招商證券：工藝升級提升需求 薄膜沉積設備國產替代有望加速

招商證券發佈研究報告稱，全球薄膜沉積設備市場空間超200億美元，製程升級/多層趨勢+新興工藝驅動市場增長。在邏輯芯片中，製程進步帶來工序步驟和薄膜層數增多，工序步驟從90nm的40步提升至3nm的100步，金屬層數從90nm的7層提升至5nm的14層，製程從180nm進步到90nm過程中，同樣產能需要的薄膜設備數量翻倍；在存儲芯片中，高深寬比結構以及存儲層數堆疊帶來薄膜沉積設備需求增大。薄膜沉積設備是半導體設備領域較為優質的投資賽道，2021年薄膜沉積設備國產化率僅為5%左右，相較刻蝕(15-20%)，前道清洗(30%+)，還有很大國產替代空間。招商證券建議關注拓荊科技(688072.SH)、北方華創(002371.SZ)、中微公司(688012.SH)、盛美上海(688082.SH)、微導納米等。

招商證券主要觀點如下：

薄膜沉積和光刻、刻蝕並列作為芯片前道製造三大核心工藝，不同工藝應用場景所需薄膜種類繁多。薄膜沉積設備和光刻、刻蝕設備並列為前道製造三大主設備之一，從Gartner公佈的2021年全球半導體設備市場佔比來看，刻蝕/薄膜沉積/光刻分別佔比30%/25%/23%。薄膜沉積作用是在芯片納米級結構中逐層堆疊薄膜形成電路結構，包括半導體、介質、金屬/金屬化合物三大類。在前道製造過程中，自下而上分別通過淺槽隔離、柵極等前段工藝，鎢栓塞、金屬前介質層等中段工藝，金屬層間介質、金屬層等后段工藝形成不同模塊，最后構築成芯片的3D結構。由於十余種模塊工藝需要數層至數十層不同薄膜堆疊，而每層薄膜的特性、沉積材料、薄膜種類等均有很大差異，薄膜沉積設備需要滿足不同薄膜的工藝要求，因此具備較高行業壁壘。

薄膜呈現種類多樣性和工藝複雜性，不同工藝環節需要物理/化學等不同沉積設備相互補充。不同薄膜沉積時反應的原理不同，因此薄膜沉積設備的技術原理也不同，沉積過程需要物理(PVD)、化學(CVD)、原子層沉積(ALD)等設備相互補充，每類設備也包括多種細分子類，以滿足不同應用場景需求。

1)PVD：通過真空蒸鍍和濺射等物理方法沉積金屬或金屬化合物薄膜，應用最廣泛的PVD是磁控濺射和離子化PVD，主要用於后段金屬互連層、阻擋層、硬掩膜、焊盤等工藝；

2)CVD：通過不同氣體間化學反應沉積半導體和介質薄膜，部分工藝也可以沉積金屬/金屬化合物薄膜，主要用於前段的柵氧化層、側牆、PMD及后段的IMD、阻擋層、鈍化層等工藝。CVD按反應壓強和前驅體等不同主要分為APCVD、LPCVD、PECVD等，每一代設備隨薄膜性能越來越高的要求而迭代，目前PECVD應用最廣泛；

3)ALD：用於低k/高k介質沉積、高深寬比溝槽填充、雙重曝光工藝等，主要滿足新興薄膜/工藝需求。另外，在一些特定的溝槽填充場景，需要HDP-CVD、SACVD、FCVD等設備作為補充；在某些金屬/金屬氧化物薄膜沉積過程中，也需要電鍍、M-CVD等方法作為補充。

全球薄膜沉積設備市場空間超200億美元，製程升級/多層趨勢+新興工藝驅動市場增長。2021年全球薄膜沉積設備市場空間超200億美元，PECVD/PVD/ALD佔比分別為33%/19%/11%，大陸市場超45億美元，佔比約25%。薄膜沉積設備市場增長主要由製程升級/多層趨勢及新工藝驅動：

1)製程升級/多層趨勢帶動設備需求量：在邏輯芯片中，製程進步帶來工序步驟和薄膜層數增多，工序步驟從90nm的40步提升至3nm的100步，金屬層數從90nm的7層提升至5nm的14層，製程從180nm進步到90nm過程中，同樣產能需要的薄膜設備數量翻倍；在存儲芯片中，高深寬比結構以及存儲層數堆疊帶來薄膜沉積設備需求增大；

2)新工藝拓寬應用場景：在柵極從多晶硅柵(Poly-SiON)向HKMG結構轉變、存儲結構深寬比越來越高、金屬互連阻擋層薄膜越來越薄等過程中，以及多重曝光等新工藝中，傳統的LPCVD/PECVD等沉積方法沉積效果有限，需要ALD工藝來沉積性能更好的薄膜並滿足高深寬比等需求，在28nm以下FinFET/GAA結構中，僅有ALD工藝能夠滿足複雜柵極結構中薄膜沉積要求。根據Acumen research and condulting預測，2020-2026年全球ALD設備市場將從約20億美元提升至32億美元。但由於ALD沉積過程不連續，在沉積速率等方面不如其他CVD工藝，因此目前僅用於一些新的增量環節，在成熟工藝環節暫時無法替代如LPCVD、PECVD等工藝。

薄膜沉積設備市場主要被海外大廠壟斷，市場集中度較高。薄膜設備壁壘較高，疊加海外公司佈局較早，因此全球市場主要被AMAT、LAM、TEL等幾家壟斷，國產化率不足5%。在PVD市場，AMAT是絕對龍頭；在CVD市場，AMAT、LAM、TEL三家幾乎平分秋色；在ALD市場，實現產業化應用的主要為TEL和ASM。

①AMAT：是全球PVD設備絕對龍頭，在全球PVD市場份額高達85%；在CVD設備領域佈局完善，全球份額達30%，覆蓋LPCVD、PECVD、ALD、ECD、EPI、HDP-CVD、FCVD等主流工藝，產品尤其在低k介質等先進薄膜領域表現出色；

②LAM：併購諾發強化CVD設備佈局，全球份額達21%。PECVD、ALD等CVD設備覆蓋的介質薄膜及工藝種類齊全，在ECD電鍍領域全球一家獨大；

③TEL：PVD/CVD設備特色佈局，覆蓋PVD、LPCVD、PECVD、M-CVD、ALD等設備；TEL在ALD市場有獨特競爭優勢，全球份額高達31%，在DRAM電容領域，全球僅TEL和KE(日立電氣)實現了用ALD工藝沉積High-K介質層；

④ASM：產品包括LPCVD/PECVD/EPI/ALD，在ALD設備全球市場份額達29%，是全球唯一實現用ALD工藝沉積高k金屬柵極產業化應用的廠商。

投資建議：1)薄膜沉積設備是半導體設備領域較為優質的投資賽道。①市場空間大：2021年市場空間超200億美元，僅次於刻蝕設備，行業規模是清洗、離子注入和塗膠顯影等其他設備的數倍；②技術壁壘高：薄膜種類繁多，同時工藝複雜，薄膜沉積設備需要覆蓋多種不同種類和性能的薄膜，行業門檻較高；③當前國產化率較低：2021年薄膜沉積設備國產化率僅為5%左右，相較刻蝕(15-20%)，前道清洗(30%+)，還有很大國產替代空間。

2)國內晶圓產線產能增速預計超過行業平均，國內薄膜沉積設備廠商差異化佈局。建議關注拓荊科技(688072.SH)、北方華創(002371.SZ)、中微公司(688012.SH)、盛美上海(688082.SH)、微導納米等。

①拓荊科技：國內CVD設備龍頭，產品覆蓋PECVD/ALD/SACVD三大類，其中PECVD設備覆蓋28nm以上全介質薄膜，PE-ALD和SACVD實現產業化應用並持續導入驗證，Thermal-ALD新品正在研發。截至21Q3，拓荊在手訂單超15億元，產品在邏輯產線不斷放量、在存儲產線份額穩步提升，展望2022/2023年具備較強增長動力；

②北方華創：國內半導體設備平臺化龍頭，產品覆蓋PVD/LPCVD/PECVD/ALD/EPI等領域。公司PVD設備在國內市場份額第一，在Harmask、CuBS、Al pad等領域具備較強競爭優勢；LPCVD/PECVD主要用於光伏領域，前道IC設備也在加速導入中；Thermal-ALD在28nm節點實現產業化應用，PE-ALD新品正在驗證；

③中微公司：在全球GaN LED用MOCVD設備份額高達60%以上，2021年Mini LED MOCVD設備新籤大規模訂單，有望貢獻2022全年收入增長。公司用於鎢填充的LPCVD設備驗證取得階段性進展，同時組建EPI研發團隊；

④盛美上海：全球少數實現前道電鍍設備產業化的公司，逐步打破LAM壟斷，前道銅互連電鍍技術覆蓋20-14nm節點。公司LPCVD實現穩定量產，其他CVD設備加速研發；

⑤微導納米：以ALD技術為核心，Thermal-ALD實現了在高k柵氧化層工藝上的突破與產業化應用，面向FeRAM的Thermal-ALD和第三代化合物半導體的PE-ALD正在產業化驗證。