2022年半导体设备行业市场规模及发展趋势分析.docx

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1、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

2、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

3、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 Researc

4、h 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

5、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

6、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

7、、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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。