2022年半导体设备行业市场规模及发展趋势分析.docx

2022年半导体设备行业市场规模及发展趋势分析一、半导体设备核心赛道，市场规模持续增长1、三大核心制造工艺之一，价值占比高半导体设备为芯片制造工艺适配的专用设备，是半导体产业链中重要的支撑环节。根据 SEMI 的数据统计，设备投资占晶圆建设投资的 80%左右，工程投资-洁净室环境等约占 20%，进一步拆分，应用于集成电路领域的设备通常可分为前道工艺设备（晶圆/制造） 和后道工艺设备（封装测试）两大类，其中晶圆制造设备分为氧化/扩散、光刻、刻蚀、 离子注入、薄膜生长、清洗与抛光、金属化等七大类，其合计投资总额通常占整个晶圆 厂设备投资总额的 80%左右，价值量较高。全球半导体设备行业销售额再创新高。半导体专用设备市场与半导体产业景气状况紧密 相关，根据日本半导体制造装置协会和 SEMI 数据，2019 年受全球宏观经济低迷影响， 半导体行业景气度呈现先低后高，全球半导体设备销售额同比-7%至 597.5 亿美元，随着 半导体行业周期性复苏叠加 AIOT 和汽车电子等新兴需求拉升，2020 年市场逐步回暖至 712 亿美元，2021 年再度高增 44%至 1026 亿美元，创历史新高，中国大陆地区稳居最大市场，销售额增长 58%达到 296 亿美元，连续第四年增长。薄膜沉积是在半导体制造过程中构造晶体管的关键一步。薄膜沉积是在衬底上形成并沉 积薄膜涂层的过程，这些涂层可以由包括金属、氧化物、化合物等在内的许多不同的材 料制成，薄膜涂层具有许多不同的特性，可用来改变或改善衬底的性能，如阻挡污染物 和杂质渗透、增加或减少导电性/信号传输、提高吸光率等。可用于沉积过程的技术包括 化学气相沉积 （CVD）、原子层沉积 （ALD） 和物理气相沉积 （PVD）以及外延技术。2、细分品类众多，市场高度垄断在不同制程和功能需求的驱动下，各大类沉积方法逐渐衍生出了多种技术。如化学气相 沉积（CVD）中，有针对更细致制程划分的 APCVD、LPCVD、PECVD、HDPCVD、FCVD 等；物理气相沉积（PVD）则包括溅射 PVD 和蒸镀 PVD。Maximize Market Research 数据显示，2017 年至 2020 年全球半导体薄膜沉积设备市场规 模由 125 亿美元增长至约 172 亿美元，复合增速约为 11.2%。根据 Gartner 统计的细分种 类市场份额数据，CVD 约占 66%，PVD 约占 23%，ALD 约占 11%。公司主要从事 CVD 设备的研发和销售，根据 Mordor intelligence 调查统计，2021 年全球半导体 CVD 设备市 场约为 119 亿美元，预计至 2027 年市场规模将达到 212 亿美元，复合增长率为 8.8%。ALD 设备在 28nm 及以下节点制程逻辑芯片、DRAM、3D NAND 以及新型存储器、新型 应用市场中的应用需求越来越大。ALD 技术拥有优越的台阶覆盖率和精确的膜厚控制能 力，能够较好地满足线宽制程不断缩小以及 3D 立体化等技术演进中，工艺对于薄膜沉 积在超薄、三维共形性、成膜质量等方面的更高要求。根据调查机构 Acumen research and consulting 预测数据，随着半导体先进制程产能快速增长，预计 2026 年全球 ALD 设备市 场规模约为 32 亿美元。薄膜沉积设备行业呈现出高度垄断的竞争格局。各细分赛道基本由应用材料、泛林半导 体、东京电子、先晶半导体等国际巨头垄断。根据 Gartner 数据显示，2020 年全球 CVD 市场中排名前五的供应商分别为应用材料（28%）、泛林半导体（25%）、东京电子（17%）、 先晶半导体（11%）、Kokusai（8%）；全球 ALD 市场中排名领先的供应商分别为东京电 子（29%）和先晶半导体（26%），剩下 46%的份额由其他厂商占据；而应用材料（AMAT） 则基本垄断了 PVD 市场，占 85%的比重，处于绝对龙头地位。3、平台型半导体设备，对各式沉积薄膜的理解是重要 know-how由于半导体制造对于薄膜的材料、特性需求不同，各类薄膜沉积设备因其技术特点差异， 各自满足适合的应用领域，彼此之间不存在明显的替代关系，因此即便用 PECVD 原理 的薄膜沉积设备占总规模的 1/3，但该类别下针对不同产品、不同性能需求而适配的不同膜材决定了这一市场绝非依靠爆品致胜，而更多凭借的是厂商对膜材覆盖的广度和深度。以设备反应源为例，主要分为是液态源和气态源两种，前者主要使用 TEOS 和 SiO2，后 者主要为硅烷和笑气，而公司目前开发的 APF（Advanced pattern films）气态源创新性地 使用了丙烯和乙炔，每一种材质对应的设备参数和技术要求都需要投入大量的研究和开 发。而在 3D NAND 领域，对于薄膜沉积又提出了一些新的技术需求，在制造工艺推进 中越往后沉积，因膜的堆叠导致晶圆四周翘起呈现碗状的现象越普遍，极大地影响了芯 片性能和成品率，通过加装 E-chuck 装置创建独特的分离晶圆接触表面层，可以解决翘 曲问题，让薄膜完好吸附，达到沉积平整化的效果。应用材料和泛林半导体在薄膜沉积 市场布局多年，膜材覆盖全面，性能完善，在特定技术应用方面也具有多年成功实践经 验，公司在国内厂商中技术最为全面，其中关键的 E-chuck 技术也于 2021 年获得大客户 认可，加装该技术的设备通过产线验证，量产订单可期。二、高景气叠加国产替代，半导体设备行业天花板不断打开1、半导体投资热情不减，设备市场持续受益资本开支是设备销售的重要先导指标。根据 IC Insights 数据，全球半导体行业资本开支 在 2021 年同比大涨 36%至 1536 亿美元，创历史新高，随着数字转型的加速，全球经济 出现了强劲反弹，对半导体元件的需求也在增加，受限于疫情期间许多供应链紧张或断 裂，电子产业应对强劲需求准备不足，这些均推动了大多数晶圆厂产能利用率远高于 90% （甚至超过 100%）。凭借强劲的产能利用率和持续高需求的预期，IC Insights 预计 2022 年的半导体行业资本支出总额继续增长 24%至 1904 亿美元。晶圆厂的扩产计划将是重要的推手。全球主要代工厂和 IDM 均公布了 2022 年资本开支 计划，其中台积电、三星、英特尔分别将投资 400、400、250 亿美元以上，大幅提振相 关设备市场的销售情绪。中国大陆晶圆厂规划产能空间大，国产半导体设备行业持续受益。2019 年以来，华虹半 导体（无锡）项目、广州粤芯半导体项目、长鑫存储 DRAM 项目均正式投产。2020 年 以来，国内包括长江存储、广州粤芯、上海积塔、中芯南方、士兰微（厦门）、广东海芯 项目等产线也取得新进展，根据集邦咨询、Semi 及各公司官网等公开的资料整理，截止 2021 年底中国大陆内资晶圆厂（含 IDM）12 寸产能约 70 万片/月，远期规划产能约 250 万片/月，国内半导体设备行业将持续受益。2、技术端多重因素驱动，薄膜沉积设备需求持续提升芯片制程升级带动薄膜沉积工序、薄膜种类不断增加。以逻辑芯片为例，90nm CMOS 工艺大约需要 40 道薄膜沉积工序，而在 3nm FinFET 工艺产线，对薄膜沉积工序的需求 超过了 100 道，涉及的薄膜材料由 6 种增加到近 20 种，对于薄膜颗粒的要求也由微米级 提高到纳米级。先进制程驱动设备用量提升。随着全球半导体产线制程升级，晶圆厂对薄膜沉积设备数 量和性能的需求将持续提升，在实现相同芯片制造产能的情况下，制程越先进，对薄膜 沉积设备的需求量也将相应增加。以中芯国际晶圆产线薄膜沉积设备用量为例，根据公 司招股书披露，180nm 8 寸晶圆产线对于 CVD 和 PVD 的需求量分别为 9.9 和 4.8 台/万片 月产能，而在其 90nm 12 寸的晶圆产线上，需求量分别提升至 42 和 24 台/万片月产能。在 NAND FLASH 芯片市场，主流制造工艺已由 2D 发展为 3D 结构，这一趋势增加了薄 膜沉积设备的用量需求。根据东京电子数据，薄膜沉积设备在 FLASH 芯片产线资本开 支中的占比由 2D 时代的 18%增长至 3D 时代的 26%，在各大类半导体制造设备中提升 幅度仅次于刻蚀。未来随着 3D NAND FLASH 层数的增加，对于薄膜沉积设备需求提升 的趋势仍将延续。3、大陆市场欣欣向荣，国产替代势在必行中国大陆市场广阔，亟待国产厂商突破。通过对 Semi、IC Insights、CSIA、集邦咨询以 及 Knometa 的数据进行分析，2021 年中国大陆在半导体设计、制造、设备方面的市场需 求占全球比重分别为 38%、16%和 29%，而本土企业占全球比重分别为 9%、9%和 20.5% （出货量口径，销售额口径下会低于这一数值），国产化空间较大。同时，根据 CSIA 与 IC Insights 数据，2010 年前后、2016 年前后和 2017 年前后，中国 IC 封测、IC 制造、IC 设计市场占全球市场的份额先后突破 25%，2019 年前后国内半导体设备市场突破 25%市 占率线，需求拉动供给，中国本土产业链配套有望加速。地缘政治格局紧张、新冠疫情不确定性等加剧半导体供应短缺，凸显供应链安全重要性。 作为前道制造三大核心设备之一，国产薄膜沉积设备近年来崭露头角，沈阳拓荆的 PECVD，北方华创的 LPCVD，均已通过主流晶圆代工厂验证，开始进行批量生产交付。