半导体设备国产替代进程分析.docx
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半导体设备国产替代进程分析.docx
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半导体设备国产替代进程分析
内容目录
一、中芯国际上市,加速设备国产替代进程5
二、设备市场:
大陆需求快速增长,国产替代提速6
2.1全球设备市场回暖,受益于制程进步、产能投放6
2.2前道设备占主要部分,测试需求增速最快10
2.3全球市场受海外厂商误导,前五大厂商市占率较高12
2.4国内需求爆发,国产替代进展加速14
三、光刻机:
半导体制程工艺核心环节,将掩膜板图形缩小16
四、涂胶显影:
与光刻机配合,实现图形转移19
五、刻蚀设备:
等离子刻蚀复杂程度高,且步骤逐渐增加23
六、薄膜设备:
用于沉积物质,在设备市场占比较高28
七、清洗设备:
去除晶圆片表面杂质,各制程前后均需使用30
八、掺杂设备:
改变表层电导率/形成PN结,实现器件30
九、氧化形成器件,快速退火修复晶格32
十、过程控制:
制造过程的准确性检测33
十一:
测试设备:
用于测试晶圆片及成品36
十二、投资建议38
十三、风险提示38
图表目录
图表1:
募集资金用途(单位:
万元)5
图表2:
中芯国际重要的产业链地位5
图表3:
中芯国际一站式的解决方案5
图表4:
中国“芯”阵列6
图表5:
全球半导体设备销售额(十亿美元)7
图表6:
全球半导体设备销售额(十亿美元)7
图表7:
半导体设备市场增速周期性7
图表8:
海外半导体设备龙头营业收入增速跟踪8
图表9:
海外半导体设备龙头GAAP净利润(百万美元)8
图表10:
晶圆代工企业资本开支(百万美元)9
图表11:
全球半导体资本开资(百万美元)9
图表12:
100K产能对应投资额要求(亿美元)10
图表13:
半导体制造领域典型资本开支分布10
图表14:
全球半导体设备按工艺流程划分(百万美元)11
图表15:
全球半导体前道设备划分(百万美元)11
图表16:
全球半导体测试设备划分(百万美元)12
图表17:
集成电路前道工艺对应设备12
图表18:
AMAT、LAM、TEL主导大部分前道工艺13
图表19:
全球半导体设备厂商排名(百万美元)13
图表20:
五大设备厂商行业格局(百万美元)13
图表21:
国内晶圆厂投资规模(亿元)14
图表22:
国产设备替代进程15
图表23:
全球晶圆厂资本开支(百万美元)15
图表24:
国内晶圆厂内资投资需求(亿元)16
图表25:
国内晶设备厂商空间测算(亿元)16
图表26:
光刻机技术特点17
图表27:
光刻机技术路径17
图表28:
光刻机技术示意图17
图表29:
EUV目标市场范围18
图表30:
Foundry和DRAM精度仍然会不断提升18
图表31:
两次技术分水岭奠定光刻机格局19
图表32:
光刻工艺流程20
图表33:
半导体图案转移关键步骤20
图表34:
光刻胶原理21
图表35:
光刻胶市场规模21
图表36:
光刻胶生产企业21
图表37:
涂胶显影市场(百万美元)22
图表38:
涂胶显影市场格局22
图表39:
去胶机市场(百万美元)23
图表40:
刻蚀工艺分类24
图表41:
刻蚀类别25
图表42:
刻蚀设备步骤增加25
图表43:
刻蚀市场主要驱动力将来自于存储26
图表44:
多重成像技术26
图表45:
刻蚀步骤逐渐增加27
图表46:
干法刻蚀市场(百万美元)27
图表47:
刻蚀在晶圆设备市场比重提升27
图表48:
薄膜设备分类28
图表49:
CVD、PVD占晶圆设备比28
图表50:
典型CVD工艺流程29
图表51:
2018年沉积设备市场结构(百万美元)29
图表52:
清洗原理30
图表53:
清洗环节30
图表54:
扩散与离子注入31
图表55:
掺杂形成不同器件31
图表56:
离子注入机市场空间(百万美元)32
图表57:
离子注入市场份额32
图表58:
SiO2的用途32
图表59:
RTA修复晶格缺陷33
图表60:
氧化/扩散/热处理市场(百万美元)33
图表61:
区分过程控制(检测、测量)和ATE(测试)34
图表62:
不同环节关键过程控制指标34
图表63:
过程控制细分市场(百万美元)35
图表64:
2018年过程控制市场格局——科磊WFE收入拆分35
图表65:
科磊产品系列35
图表66:
上海精测产品布局35
图表67:
集成电路生产及测试具体流程图36
图表68:
集成电路测试设备主要功能36
图表69:
全球半导体ATE测试设备市场37
图表70:
泰瑞达和爱德万半导体设备业务收入(亿美元)37
图表71:
2018年中国集成电路测试设备的市场结构37
一、中芯国际上市,加速设备国产替代进程
中芯国际回归A股,国产晶圆制造崛起。
中芯国际公布将于科创板上市,拟发行16.86亿股募集200亿,国产晶圆制造龙头强势回归A股,募集资金主要投资于:
(1)40%用于投资12英寸SN1项目(中芯南方一期);
(2)20%用于公司现金及成熟工艺研发项目的储备资金;(3)40%用于补充流动资金。
序号
项目名称
募集资金投资额
拟投入资金比例
1
12英寸芯片SN1项目
800,000.00
40.00%
2
先进及成熟工艺研发项目储备资金
400,000.00
20.00%
3
补充流动资金
800,000.00
40.00%
合计
2,000,000.00
100.00%
图表1:
募集资金用途(单位:
万元)
资料来源:
中芯国际招股说明书,国盛证券研究所
中芯国际在国内芯片产业链地位中占有举足轻重的地位。
公司不断加速技术研发,建立
关键平台和战略联盟,致力于成为世界一流的主流代工厂。
公司提供一站式服务,除集成电路晶圆代工外,在设计服务与IP支持、光掩膜制造、凸块加工及测试方面提供完备配套服务,先进程度国内领先,涵盖绝大部分下游应用。
图表2:
中芯国际重要的产业链地位
图表3:
中芯国际一站式的解决方案
资料来源:
公司官网、国盛证券研究所
资料来源:
公司官网、国盛证券研究所
持续关注中国“芯”阵列核心标的,如晶圆代工、封测、IP授权及设计服务、设备材料等国产化机会。
随着中芯国际即将于科创板上市,A股国产半导体家族将再得一名大将。
随着当前国产半导体板块的日渐完善,我们已经看到从IP授权及设计服务、设计、晶圆
代工、封测、设备、以及材料多领域的不同程度的国产化出现。
图表4:
中国“芯”阵列
资料来源:
国盛电子整理、国盛证券研究所
中芯国际火速过会,科创板登陆在即;长存二期(产能从50K到100K)宣布启动,
64层稳定生产,128层成功研制。
2020~2022年内资晶圆厂每年规划投资金额均超千
亿,后续有望加大国产设备、材料、OSAT链条的扶持力度。
在国产替代趋势下,目前产业跟踪来看代工、封装、测试以及配套设备、材料已经开始实质性受益,整体实力得到显著提升。
设备厂商国产替代明显加速。
全球半导体设备市场约500~600亿美元,大陆占比持续提高。
中微、北方华创在设备领域持续放量,武汉精鸿检测设备落地、上海精测膜厚设备突破。
根据长存20H1的订单,各品类出货量占比程度看,刻蚀(中微26%、北方华
创9%)、薄膜(北方华创16%、沈阳拓荆5%)、清洗(盛美19%)、热处理(北方华创35%),国产替代比率已经实现较大提升。
二、设备市场:
大陆需求快速增长,国产替代提速
2.1全球设备市场回暖,受益于制程进步、产能投放
全球每年半导体设备市场规模约500~600亿,大陆占比20~25%。
根据SEMI,2019Q4半导体设备销售额178亿美元,同比增长19%,环比增长24%,单季度半导体设备销售额创历史新高。
按地区分布,贡献最大的分别是中国大陆(同比增长59%)、中国台湾(同比增长121%)。
图表5:
全球半导体设备销售额(十亿美元)
资料来源:
wind,国盛证券研究所
图表6:
全球半导体设备销售额(十亿美元)
资料来源:
wind,国盛证券研究所
半导体设备行业呈现明显的周期性,受下游厂商资本开支节奏变化较为明显。
图表7:
半导体设备市场增速周期性
资料来源:
wind,国盛证券研究所
半导体设备周期逐渐回暖,2020Q1受疫情短期产生波动。
伴随着下游资本开支提升,设备厂商营业收入增速从2019Q2触底后逐渐回暖。
2020Q1由于疫情冲击,产品发货推迟,导致单季度收入增速下调。
以ASML为例,如果没有新冠疫情,2020Q2将成为一个非常强劲的发货季节,收入环比达到50%以上。
ASML表示下游对于先进的光刻设备需求有增无减。
图表8:
海外半导体设备龙头营业收入增速跟踪
资料来源:
彭博、公司官网,国盛证券研究所
图表9:
海外半导体设备龙头GAAP净利润(百万美元)
资料来源:
彭博、公司官网,国盛证券研究所
Capex进入上行期,台积电、中芯国际纷纷增加资本开支。
台积电率先推进大幅资本开支提升,推进先进制程应用。
台积电2018年资本开支104亿美元,2019年提升至148亿美元,2020年预期150~160亿美元。
中芯国际2019年资本开支22亿美元,预期2020年上升至43亿美元,开启新一轮资本开支。
图表10:
晶圆代工企业资本开支(百万美元)
资料来源:
彭博、公司官网,国盛证券研究所
“芯拐点”、新制程、新产能推动需求。
我们判断本轮反转首先来自于全球“芯”拐点,
行业向上;其次,先进制程带来的资本开支越来越重,7nm投资在100亿美元,研发
30亿美元;5~3nm投资在200亿美元;7nm单位面积生产成本跳升,较14nm直接翻倍;并且,大陆晶圆厂投建带动更多设备投资需求。
图表11:
全球半导体资本开资(百万美元)
资料来源:
SEMI,国盛证券研究所
图表12:
100K产能对应投资额要求(亿美元)
资料来源:
SEMI,国盛证券研究所
2.2前道设备占主要部分,测试需求增速最快
前道设备占主要部分。
设备投资一般占比70~80%,当制程到16/14nm时,设备投资占比达85%;7nm及以下占比将更高。
按工艺流程分类,典型的产线上前道、封装、测试三类设备分别占85%、6%、9%。
图表13:
半导体制造领域典型资本开支分布
资料来源:
gartner、国盛证券研究所
图表14:
全球半导体设备按工艺流程划分(百万美元)
资料来源:
gartner、国盛证券研究所
测试需求增长更快。
半导体设备2013~2018年复合增长率为15%,前道、封装、测试分别为15%、11%、16%。
增速最快的子项目分别为刻蚀设备(CAGR24%)和存储测试设备(CAGR27%)。
图表15:
全球半导体前道设备划分(百万美元)
资料来源:
gartner、国盛证券研究所
图表16:
全球半导体测试设备划分(百万美元)
资料来源:
gartner、国盛证券研究所
图表17:
集成电路前道工艺对应设备
资料来源:
芯源微、国盛证券研究所
2.3全球市场受海外厂商误导,前五大厂商市占率较高
全
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