招商證券：工藝升級提升需求 薄膜沉積設(shè)備國產(chǎn)替代有望加速

智通財(cái)經(jīng)APP獲悉，招商證券發(fā)布研究報(bào)告稱，全球薄膜沉積設(shè)備市場空間超200億美元，制程升級/多層趨勢+新興工藝驅(qū)動(dòng)市場增長。在邏輯芯片中，制程進(jìn)步帶來工序步驟和薄膜層數(shù)增多，工序步驟從90nm的40步提升至3nm的100步，金屬層數(shù)從90nm的7層提升至5nm的14層，制程從180nm進(jìn)步到90nm過程中，同樣產(chǎn)能需要的薄膜設(shè)備數(shù)量翻倍；在存儲(chǔ)芯片中，高深寬比結(jié)構(gòu)以及存儲(chǔ)層數(shù)堆疊帶來薄膜沉積設(shè)備需求增大。薄膜沉積設(shè)備是半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域較為優(yōu)質(zhì)的投資賽道，2021年薄膜沉積設(shè)備國產(chǎn)化率僅為5%左右，相較刻蝕(15-20%)，前道清洗(30%+)，還有很大國產(chǎn)替代空間。招商證券建議關(guān)注拓荊科技(688072.SH)、北方華創(chuàng)(002371.SZ)、中微公司(688012.SH)、盛美上海(688082.SH)、微導(dǎo)納米等。

招商證券主要觀點(diǎn)如下：

薄膜沉積和光刻、刻蝕并列作為芯片前道制造三大核心工藝，不同工藝應(yīng)用場景所需薄膜種類繁多。薄膜沉積設(shè)備和光刻、刻蝕設(shè)備并列為前道制造三大主設(shè)備之一，從Gartner公布的2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場占比來看，刻蝕/薄膜沉積/光刻分別占比30%/25%/23%。薄膜沉積作用是在芯片納米級結(jié)構(gòu)中逐層堆疊薄膜形成電路結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體、介質(zhì)、金屬/金屬化合物三大類。在前道制造過程中，自下而上分別通過淺槽隔離、柵極等前段工藝，鎢栓塞、金屬前介質(zhì)層等中段工藝，金屬層間介質(zhì)、金屬層等后段工藝形成不同模塊，最后構(gòu)筑成芯片的3D結(jié)構(gòu)。由于十余種模塊工藝需要數(shù)層至數(shù)十層不同薄膜堆疊，而每層薄膜的特性、沉積材料、薄膜種類等均有很大差異，薄膜沉積設(shè)備需要滿足不同薄膜的工藝要求，因此具備較高行業(yè)壁壘。

薄膜呈現(xiàn)種類多樣性和工藝復(fù)雜性，不同工藝環(huán)節(jié)需要物理/化學(xué)等不同沉積設(shè)備相互補(bǔ)充。不同薄膜沉積時(shí)反應(yīng)的原理不同，因此薄膜沉積設(shè)備的技術(shù)原理也不同，沉積過程需要物理(PVD)、化學(xué)(CVD)、原子層沉積(ALD)等設(shè)備相互補(bǔ)充，每類設(shè)備也包括多種細(xì)分子類，以滿足不同應(yīng)用場景需求。

1)PVD：通過真空蒸鍍和濺射等物理方法沉積金屬或金屬化合物薄膜，應(yīng)用最廣泛的PVD是磁控濺射和離子化PVD，主要用于后段金屬互連層、阻擋層、硬掩膜、焊盤等工藝；

2)CVD：通過不同氣體間化學(xué)反應(yīng)沉積半導(dǎo)體和介質(zhì)薄膜，部分工藝也可以沉積金屬/金屬化合物薄膜，主要用于前段的柵氧化層、側(cè)墻、PMD及后段的IMD、阻擋層、鈍化層等工藝。CVD按反應(yīng)壓強(qiáng)和前驅(qū)體等不同主要分為APCVD、LPCVD、PECVD等，每一代設(shè)備隨薄膜性能越來越高的要求而迭代，目前PECVD應(yīng)用最廣泛；

3)ALD：用于低k/高k介質(zhì)沉積、高深寬比溝槽填充、雙重曝光工藝等，主要滿足新興薄膜/工藝需求。另外，在一些特定的溝槽填充場景，需要HDP-CVD、SACVD、FCVD等設(shè)備作為補(bǔ)充；在某些金屬/金屬氧化物薄膜沉積過程中，也需要電鍍、M-CVD等方法作為補(bǔ)充。

全球薄膜沉積設(shè)備市場空間超200億美元，制程升級/多層趨勢+新興工藝驅(qū)動(dòng)市場增長。2021年全球薄膜沉積設(shè)備市場空間超200億美元，PECVD/PVD/ALD占比分別為33%/19%/11%，大陸市場超45億美元，占比約25%。薄膜沉積設(shè)備市場增長主要由制程升級/多層趨勢及新工藝驅(qū)動(dòng)：

1)制程升級/多層趨勢帶動(dòng)設(shè)備需求量：在邏輯芯片中，制程進(jìn)步帶來工序步驟和薄膜層數(shù)增多，工序步驟從90nm的40步提升至3nm的100步，金屬層數(shù)從90nm的7層提升至5nm的14層，制程從180nm進(jìn)步到90nm過程中，同樣產(chǎn)能需要的薄膜設(shè)備數(shù)量翻倍；在存儲(chǔ)芯片中，高深寬比結(jié)構(gòu)以及存儲(chǔ)層數(shù)堆疊帶來薄膜沉積設(shè)備需求增大；

2)新工藝拓寬應(yīng)用場景：在柵極從多晶硅柵(Poly-SiON)向HKMG結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)深寬比越來越高、金屬互連阻擋層薄膜越來越薄等過程中，以及多重曝光等新工藝中，傳統(tǒng)的LPCVD/PECVD等沉積方法沉積效果有限，需要ALD工藝來沉積性能更好的薄膜并滿足高深寬比等需求，在28nm以下FinFET/GAA結(jié)構(gòu)中，僅有ALD工藝能夠滿足復(fù)雜柵極結(jié)構(gòu)中薄膜沉積要求。根據(jù)Acumen research and condulting預(yù)測，2020-2026年全球ALD設(shè)備市場將從約20億美元提升至32億美元。但由于ALD沉積過程不連續(xù)，在沉積速率等方面不如其他CVD工藝，因此目前僅用于一些新的增量環(huán)節(jié)，在成熟工藝環(huán)節(jié)暫時(shí)無法替代如LPCVD、PECVD等工藝。

薄膜沉積設(shè)備市場主要被海外大廠壟斷，市場集中度較高。薄膜設(shè)備壁壘較高，疊加海外公司布局較早，因此全球市場主要被AMAT、LAM、TEL等幾家壟斷，國產(chǎn)化率不足5%。在PVD市場，AMAT是絕對龍頭；在CVD市場，AMAT、LAM、TEL三家?guī)缀跗椒智锷?；在ALD市場，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的主要為TEL和ASM。

①AMAT：是全球PVD設(shè)備絕對龍頭，在全球PVD市場份額高達(dá)85%；在CVD設(shè)備領(lǐng)域布局完善，全球份額達(dá)30%，覆蓋LPCVD、PECVD、ALD、ECD、EPI、HDP-CVD、FCVD等主流工藝，產(chǎn)品尤其在低k介質(zhì)等先進(jìn)薄膜領(lǐng)域表現(xiàn)出色；

②LAM：并購諾發(fā)強(qiáng)化CVD設(shè)備布局，全球份額達(dá)21%。PECVD、ALD等CVD設(shè)備覆蓋的介質(zhì)薄膜及工藝種類齊全，在ECD電鍍領(lǐng)域全球一家獨(dú)大；

③TEL：PVD/CVD設(shè)備特色布局，覆蓋PVD、LPCVD、PECVD、M-CVD、ALD等設(shè)備；TEL在ALD市場有獨(dú)特競爭優(yōu)勢，全球份額高達(dá)31%，在DRAM電容領(lǐng)域，全球僅TEL和KE(日立電氣)實(shí)現(xiàn)了用ALD工藝沉積High-K介質(zhì)層；

④ASM：產(chǎn)品包括LPCVD/PECVD/EPI/ALD，在ALD設(shè)備全球市場份額達(dá)29%，是全球唯一實(shí)現(xiàn)用ALD工藝沉積高k金屬柵極產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的廠商。

投資建議：1)薄膜沉積設(shè)備是半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域較為優(yōu)質(zhì)的投資賽道。①市場空間大：2021年市場空間超200億美元，僅次于刻蝕設(shè)備，行業(yè)規(guī)模是清洗、離子注入和涂膠顯影等其他設(shè)備的數(shù)倍；②技術(shù)壁壘高：薄膜種類繁多，同時(shí)工藝復(fù)雜，薄膜沉積設(shè)備需要覆蓋多種不同種類和性能的薄膜，行業(yè)門檻較高；③當(dāng)前國產(chǎn)化率較低：2021年薄膜沉積設(shè)備國產(chǎn)化率僅為5%左右，相較刻蝕(15-20%)，前道清洗(30%+)，還有很大國產(chǎn)替代空間。

2)國內(nèi)晶圓產(chǎn)線產(chǎn)能增速預(yù)計(jì)超過行業(yè)平均，國內(nèi)薄膜沉積設(shè)備廠商差異化布局。建議關(guān)注拓荊科技(688072.SH)、北方華創(chuàng)(002371.SZ)、中微公司(688012.SH)、盛美上海(688082.SH)、微導(dǎo)納米等。

①拓荊科技：國內(nèi)CVD設(shè)備龍頭，產(chǎn)品覆蓋PECVD/ALD/SACVD三大類，其中PECVD設(shè)備覆蓋28nm以上全介質(zhì)薄膜，PE-ALD和SACVD實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用并持續(xù)導(dǎo)入驗(yàn)證，Thermal-ALD新品正在研發(fā)。截至21Q3，拓荊在手訂單超15億元，產(chǎn)品在邏輯產(chǎn)線不斷放量、在存儲(chǔ)產(chǎn)線份額穩(wěn)步提升，展望2022/2023年具備較強(qiáng)增長動(dòng)力；

②北方華創(chuàng)：國內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備平臺(tái)化龍頭，產(chǎn)品覆蓋PVD/LPCVD/PECVD/ALD/EPI等領(lǐng)域。公司PVD設(shè)備在國內(nèi)市場份額第一，在Harmask、CuBS、Al pad等領(lǐng)域具備較強(qiáng)競爭優(yōu)勢；LPCVD/PECVD主要用于光伏領(lǐng)域，前道IC設(shè)備也在加速導(dǎo)入中；Thermal-ALD在28nm節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，PE-ALD新品正在驗(yàn)證；

③中微公司：在全球GaN LED用MOCVD設(shè)備份額高達(dá)60%以上，2021年Mini LED MOCVD設(shè)備新簽大規(guī)模訂單，有望貢獻(xiàn)2022全年收入增長。公司用于鎢填充的LPCVD設(shè)備驗(yàn)證取得階段性進(jìn)展，同時(shí)組建EPI研發(fā)團(tuán)隊(duì)；

④盛美上海：全球少數(shù)實(shí)現(xiàn)前道電鍍設(shè)備產(chǎn)業(yè)化的公司，逐步打破LAM壟斷，前道銅互連電鍍技術(shù)覆蓋20-14nm節(jié)點(diǎn)。公司LPCVD實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)，其他CVD設(shè)備加速研發(fā)；

⑤微導(dǎo)納米：以ALD技術(shù)為核心，Thermal-ALD實(shí)現(xiàn)了在高k柵氧化層工藝上的突破與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，面向FeRAM的Thermal-ALD和第三代化合物半導(dǎo)體的PE-ALD正在產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證。