智能制造行业全景图半导体设备篇2019

演讲标题——2019年XX行业中期策略报告智能制造行业全景图——半导体设备篇平安证券股份有限公司2019年10月17日证券分析师胡小禹投资咨询资格编号：S1060518090003吴文成一般从业资格编号：S1060117080013邮箱：[e-mail]证券研究报告请务必阅读正文后免责条款要点总结我国半导体设备市场空间大，增长动力强劲。半导体设备主要用于半导体制造和封测流程，分为晶圆加工设备（核心为光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备）、封装设备和检测设备。2018年全球半导体设备市场达到645.5亿美元，其中大陆市场为131.1亿美元，占比20%，是全球第二大市场。随着半导体产能向大陆转移、制程和硅片尺寸升级、政策的大力支持，大陆半导体设备增长强劲。2018年大陆半导体设备增速为46%，远高于全球的14%，是全球市场增长的主要动力。全球竞争格局集中，国产替代加速。全球半导体设备竞争格局高度集中（CR5占比75%）、龙头企业收入体量大（营收超过百亿美元）、产品布局丰富。相比而言，国内设备公司体量较小、产品线相对单一。在“02专项”等政策的推动下，大陆晶圆厂设备自制率提升意愿强烈，国内设备公司迎来了国产替代的关键机遇。目前，在刻蚀设备、薄膜沉积设备、清洗设备、检测设备等领域，国内企业正奋力追赶并取得了一定的成绩。技术突破由易到难，最终实现弯道超车。我们认为：1.清洗设备、后道检测设备有望率先突破，建议关注长川科技、至纯科技、盛美半导体、华峰测控（科创板拟上市公司）等。2.晶圆加工核心设备技术难度高，但在国家大力支持与企业持续不断的研发投入下，具备研发实力的公司一旦突破核心技术，有望享受到巨大的市场红利，建议关注中微公司、北方华创、芯源微（科创板拟上市公司）等。2半导体设备产业链全景图资料来源：SEMI、各公司官网，平安证券研究所，红色字体为国内公司氧化光刻刻蚀离子注入物理气相沉积晶圆检测化学气相沉积多次清洗抛光IC设计IC制造IC封测涂胶电路设计图形设计设计验证逻辑设计氧化炉应用材料日本日立东京电子北方华创屹唐半导体涂胶显影设备东京电子迪恩士苏斯微芯源微光刻机ASML日本尼康日本佳能上海微电子刻蚀机拉姆研究东京电子应用材料中微公司北方华创离子注入机应用材料美国Axcelies凯世通中科信PVD设备应用材料日本Evatec日本Ulvac北方华创CVD设备应用材料拉姆研究东京电子北方华创沈阳拓荆CMP设备应用材料日本Evatec华海清科电科装备45所质量检测设备科磊半导体应用材料日本日立上海睿励上海微电子上海精测电学检测设备泰瑞达爱德万东京电子长川科技华峰测控上海中艺清洗设备迪恩士东京电子拉姆研究北方华创盛美半导体至纯科技装片焊线封装切割成品检测3目录CONTENTS行业总览投资要点风险提示竞争格局市场空间4超八成半导体产品是集成电路超八成半导体产品是集成电路半导体产品主要分为4类：光电器件指利用半导体光生伏特效应工作的光电池和半导体发光器等。半导体传感器指利用半导体材料特性制成的传感器。分立器件指具有单一功能的电路元器件。集成电路指把基本电路元器件制作在晶片上然后封装起来，形成具有一定功能的单元。资料来源：SEMI，全球半导体贸易统计组织，平安证券研究所2018年全球半导体销售额高达4688亿美元，其中集成电路销售额3933亿美元，占比84%。集成电路是半导体最主要、技术难度最高的产品。分立器件5%光电器件8%传感器3%模拟电路13%微处理器14%逻辑电路23%存储器34%集成电路84%半导体产品介绍2018年全球半导体产品构成5半导体产业链分解半导体产业链分解半导体生产主要分为设计、制造、封测三大流程，同时需要用到半导体材料和设备。设计：即按照功能要求设计出所需要的电路图，最终的输出结果是掩膜版图。制造：将设计好的电路图转移到硅片等衬底材料上的环节。封测：半导体封装指制造与检测工作完成之后，产品将从硅片或其他衬底上分离出来并装配到最终电路管壳中，引入接线端子，并通过绝缘介质固定保护，构成一体化结构的工艺技术。半导体产业链资料来源：SEMI，各公司公告，平安证券研究所，金额为我国相关产业2018年产值设计2500亿元制造1800亿元封测2200亿元台积电、格罗方德、中芯国际、联电、华立微电子设备材料日月光、艾克尔、长电科技、通富微电、天水华天IDM高通、联发科、英伟达、华为海思、紫光展讯三星、英特尔光刻机PVD设备CVD设备检测设备清洗设备刻蚀机等硅片靶材光刻胶抛光材料光罩等ASML、应用材料、拉姆研究信越化学、江丰电子、SUMCO6我国集成电路进口额超过原油和汽车我国集成电路缺口巨大2017年我国集成电路供给量约为302亿美元，需求量为1030亿美元，自制率仅为29%，集成电路缺口巨大。资料来源：wind，平安证券研究所从进出口来看，2018年我国集成电路进口3121亿美元，出口846亿美元，贸易逆差高达2275亿美元。近年来，我国集成电路进口金额超过原油、汽车整车和汽车零部件。05001,0001,5002,0002,5003,0003,500进口金额（亿美元）出口金额（亿美元）我国集成电路连年逆差05001,0001,5002,0002,5003,0003,500集成电路(亿美元）原油(亿美元）汽车零件(亿美元）汽车整车(包含底盘进口，亿美元）我国集成电路进口额超过原油和汽车由于集成电路巨大的缺口以及贸易逆差，我国发展集成电路产业的需求非常迫切，半导体设备行业迎来机遇。7半导体制造工艺及对应设备半导体制造流程及主要设备半导体领域中，集成电路运用最广泛、占比最高、技术难度最大。本篇报告将主要围绕集成电路制造工艺和相关设备展开。半导体设备主要运用于集成电路的制造和封测两个流程，分为晶圆加工设备、检测设备和封装设备，以晶圆加工设备为主。检测设备在晶圆加工环节（前道检测）和封测环节（后道检测）均有使用。半导体制造流程及对应设备资料来源：长川科技招股说明书，平安证券研究所晶圆加工流程包括氧化、光刻和刻蚀、离子注入和退火、气相沉积和电镀、化学机械研磨、晶圆检测。所用设备包括氧化/扩散炉、光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉积设备（PVD和CVD）、检测设备等。氧化光刻刻蚀离子注入物理气相沉积晶圆检测化学气相沉积氧化炉刻蚀机离子注入机PVD设备测试机探针台CVD设备光刻机机械抛光CMP设备8半导体制造工艺复杂芯片制造工艺资料来源：中芯国际，平安证券研究所步骤主要功能晶圆表面绝缘：氧化芯片制造的第一步是对晶圆表面进行氧化，形成一层绝缘层，一是可做后期工艺的辅助层，二是协助隔离电学器件，防止短路。设计图形转移：光刻和刻蚀把氧化后的晶圆表面旋涂一层光刻胶，随后对其进行曝光，再通过显影把电路图形显现出来，光刻层数多达几十层，每一层之间的校准必须非常明确，接下来进行刻蚀，用化学腐蚀反应的方式，或用等离子体轰击晶圆表面的方式，光刻胶覆盖的位置被保护，没有被覆盖的位置被刻蚀，形成凹陷，实现电路图形的转移。离子注入、退火：激活晶体电性离子注入就是把杂质离子轰进半导体晶格中，使得晶格中的原子排列混乱或者成为非晶区，退火是将离子注入后的半导体放在一定温度下进行加热，恢复晶体的结构消除缺陷，从而激活半导体材料的不同电学性能。形成金属连线或绝缘层：气相沉积、电镀物理气相沉积用于形成各种金属层，连通不同的器件和电路，以便进行逻辑和模拟计算；化学气相沉积用于形成不同金属层之间的绝缘层。电镀则专用于生长铜连线金属层。结构层表面平整：化学机械研磨每个结构层完成后用化学腐蚀和机械研磨相结合的方式对晶圆表面进行磨抛，实现表面平坦化。后期处理最后，晶圆再经过背面减短、切片、封装、检测，一个完整的芯片产品制备完成。重复流程芯片制造的主要步骤需要循环反复几十次甚至上百次。9目录CONTENTS行业总览投资要点风险提示竞争格局市场空间10行业驱动力——政策大力支持2014年工信部提出设立国家产业投资基金（大基金），通过股权入股形式进行投资，不干预原有公司的正常经营，重点支持集成电路制造环节，兼顾设计、封装测试、装备、材料等环节，推动相关企业提升产能以及实行兼并重组，提升公司竞争力。资料来源：企信宝，平安证券研究所大基金入股提供资金支持集成电路是技术密集和资本密集的产业，大基金的入股有效缓解了国内集成电路企业的资金压力，助推企业发展。大基金主要投资方向及相关公司截至2019年9月底，大基金已对外投资70余家公司，设备领域包括北方华创、沈阳拓荆、中微公司、万业企业（凯世通）、上海精测等。IC设计IC制造半导体设备半导体材料紫光展讯国科微兆易创新汇顶科技瑞芯微电子纳思达沈阳拓荆长川科技北方华创世纪金光安集微电子江苏鑫华中巨芯德邦科技上海新昇中芯国际华力集成士兰微北京燕东长江存储华虹长电科技通富微电晶方科技华天科技中微公司上海精测万业企业IC封测11行业驱动力——全球半导体产能向大陆转移回顾历史，全球半导体产业发展经历过由美国向日本、向韩国和中国台湾地区几轮转移，未来几年预计将大面积向大陆转移。资料来源：sohu、SEMI，平安证券研究所全球半导体产能向大陆转移晶圆厂投资总金额中，设备投资占比70%-80%，基建和洁净室投资占比20%-30%。我们统计了目前在建的8寸和12寸晶圆厂，总投资金额超过900亿美元，按照70%的比例测算，累计的相关设备投资超过630亿美元。根据SEMI统计，大陆未来几年将建成26座晶圆厂，大陆集成电路设备将迎来需求爆发增长期，国产设备企业有机会把握本轮投资高峰期，提升市场影响力。全球半导体产业区域转移发展历程美国一直霸占全球半导体产业第一名的地位日本凭借存储器产业的成功，于1986年成为全球最大的半导体生产国。随后，开始走下坡路。韩国在存储器产业超越日本。中国台湾凭借创新的代工厂模式跻身全球领先地位。受益于PC和智能手机的普及，大陆成为全球电子制造中心，大陆半导体产业开始加速发展。半导体产业向大陆转移的趋势加强。20世纪80年代20世纪90年代21世纪之后20世纪80年之前技术创新、先发优势大型工业级电脑存储器市场快速增长个人电脑存储器市场爆发增长台湾开创了垂直分工模式智能手机市场快速增长12行业驱动力——技术升级带来半导体设备巨大需求摩尔定律指出，当价格不变时，集成电路上可接纳的元器件数目，每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。摩尔定律推动集成电路线宽的缩小，目前国际一流代工厂台积电已经量产7nm芯片，并在积极研发5nm和2nm制程，国内代工厂最先进的制程为28nm。资料来源：计算机科学，平安证券研究所技术升级带来设备巨大需求半导体技术升级快，常表现为“一代技术、一代设备”。技术升级同样会带来设备的巨大需求。摩尔定律推动微处理器的芯片面积持续缩减晶圆技术升级两大方向此外，硅片的尺寸也在变大，从1980s的6英寸升级为2000s的12英寸，未来还将朝着18英寸发展。制程越小晶体管越小相同面积上的元器件越多性能越高产品越好硅片直径越大硅片面积越大单个晶圆上芯片数量越多效率越高成本越低13行业驱动力——政策大力支持2018年之后，受中美贸易冲突事件的刺激，我国发展集成电路产业之心更加坚决。在政策扶持下，我国集成电路无论是代工厂和存储器的建设力度将会加强，带来设备需求。资料来源：长川科技招股说明书、政府网站整理，平安证券研究所政策大力支持政策大力支持我国集成电路产业发展我国集成电路产业相对落后的局面早已受到国家的高度关注，近些年国家出台一系列政策支持集成电路产业发展。这些政策通过集中研发、政府补助、税收优惠、培养人才、股权投资等多方面支持集成电路产业发展。时间政策相关内容2012年《集成电路产业“十二五”发展规划》到“十二五”末，产业规模再翻一番，关键技术和产品取得突破性进展。2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》到2020年，集成电路全行业销售收入年均增速超过20%，16/14nm制造工艺实现规模量产，并设立国家集成电路产业投资基金(简称大基金)。2015年《中