12.25 半導體設備國產替代趨勢下的弄潮兒(1)

看好明年國產替代的3大理由,一是情勢所迫,儘管中美貿易關係出現階段性緩和,但不改大國博弈的大趨勢;二是全球半導體設備出貨額週期性底部出現止跌企穩 跡象,明年將景氣回升,趨勢向上;三是國家大基金二期成立金額遠超1期,助力產業加速突破。

接下來,我們主要聊聊國產替代當中的那些潛力股。在聊之前,有一點我們需要清楚,就是國產替代,可以分為兩個方向,一個是半導體領域,一個是計算機領域,鑑於我們談的是電子行業,因此主要集中在半導體領域的自主可控。

在進行智能手機產業鏈梳理時,我們簡單提到,國內芯片產業對外依賴度比較高,國內產業基礎相對薄弱,因此,半層體領域的國產替代主要集中在芯片產業鏈。

我們知道,芯片生產過程可以分為芯片設計、芯片製造和芯片封裝和測試三大流程。製造過程當中需要半導體設備和半導體材料。


半導體設備國產替代趨勢下的弄潮兒(1)

在這三大流程當中,國內封裝水平與國際接軌,芯片製造、半導體設備、半導體材料、芯片設計均與國際存在一定的差距。

我們先來看國家集成電路大基金二期將重點投資的半導體設備和半導體材料領域。

半導體設備主要分為單晶硅片製造設備、芯片製造設備、封裝測試設備。半導體設備投資中,晶圓處理設備佔比最大,佔比81%,封裝設備佔6%,測試設備佔8%,硅片製造等其他設備佔5%。晶圓處理設備巨大的價值又以光刻機、刻蝕機以及薄膜沉積設備為主,這三種設備合計能佔到設備投資額的50%-70%左右。

光刻機

光刻機就是用光在硅片上製作一個圖形的機器。工藝流程是先在硅片表面勻膠,然後將掩模版上的圖形轉移到硅片上的過程。


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▲光刻機工藝操作圖

目前光刻機市場主要的光刻機供應商有荷蘭的ASML、日本的NIKON和CANON,荷蘭ASML是世界頂尖光刻機的全球唯一生產商,掌握高端市場80%的國際市場份額。目前,我國從事集成電路前道製造用光刻機的生產廠商只有上海微電子(SMEE)。而上海微電子性能最好的是90nm光刻機,荷蘭ASML的光刻機技術在5nm,我國與國際頂尖技術的差距較大。

刻蝕機

刻蝕是用化學或物理方法對襯底表面或表面覆蓋薄膜進行選擇性腐蝕或剝離的過程,進而形成光刻定義的電路圖形。因此,刻蝕機被形象的稱為半導體的“雕刻刀”。


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▲刻蝕機工藝操作圖

刻蝕機方面,國內中微半導體生產的5nm刻蝕機(用於5nm工藝的等離子蝕刻機)已經通過了臺積電的驗證,明年將正式用於臺積電5nm芯片的生產之中。中微半導體今年已在科創板上市。

不過刻蝕分為兩種:幹法刻蝕和溼法刻蝕。在溼法刻蝕中,液體化學試劑以化學方式(如酸、鹼和溶劑等)去除硅片表面的材料。幹法刻蝕是把硅片表面暴露於氣態中產生的等離子體,等離子體通過光刻膠中開出的窗口,與硅片發生物理或化學反應(或這兩種反應),從而去掉暴露的表面材料。目前市場主流的刻蝕技術是幹法刻蝕,佔比達90%以上。

幹法刻蝕根據被刻蝕的材料類型來分類,分為三種:金屬刻蝕、介質刻蝕和硅刻蝕。相比金屬刻蝕和介質肩包,硅刻蝕作為晶體管層刻蝕方法,要求最高,難度最大。

中微半導體的刻蝕機主攻介質刻蝕,公司在芯片介質刻蝕設備、硅通孔刻蝕設備、MOCVD設備三大細分領域均成為世界三強。北方華創主攻硅刻蝕設備和金屬刻蝕設備。

中微半導體穩坐中國介質刻蝕設備市場龍頭,已達到7nm工藝節點,成為臺積電7nm產線刻蝕設備5家供應商中唯一一家國產設備公司,5nm刻蝕設備獲得臺積電驗證,將於明年進入臺積電5nm規模量產生產線。

北方華創是國內硅刻蝕設備製造巨頭,其生產的NMC 612D 14nm FinFET刻蝕機多項關鍵指標達到國際先進水平,滿足28/14納米多種硅刻蝕工藝製程要求,同時具備10/7納米工藝延伸能力。目前,該產品正式進入上海集成電路研發中心,與客戶共同開展研發工作。公司應用於55nm的硅刻蝕機被國內領軍集成電路芯片製造企業指定為Baseline機臺,28nmPVD和8英寸高密度等離子硅刻蝕機已進入中芯國際生產線;公司的深硅刻蝕設備成功挺進東南亞市場。

在長江存儲器基金一期設備招標中,刻蝕設備的招標數量最多,國產化率為18%,在華虹(無錫)項目中,刻蝕設備的國產化率為33%,國產化趨勢明確,且呈上升趨勢。

國際市場上,全球半導體設備龍頭AMAT(應用材料)佔據國際市場絕大多數份額,公司半導體設備產品種類繁多,覆蓋原子層沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、電氣化學沉積、外延工藝、刻蝕、離子注入、測量與檢測、快速熱處理等,幾乎包攬光刻機以外的半導體制造各環節所需設備,是三星電子、臺積電、美光、英特爾等巨頭的設備供應商。公司已連續 15 年位列半導體設備領域第一名,是全球半導體設備供應商龍頭,行業地位穩固。


半導體設備國產替代趨勢下的弄潮兒(1)


半導體設備國產替代趨勢下的弄潮兒(1)

在等離子刻蝕領域,全球第二大半導體設備公司泛林自 2010 年到 2017 年佔比始終維持第一,並保持上漲趨勢。2016 年,刻蝕領域市場中,排於第二名和第三名的 TEL、AMAT 市場份額分別為 19.7%和 18.1%,而排名第一的泛林的市場份額為 52.7%。

說到這個“5nm”,有些投資者比較陌生,最後補充一點,所謂的XX nm其實指的是,CPU上形成的互補氧化物金屬半導體場效應晶體管柵極的寬度,也被稱為柵長。柵長越短,則可以在相同尺寸的硅片上集成更多的晶體管,性能越高,在芯片晶體管集成度相當的情況下,使用更先進的製造工藝,芯片的面積和功耗就越小,成本也越低。


半導體設備國產替代趨勢下的弄潮兒(1)

資料來源:《中國集成電路產業投融資研究》


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