半导体行业深度专题之十二：薄膜沉积设备篇，工艺升级提升薄膜设备需求，国内厂商差异化布局加速国产化进程

敬请阅读末页的重要说明 证券研究报告 | 行业深度报告 2022 年 05 月 28 日 推荐（维持） 半导体行业深度专题之十二—薄膜沉积设备篇 TMT 及中小盘/电子 本篇报告通过对逻辑、存储芯片的微观结构拆分展示了薄膜结构的种类多样性、工艺复杂性以及多款设备相互补充等特性，并从制程推进、多层趋势、工艺迭代等维度论述了薄膜沉积设备行业的成长性。薄膜沉积设备与光刻、刻蚀并列作为 IC 前道制造三大主设备之一，全球市场空间超过 200 亿美元，当前国产化率不足 5%，国内相关设备公司加速差异化布局，具备较强成长属性。 ❑ 薄膜沉积和光刻、刻蚀并列作为芯片前道制造三大核心工艺，不同工艺应用场景所需薄膜种类繁多。薄膜沉积设备和光刻、刻蚀设备并列为前道制造三大主设备之一，从 Gartner 公布的 2021 年全球半导体设备市场占比来看，刻蚀/薄膜沉积/光刻分别占比 30%/25%/23%。薄膜沉积作用是在芯片纳米级结构中逐层堆叠薄膜形成电路结构，包括半导体、介质、金属/金属化合物三大类。在前道制造过程中，自下而上分别通过浅槽隔离、栅极等前段工艺，钨栓塞、金属前介质层等中段工艺，金属层间介质、金属层等后段工艺形成不同模块，最后构筑成芯片的 3D 结构。由于十余种模块工艺需要数层至数十层不同薄膜堆叠，而每层薄膜的特性、沉积材料、薄膜种类等均有很大差异，薄膜沉积设备需要满足不同薄膜的工艺要求，因此具备较高行业壁垒。 ❑ 薄膜呈现种类多样性和工艺复杂性，不同工艺环节需要物理/化学等不同沉积设备相互补充。不同薄膜沉积时反应的原理不同，因此薄膜沉积设备的技术原理也不同，沉积过程需要物理（PVD）、化学（CVD）、原子层沉积（ALD）等设备相互补充，每类设备也包括多种细分子类，以满足不同应用场景需求。1）PVD：通过真空蒸镀和溅射等物理方法沉积金属或金属化合物薄膜，应用最广泛的 PVD 是磁控溅射和离子化 PVD，主要用于后段金属互连层、阻挡层、硬掩膜、焊盘等工艺；2）CVD：通过不同气体间化学反应沉积半导体和介质薄膜，部分工艺也可以沉积金属/金属化合物薄膜，主要用于前段的栅氧化层、侧墙、PMD 及后段的 IMD、阻挡层、钝化层等工艺。CVD 按反应压强和前驱体等不同主要分为 APCVD、LPCVD、PECVD等，每一代设备随薄膜性能越来越高的要求而迭代，目前 PECVD 应用最广泛；3）ALD：用于低 k/高 k 介质沉积、高深宽比沟槽填充、双重曝光工艺等，主要满足新兴薄膜/工艺需求。另外，在一些特定的沟槽填充场景，需要HDP-CVD、SACVD、FCVD 等设备作为补充；在某些金属/金属氧化物薄膜沉积过程中，也需要电镀、M-CVD 等方法作为补充。 ❑ 全球薄膜沉积设备市场空间超 200 亿美元，制程升级/多层趋势+新兴工艺驱动 市 场 增 长 。 2021 年全 球 薄 膜 沉 积 设 备 市场空 间 超 200 亿 美 元，PECVD/PVD/ALD 占比分别为 33%/19%/11%，大陆市场超 45 亿美元，占比约 25%。薄膜沉积设备市场增长主要由制程升级/多层趋势及新工艺驱动：1）制程升级/多层趋势带动设备需求量：在逻辑芯片中，制程进步带来工序步骤和薄膜层数增多，工序步骤从 90nm 的 40 步提升至 3nm 的 100步，金属层数从 90nm 的 7 层提升至 5nm 的 14 层，制程从 180nm 进步到90nm 过程中，同样产能需要的薄膜设备数量翻倍；在存储芯片中，高深宽比结构以及存储层数堆叠带来薄膜沉积设备需求增大；2）新工艺拓宽应用场景：在栅极从多晶硅栅（Poly-SiON）向 HKMG 结构转变、存储结构深宽比越来越高、金属互连阻挡层薄膜越来越薄等过程中，以及多重曝光等新工艺中，传统的 LPCVD/PECVD 等沉积方法沉积效果有限，需要 ALD 工艺来沉积性能更好的薄膜并满足高深宽比等需求，在 28nm 以下 FinFET/GAA 结构中，仅有 ALD 工艺能够满足复杂栅极结构中薄膜沉积要求。根据Acumen research and condulting 预测，2020-2026 年全球 ALD 设备市场将从约 20 亿美元提升至 32 亿美元。但由于 ALD 沉积过程不连续，在沉积速率等方面不如其他 CVD 工艺，因此目前仅用于一些新的增量环节，在 行业规模 占比% 股票家数（只） 411 8.7 总市值（亿元） 60715 8.0 流通市值（亿元） 44728 7.0 行业指数 % 1m 6m 12m 绝对表现 14.3 -33.0 -12.4 相对表现 8.8 -15.1 12.5 资料来源：公司数据、招商证券 相关报告 1、《半导体行业深度专题之五：半导体设 备和 材料 的国 产化 机遇》2016-05-25 2、《半导体行业深度跟踪报告：多维数据框架详解半导体产业链景气趋势》2021-03-01 3、《中微公司（688012）深度报告—ICP 开启刻蚀第二成长曲线，内生外延打造泛半导体平台》2021-08-26 4、《北方华创（002371）深度报告—国产设备龙头，深度受益下游加速扩产和国产化稳步提升》2021-11-01 5、《盛美上海（688082）新股分析—国内清洗设备龙头，多产品线布局建立平台化优势》2021-11-10 鄢凡 S1090511060002 yanfan@cmschina.com.cn 曹辉 S1090521060001 caohui@cmschina.com.cn -40-2002040May/21Sep/21Jan/22May/22(%)电子沪深300工艺升级提升薄膜设备需求，国内厂商差异化布局加速国产化进程 敬请阅读末页的重要说明 2 行业深度报告 成熟工艺环节暂时无法替代如 LPCVD、PECVD 等工艺。 ❑ 薄膜沉积设备市场主要被海外大厂垄断，市场集中度较高。薄膜设备壁垒较高，叠加海外公司布局较早，因此全球市场主要被 AMAT、LAM、TEL 等几家垄断，国产化率不足 5%。在 PVD 市场，AMAT 是绝对龙头；在 CVD 市场，AMAT、LAM、TEL 三家几乎平分秋色；在 ALD 市场，实现产业化应用的主要为 TEL 和 ASM。①AMAT：是全球 PVD 设备绝对龙头，在全球PVD 市场份额高达 85%；在 CVD 设备领域布局完善，全球份额达 30%，覆盖 LPCVD、PECVD、ALD、ECD、EPI、HDP-CVD、FCVD 等主流工艺，产品尤其在低 k 介质等先进薄膜领域表现出色；②LAM：并购诺发强化CVD 设备布局，全球份额达 21%。PECVD、ALD 等 CVD 设备覆盖的介质薄膜及工艺种类齐全，在 ECD 电镀领域全球一家独大；③TEL：PVD/CVD设备特色布局，覆盖 PVD、LPCVD、PECVD、M-CVD、ALD 等设备；TEL在 ALD 市场有独特竞争优势，全球份额高达 31%，在 DRAM 电容领域，全球仅 TEL 和 KE（日立电气）实现了用 ALD 工艺沉积 High-K 介质层；④ASM：产品包