核心观点：
　　存储器架构从二维向三维转变，带来刻蚀设备用量提升。目前提升存储器件集成度的主要方法不再是缩小单层上线宽，而是增加堆叠的层数。在3DNAND中，垂直堆叠的存储单元层通过垂直通孔相互连接，存储容量随着堆叠层数的增加而增加。目前3DNAND最多可以堆叠至232层。3DNAND中垂直通孔、侧面阶梯、多层触点等复杂的三维结构需要大量刻蚀工艺环节，相比于2DNAND，对刻蚀设备的需求比例显著加大。
　　高深宽比刻蚀是3DNAND工艺中的核心技术，堆叠层数增加给极高深宽比刻蚀带来挑战。高深宽比刻蚀是3DNAND制造中最核心的技术，主要用于形成层间垂直通孔、狭缝和多层触点等结构。随着3DNAND堆叠层数不断增加，刻蚀深度加深，深宽比增加，刻蚀工艺难度也不断提升。深宽比在40：1以上的极高深宽比刻蚀面临着刻蚀速率降低、弓形弯曲、扭曲等挑战，对刻蚀设备的性能指标提出了更高的要求，需要刻蚀设备具有更大的等离子体密度、更高的离子溅射、更高的工艺气体流速、更长的工艺时间和更低的压力。
　　中微公司布局极高深宽比刻蚀产品，深宽比不断提升。目前，中微公司是国内配套高深宽比工艺的主要设备供应商，公司自主开发了极高深比刻蚀机，该设备用400 KHz取代2 MHz作为偏压射频源，以获得更高的离子入射能量和准直性，使得深孔及深槽刻蚀关键尺寸的大小符合规格。未来，伴随相关工艺技术验证的推进和下游客户产能的扩张，公司有望充分受益于3DNAND对高深宽比刻蚀工艺需求的提升。
　　投资建议。高深宽比刻蚀是3DNAND的核心技术环节。随着本土晶圆产能的持续扩张，国产半导体设备厂商有望依托自身的产品竞争力、广阔的份额增长空间和品类扩张能力，加速提升相关领域的国产替代份额。建议关注在高深宽比刻蚀领域处于国内领先地位的中微公司。
　　风险提示。下游扩产不及预期；国产厂商技术研发不及预期；零部件供应风险。
　　

研究报告全文：TablePage行业专题研究半导体2023年10月20日证券研究报告国产替代核心技术系列TableTitle极高深宽比刻蚀研发验证稳步推进支撑3DNAND产业升级分析师Tabl王亮分析师耿正分析师焦鼎eAuthorSAC执证号S0260519060001SAC执证号S0260520090002SAC执证号S0260522120003SFCCEnoBFS478021-38003658021-38003660021-38003658gfwanglianggfcomcngengzhenggfcomcnjiaodinggfcomcn请注意耿正焦鼎并非香港证券及期货事务监察委员会的注册持牌人不可在香港从事受监管活动TableSummary核心观点存储器架构从二维向三维转变带来刻蚀设备用量提升目前提升存储器件集成度的主要方法不再是缩小单层上线宽而是增加堆叠的层数在3DNAND中垂直堆叠的存储单元层通过垂直通孔相互连接存储容量随着堆叠层数的增加而增加目前3DNAND最多可以堆叠至232层3DNAND中垂直通孔侧面阶梯多层触点等复杂的三维结构需要大量刻蚀工艺环节相比于2DNAND对刻蚀设备的需求比例显著加大高深宽比刻蚀是3DNAND工艺中的核心技术堆叠层数增加给极高深宽比刻蚀带来挑战高深宽比刻蚀是3DNAND制造中最核心的技术主要用于形成层间垂直通孔狭缝和多层触点等结构随着3DNAND堆叠层数不断增加刻蚀深度加深深宽比增加刻蚀工艺难度也不断提升深宽比在401以上的极高深宽比刻蚀面临着刻蚀速率降低弓形弯曲扭曲等挑战对刻蚀设备的性能指标提出了更高的要求需要刻蚀设备具有更大的等离子体密度更高的离子溅射更高的工艺气体流速更长的工艺时间和更低的压力中微公司布局极高深宽比刻蚀产品深宽比不断提升目前中微公司是国内配套高深宽比工艺的主要设备供应商公司自主开发了极高深比刻蚀机该设备用400KHz取代2MHz作为偏压射频源以获得更高的离子入射能量和准直性使得深孔及深槽刻蚀关键尺寸的大小符合规格未来伴随相关工艺技术验证的推进和下游客户产能的扩张公司有望充分受益于3DNAND对高深宽比刻蚀工艺需求的提升投资建议高深宽比刻蚀是3DNAND的核心技术环节随着本土晶圆产能的持续扩张国产半导体设备厂商有望依托自身的产品竞争力广阔的份额增长空间和品类扩张能力加速提升相关领域的国产替代份额建议关注在高深宽比刻蚀领域处于国内领先地位的中微公司风险提示下游扩产不及预期国产厂商技术研发不及预期零部件供应风险相关研究电子复苏系列14中国台湾电子公司23M8经营情况跟踪2023-09-22电子行业2023年中报总结23Q2环比改善明显行业进入复苏新阶段2023-09-04电子复苏系列13中国台湾电子公司23M7经营情况跟踪2023-08-24识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明本报告联系人TableContacter113TablePageText行业专题研究半导体重点公司估值和财务分析表Tableimpcom最新最近合理价值EPS元PExEVEBITDAxROE股票简称股票代码货币评级收盘价报告日期元股2023E2024E2023E2024E2023E2024E2023E2024E中微公司688012SHCNY1595020230716买入2226223730867305179648750268601010数据来源Wind广发证券发展研究中心备注表中估值指标按照最新收盘价计算识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明213TablePageText行业专题研究半导体目录索引一3DNAND垂直堆叠提高存储密度5二高深宽比刻蚀3DNAND中的关键技术7三风险提示11识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明313TablePageText行业专题研究半导体图表索引图1全球DRAMNAND营收占半导体市场比例5图2NAND存储密度不断提升5图3提高NAND存储密度的主要方式6图43DNAND层数不断提升6图53DNAND每Gb成本随堆叠层数的增加而降低6图6全球干法刻蚀设备细分市场占比7图72DNAND和3DNAND示意图7图83DNAND结构及关键工艺步骤8图93DNAND截面电子显微镜照片8图10双堆栈技术示意图8图113DNAND不同堆栈和层数对应刻蚀深度8图12高深宽比通孔刻蚀工艺示意图9图133DNAND中高深宽比刻蚀形成的通孔9图1490层以上极高深宽比刻蚀的主要挑战9图15双频电容耦合等离子体CCP设备原理图10识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明413TablePageText行业专题研究半导体一3DNAND垂直堆叠提高存储密度存储器是最重要的半导体产品之一存储密度不断提升半导体存储器主要包括NANDFlashDRAMNORFlashSRAMEEPROM和其它新兴存储器等是最重要的半导体产品类别之一据Micron2022投资者日演讲材料从2003年到2021年全球DRAM和NAND存储器营收在半导体产品中的占比从不到15提升到接近30旺盛的数据存储需求推动着半导体存储器存储密度的不断提升据统计从2008年至2021年ISSCC上报道的NAND存储器的面存储密度提升了接近两个数量级图1全球DRAMNAND营收占半导体市场比例图2NAND存储密度不断提升数据来源Micron2022投资者日演讲材料广发证券发展研究数据来源BLDubeManufacturingChallengesandCost中心EvaluationofNewGeneration3DMemories广发证券发展研究中心一般来说提升NAND的密度有四种主要方式横向缩放垂直缩放架构扩展和逻辑缩放根据西部数据2022年投资者日演讲材料横向缩放指通过工艺进步缩小器件的面内密度垂直缩放指提升垂直堆叠的NAND单元层数架构扩展指通过架构设计增加单元密度并减少外围电路的占用面积逻辑缩放指通过器件设计提升每个单元存储的位数其中垂直缩放提高堆叠层数是近年来提升NAND存储密度的主要途径识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明513TablePageText行业专题研究半导体图3提高NAND存储密度的主要方式数据来源WesternDigital2022投资者日演讲材料广发证券发展研究中心层数堆叠是NAND存储器最重要的技术升级方向随着存储器的数据容量需求迅速增长3DNAND已经逐步取代2DNAND成为NAND闪存的主流技术在3DNAND中存储单元层垂直堆叠并通过垂直通孔相互连接存储容量随着堆叠层数的增加而增加但每Gb存储容量的制造成本随堆叠层数增加而降低3DNAND在存储密度和性价比方面均具有明显优势2013年三星推出了全球第一个3DNAND存储器产品具有24层堆叠128Gb容量近年来3DNAND技术快速发展堆叠层数不断提升美光于2023年推出了7500系列SSD集成了232层3DNAND容量最高可达1536TB图43DNAND层数不断提升图53DNAND每Gb成本随堆叠层数的增加而降低数据来源STaharaReactiveIonEtchingChallengesand数据来源BLDubeManufacturingChallengesandCostTechnologyforMemoryDeviceFabrication广发证券发展研究EvaluationofNewGeneration3DMemories广发证券发展研中心究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明613TablePageText行业专题研究半导体二高深宽比刻蚀3DNAND中的关键技术存储器转向三维架构加大对高深宽比刻蚀设备的需求刻蚀设备重要性提升刻蚀设备是集成电路前道生产工艺中最重要的设备之一据中微公司2022年年报引用的Gartner统计数据2022年刻蚀占全球晶圆制造设备市场价值量的22在存储器市场随着存储器从二维架构向三维架构转变增加3DNAND集成度的主要方法不再是缩小单层上线宽而是增加堆叠的层数随着堆叠层数的增加刻蚀设备和薄膜沉积设备已取代光刻机成为最关键最核心的设备垂直通孔侧面阶梯多层触点等复杂的三维结构需要大量刻蚀工艺环节对刻蚀设备的需求比例显著加大且堆叠层数的增加要求刻蚀技术实现更高的深宽比进一步提升了以高深宽比工艺为代表的配套刻蚀设备的重要性和市场空间图6全球干法刻蚀设备细分市场占比图72DNAND和3DNAND示意图数据来源中微公司2022年年报广发证券发展研究中心数据来源中微公司2022年年报广发证券发展研究中心高深宽比刻蚀是3DNAND制造中的关键技术难点3DNAND是一种复杂的晶圆制造技术对晶圆制造环节提出了多项重大挑战如用于形成层间垂直连接的高深宽比刻蚀HighAspectRatioEtchingHAR在存储单元之间实现足够大的驱动电流针对多层阵列的逻辑CMOS设计优化及晶圆翘曲问题等一般来说3DNAND工艺从在基板上交替沉积多层不同材料薄膜开始薄膜必须非常均匀平整然后通过高深宽比刻蚀设备制备从器件顶端到底部基板的垂直通孔并通过薄膜沉积等工艺形成存储单元间的纵向连接之后再在器件侧面进行阶梯刻蚀狭缝刻蚀和多层触点形成等工艺其中高深宽比刻蚀是3DNAND工艺中最困难的环节识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明713TablePageText行业专题研究半导体图83DNAND结构及关键工艺步骤图93DNAND截面电子显微镜照片数据来源泛林集团官方公众号广发证券发展研究中心数据来源Hitachi-Hightech官网广发证券发展研究中心3DNAND堆叠层数提升需要提高刻蚀深宽比从9x字线层3DNAND闪存产品开始大多数厂商都采用了双堆栈技术即通过两次高深宽比刻蚀制造深孔但是双堆栈技术需要复杂的工艺流程提高了制造的成本三星于2021年报道了单堆栈128层3DNAND产品据东京电子2023年在VLSI发表的论文目前128层的3DNAND需要63m左右的单次刻蚀深度对于未来超过400层的双堆栈3DNAND则需要至少8m的单次刻蚀深度图10双堆栈技术示意图图113DNAND不同堆栈和层数对应刻蚀深度数据来源SParketalHighly-ReliableCellCharacteristics数据来源YKiharaMTomuraWSakamotoMHondaandwith128-LayerSingle-Stack3D-NANDFlashMemory广发证MKojimaBeyond10mDepthUltra-HighSpeedEtch券发展研究中心Processwith84LowerCarbonFootprintforMemoryChannelHoleof3DNANDFlashover400Layers识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明813TablePageText行业专题研究半导体3DNAND中的高深宽比刻蚀主要使用反应离子刻蚀在3DNAND的垂直通孔刻蚀中由于刻蚀深度非常深因此需要在薄膜堆栈顶端沉积一层碳基材料作为硬掩模并通过光刻和刻蚀将硬掩模图案化之后再进行高深宽比刻蚀高深宽比刻蚀使用反应离子刻蚀设备进行先刻蚀通孔的一小段然后对孔的侧壁进行钝化交替重复刻蚀-钝化过程以形成深孔直至形成直达底部的通孔图12高深宽比通孔刻蚀工艺示意图图133DNAND中高深宽比刻蚀形成的通孔数据来源JLeeetalStudyondefectreductionforhigh数据来源SParketalHighly-ReliableCellCharacteristicsaspectratioetchprocess广发证券发展研究中心with128-LayerSingle-Stack3D-NANDFlashMemory广发证券发展研究中心极高深宽比刻蚀面临多项技术挑战随着3DNAND堆叠层数提高高深宽比刻蚀的难度也不断提升在深宽比大于401的极高深宽比刻蚀中由于深度加深纵横比增加到达底部的离子和中性物质的数量往往会越来越少导致刻蚀速率降低在刻蚀的过程中堆叠顶部和底部之间可能会出现CD差异或出现弓形弯曲扭曲等缺陷此外在晶圆的边缘处也可能出现关键尺寸不均匀等现象图1490层以上极高深宽比刻蚀的主要挑战数据来源泛林集团官方公众号广发证券发展研究中心识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明913TablePageText行业专题研究半导体高深宽比刻蚀设备要求高射频功率高工艺气体流量和长工艺时间通常情况下在3DNAND中氧化物和氮化物层的刻蚀中等离子体源是电容耦合等离子体CapacitivelyCoupledPlasmaCCP目前主要的CCP蚀刻设备具有双频或三频射频施加在上电极或下电极随着3DNAND层数增加要求通孔具有更高的纵横比并且刻蚀工艺应具有更大的刻蚀速率和更好的薄膜选择性因此需要刻蚀设备更大的等离子体密度更高的离子溅射更高的工艺气体流速更长的工艺时间和更低的压力图15双频电容耦合等离子体CCP设备原理图数据来源YKiharaetalBeyond10mDepthUltra-HighSpeedEtchProcesswith84LowerCarbonFootprintforMemoryChannelHoleof3DNANDFlashover400Layers广发证券发展研究中心目前中微公司是国内配套高深宽比工艺的主要设备供应商根据公司2022年年报和公开投资者关系活动记录公司自主开发了极高深比刻蚀机该设备用400KHz取代2MHz作为偏压射频源以获得更高的离子入射能量和准直性使得深孔及深槽刻蚀关键尺寸的大小符合规格在3DNAND芯片制造环节公司的等离子体刻蚀设备可应用于64层和128层的量产同时公司根据存储器厂商的需求正在开发新一代设备以满足极高深宽比的刻蚀设备和工艺未来伴随相关工艺技术验证的推进和下游客户产能的扩张公司有望充分受益于3DNAND对高深宽比刻蚀工艺需求的提升识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1013TablePageText行业专题研究半导体三风险提示一下游扩产不及预期半导体存储器行业具有很强的周期性主要存储IDM厂商的扩产计划受到市场供需关系影响若存储器行业需求不及预期存储器IDM厂商可能会推迟或降低资本开支计划相关前道设备的需求可能会受到影响二国产厂商技术研发不及预期目前海外大厂在全球刻蚀设备市场中占据主导地位具有技术领先优势国内设备厂商在产品性能技术积累上仍有差距若后续研发进度不及预期可能导致产品的验证进度放缓影响相关公司的业绩表现三零部件供应风险目前国内设备厂商部分零部件依赖进口若国际环境出现变化供应链面临制裁风险可能导致相关企业生产经营受到影响识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1113TablePageText行业专题研究半导体广发电子行业研究小组TableResearchTeam许兴军浙江大学系统科学与工程学士浙江大学系统分析与集成硕士2012年加入广发证券发展研究中心王亮复旦大学经济学硕士2014年加入广发证券发展研究中心谢淑颖厦门大学电子工程学士上海财经大学金融硕士2018年加入广发证券发展研究中心耿正上海交通大学材料科学与工程学硕士2020年加入广发证券发展研究中心郇正林中国科学院大学硕士2020年8月加入广发证券发展研究中心栾玉民北京大学博士2022年加入广发证券发展研究中心焦鼎中国科学院大学博士2022年加入广发证券发展研究中心张大伟复旦大学电子与通信工程硕士2021年加入广发证券发展研究中心任思儒上海交通大学硕士2022年加入广发证券发展研究中心王钰乔上海交通大学硕士2022年加入广发证券发展研究中心李佳蔚京都大学硕士2022年加入广发证券发展研究中心广发证券TableRatingIndustry行业投资评级说明买入预期未来12个月内股价表现强于大盘10以上持有预期未来12个月内股价相对大盘的变动幅度介于-1010卖出预期未来12个月内股价表现弱于大盘10以上广发证券TableRatingCompany公司投资评级说明买入预期未来12个月内股价表现强于大盘15以上增持预期未来12个月内股价表现强于大盘5-15持有预期未来12个月内股价相对大盘的变动幅度介于-55卖出预期未来12个月内股价表现弱于大盘5以上联系我们TableAddress广州市深圳市北京市上海市香港地址广州市天河区马场路深圳市福田区益田路北京市西城区月坛北上海市浦东新区南泉香港德辅道中189号26号广发证券大厦476001号太平金融大厦街2号月坛大厦18层北路429号泰康保险李宝椿大厦29及30楼31层大厦37楼楼邮政编码510627518026100045200120-客服邮箱gfzqyfgfcomcn法律主体TableLegalDisclaimer声明本报告由广发证券股份有限公司或其关联机构制作广发证券股份有限公司及其关联机构以下统称为广发证券本报告的分销依据不同国家地区的法律法规和监管要求由广发证券于该国家或地区的具有相关合法合规经营资质的子公司经营机构完成广发证券股份有限公司具备中国证监会批复的证券投资咨询业务资格接受中国证监会监管负责本报告于中国港澳台地区除外的分销广发证券香港经纪有限公司具备香港证监会批复的就证券提供意见4号牌照的牌照接受香港证监会监管负责本报告于中国香港地区的分销本报告署名研究人员所持中国证券业协会注册分析师资质信息和香港证监会批复的牌照信息已于署名研究人员姓名处披露重要TableImportant声明Notices识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1213TablePageText行业专题研究半导体广发证券股份有限公司及其关联机构可能与本报告中提及的公司寻求或正在建立业务关系因此投资者应当考虑广发证券股份有限公司及其关联机构因可能存在的潜在利益冲突而对本报告的独立性产生影响投资者不应仅依据本报告内容作出任何投资决策投资者应自主作出投资决策并自行承担投资风险任何形式的分享证券投资收益或者分担证券投资损失的书面或者口头承诺均为无效本报告署名研究人员联系人以下均简称研究人员针对本报告中相关公司或证券的研究分析内容在此声明1本报告的全部分析结论研究观点均精确反映研究人员于本报告发出当日的关于相关公司或证券的所有个人观点并不代表广发证券的立场2研究人员的部分或全部的报酬无论在过去现在还是将来均不会与本报告所述特定分析结论研究观点具有直接或间接的联系研究人员制作本报告的报酬标准依据研究质量客户评价工作量等多种因素确定其影响因素亦包括广发证券的整体经营收入该等经营收入部分来源于广发证券的投资银行类业务本报告仅面向经广发证券授权使用的客户特定合作机构发送不对外公开发布只有接收人才可以使用且对于接收人而言具有保密义务广发证券并不因相关人员通过其他途径收到或阅读本报告而视其为广发证券的客户在特定国家或地区传播或者发布本报告可能违反当地法律广发证券并未采取任何行动以允许于该等国家或地区传播或者分销本报告本报告所提及证券可能不被允许在某些国家或地区内出售请注意投资涉及风险证券价格可能会波动因此投资回报可能会有所变化过去的业绩并不保证未来的表现本报告的内容观点或建议并未考虑任何个别客户的具体投资目标财务状况和特殊需求不应被视为对特定客户关于特定证券或金融工具的投资建议本报告发送给某客户是基于该客户被认为有能力独立评估投资风险独立行使投资决策并独立承担相应风险本报告所载资料的来源及观点的出处皆被广发证券认为可靠但广发证券不对其准确性完整性做出任何保证报告内容仅供参考报告中的信息或所表达观点不构成所涉证券买卖的出价或询价广发证券不对因使用本报告的内容而引致的损失承担任何责任除非法律法规有明确规定客户不应以本报告取代其独立判断或仅根据本报告做出决策如有需要应先咨询专业意见广发证券可发出其它与本报告所载信息不一致及有不同结论的报告本报告反映研究人员的不同观点见解及分析方法并不代表广发证券的立场广发证券的销售人员交易员或其他专业人士可能以书面或口头形式向其客户或自营交易部门提供与本报告观点相反的市场评论或交易策略广发证券的自营交易部门亦可能会有与本报告观点不一致甚至相反的投资策略报告所载资料意见及推测仅反映研究人员于发出本报告当日的判断可随时更改且无需另行通告广发证券或其证券研究报告业务的相关董事高级职员分析师和员工可能拥有本报告所提及证券的权益在阅读本报告时收件人应了解相关的权益披露若有本研究报告可能包括和或描述呈列期货合约价格的事实历史信息信息请注意此信息仅供用作组成我们的研究方法分析中的部分论点依据证据以支持我们对所述相关行业公司的观点的结论在任何情况下它并不明示或暗示与香港证监会第5类受规管活动就期货合约提供意见有关联或构成此活动权益披露TableInterestDisclosure1广发证券香港跟本研究报告所述公司在过去12个月内并没有任何投资银行业务的关系版权声明TableCopyright未经广发证券事先书面许可任何机构或个人不得以任何形式翻版复制刊登转载和引用否则由此造成的一切不良后果及法律责任由私自翻版复制刊登转载和引用者承担识别风险发现价值请务必阅读末页的免责声明1313