范围不是很广泛三种PVD镀膜技术示意图PVD分类及对比真空蒸镀溅射镀膜离子镀压强Torr10-5-10-6015-002002-0005能量eV01-11-1001-1镀膜速率01-70001-5001-50ummin绕射性附着能力薄膜致密性内应力拉应力压应力压应力数据来源华经产业研究院平安证券研究所1831PVD市场格局PVD设备市场垄断性极强AMAT是全球范围内绝对的龙头2020年AMAT的PVD设备全球市占率高达87此外日本Ulvac瑞士Evatec等公司也有较强的竞争力北方华创是国内PVD设备的领导者产品广泛应用到集成电路先进封装MEMS功率器件LED等领域北方华创突破了溅射源设计技术等离子产生与控制技术颗粒控制技术腔室设计与仿真模拟技术软件控制技术等PVD系列核心技术建立了具有自主知识产权的核心技术优势并成功进入国际供应链体系公司PVD领域的代表产品包括eVictorAX30AlpadPVD系统exiTinH630TiN金属硬掩膜PVD系统eVictorGX20系列通用溅射系统PolarisG620系列通用溅射系统PolarisT系列硅通孔物理气相沉积系统等PVD设备市场格局2020北方华创PVD设备代表产品eVictorAX30AlpadPVDexiTinH630TiN金属硬掩膜PVD系统AMAT其他eVictorGX20系列通用溅射系统PolarisG620系列通用溅射系统数据来源华经产业研究院Gartner各公司官网平安证券研究所1932CVD原理CVD是通过气相化学反应在基体表面沉积固体薄膜的镀膜工艺属于化学反应CVD反应前体一般为硅烷磷烷硼烷氨气氧气等气体原料生成物一般为氮化物氧化物氮氧化物碳化物多晶硅等固体薄膜反应条件一般为高温高压等离子体等CVD成膜工艺一般包括八个步骤1反应气体传输至沉积区2膜先驱物形成3膜先驱物扩散至基体表面4膜先驱物粘附5膜先驱物向膜生长区域扩散6表面化学反应膜沉淀并逐渐生长最终形成连续膜同时生成副产物7副产物从基体表面移除8副产物从反应腔移除CVD传输及反应步骤图常见的几种CVD反应SiHOSiOHO介质层4222SiH2ClNH3Si3N4HClNH4ClH2SiH4SiH2导电层WF6SiH4WSixSiF4H2PSGSiH4PH3N2OO2P2O5SiO2N2H2GaNTMGaNH3GaN数据来源化工仪器网平安证券研究所20