2020年半导体设备行业分析报告

2020年半导体设备行业分析报告

目 录

1、 半导体行业：全球市场有望回暖 产业转移造就历史性机遇 ...............................................................

1.1、 全球市场：增长遭遇十年低谷 短期有望触底回升 .................................................................................................... 5 1.2、 行业周期特点及驱动因素：三大周期嵌套 新景气周期即将开启 ............................................................................ 7

1.2.1、 半导体行业存在三大周期嵌套 .......................................................................................................................... 7 1.2.2、 新技术/新产品驱动半导体行业增长 新景气周期即将开启 ............................................................................ 8 1.3、 中国市场：全球性产业转移赋能行业高速增长........................................................................................................ 10

1.3.1、 历次产业转移均造就一批巨头企业................................................................................................................. 10 1.3.2、 全球集成电路产业向中国加速转移................................................................................................................. 11 1.3.3、 大基金二期募集完成 ........................................................................................................................................ 15

2、 半导体设备行业：硅片、晶圆产能兴建 国产替代遇良机 ..................................................................

2.1、 全球市场：2020 年全球半导体设备市场有望回暖 ................................................................................................... 18

2.1.1、 2018-2019 年存储器供过于求 投资削减致使设备市场遇冷 ........................................................................ 18 2.1.2、 竞争格局高度集中 市场由海外厂商主导....................................................................................................... 22 2.2、 中国市场：市场规模全球第二 本土企业崛起可期 .................................................................................................. 23

2.2.1、 市场规模近千亿 自给能力有限 ...................................................................................................................... 23 2.2.2、 国产设备厂商迅速崛起 多种关键设备可国内配套 ....................................................................................... 24 2.3、 中国各类设备市场规模预测：硅片、晶圆产能兴建将拉动设备市场增长 ............................................................ 25

2.3.1、 硅片制造设备：受益大硅片产能建设............................................................................................................. 26 2.3.2、 晶圆制造设备：大陆产线将陆续进入设备采购高峰期 ................................................................................. 28

3、 半导体设备全面介绍：多种关键设备本土配套能力较强 ...................................................................

3.1、 硅片制造设备：中性预测年均 124 亿元市场规模 .................................................................................................... 31 3.2、 晶圆制造设备：2020 年 831 亿元市场规模............................................................................................................... 36 3.3、 封装设备：2020 年 63 亿元市场规模 ........................................................................................................................ 54 3.4、 测试设备：2020 年工艺/CP/FT 合计 158 亿元市场规模 .......................................................................................... 58

4、 产业链细分龙头将受益于国产化趋势...................................................................................

4.1、 北方华创（002371.SZ）：泛半导体设备龙头企业 .................................................................................................. 60 4.2、 中微公司（688012.SH）：半导体设备领域的后起之秀.......................................................................................... 62 4.3、 晶盛机电（300316.SZ）：高端晶体设备行业龙头 受益光伏稳健增长 ................................................................ 63

5、 风险提示 ..........................................................................................................

图表目录

图 1： 集成电路占半导体行业收入超过 80%（美元） .......................................................................

图 2： 2019 年存储器市场萎缩 33% ......................................................................................图 3： DRAM 及 NAND 价格触底回升 ....................................................................................图 4： 国外机构对 2020 年增速预测中位数为 5.9%..........................................................................

图 5： 全球半导体产业三大周期嵌套——长周期与中周期（以存储板块为例） .................................................图 6： 全球半导体产业三大周期嵌套——库存周期（以非存储板块的设计巨头为例） ...........................................

图 7： “爆款”下游市场将推动半导体产业进入一轮景气周期 .................................................................

图 8： 全球半导体市场新添增长动力 .....................................................................................图 9： 全球半导体产业历经两次全球性产业转移 ............................................................................

图 10： 美、韩半导体产品销售额的全球占比相对较高（2018 年数据） .........................................................

图 11： 2013 年是中国集成电路产业崛起的风口 .............................................................................

图 12： AMD 认为摩尔定律自进入 22nm 节点后开始放缓 ...................................................................................................... 12 图 13： 2018 年中国 IC 自给率仅有 15.3% ................................................................................................................................. 13 图 14： 本土 IC 产业链各环节已出现部分优质企业 .................................................................................................................. 13 图 15： 中国 IC 封测相对其他产业环节更加成熟（亿元） ...................................................................................................... 14 图 16： 2017-2020 年中国大陆掀起晶圆建厂热潮 ..................................................................................................................... 15 图 17： SEMI 预计 2019 年全球半导体设备市场规模同比下滑 10.8%（亿美元） ................................................................ 18 图 18： 2019 年全球半导体设备市场中国台湾居首（亿美元） ............................................................................................... 19 图 19： 2014-2019 年半导体设备市场的增长主要由中国大陆、中国台湾及韩国驱动 .......................................................... 20 图 20： 前道设备占半导体制造设备比例超过 80%（2018 年） .............................................................................................. 20 图 21： 2020/01 北美半导体设备出货额同比增长 22.9% .......................................................................................................... 21 图 22： 2020-2021 年半导体设备市场规模预期增加 ................................................................................................................. 21 图 23： 近十年中国半导体设备需求量增长迅猛（亿美元） .................................................................................................... 23 图 24： 国产半导体设备自给率低（亿元） ............................................................................................................................... 23 图 25： IC 制造产业链中硅片制造/芯片制造/封装测试环节均用到相关设备 ......................................................................... 25 图 26： 2014-2018 年全球硅片出货量稳定增长（亿平方英尺） ............................................................................................. 26 图 27： 全球硅片生产厂商集中度高 ........................................................................................................................................... 26 图 28： 硅片制备包括晶体生长、切片、刻蚀、抛光以及检测等主要步骤 ............................................................................ 31 图 29： 单晶硅锭生长设备主要包括直拉单晶炉及区熔单晶炉两类（左:直拉/右:区熔） ..................................................... 32 图 30： 直拉与区熔单晶炉的长晶方式有所区别（左:直拉/右:区熔） .................................................................................... 33 图 31： 多线切割机常用于 300mm 的硅片切割（左:内圆切割机/右:多线切割机） .............................................................. 34 图 32： 常用切割机包括内圆切割机与多线切割机（左:内圆切割机/右:多线切割机） ......................................................... 34 图 33： 用于去除硅片表面损伤的化学刻蚀 ............................................................................................................................... 35 图 34： CMP 抛光依靠化学与机械共同作用 .............................................................................................................................. 36 图 35： CMOS 工艺包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长及 CMP 等多个关键步骤 ......................................................... 37 图 36： 集成电路复杂的制造过程只运用了有限的几种工艺（以 0.18μm CMOS 为例/简化版） ........................................ 37 图 37： 晶圆制造厂的典型分区包括六大区域 ........................................................................................................................... 38 图 38： RTP 设备每次可处理单片硅片 ....................................................................................................................................... 39 图 39： 光刻工艺大致可划分为八个基本步骤 ........................................................................................................................... 40 图 40： EUV 是光刻机的前沿种类 .............................................................................................................................................. 41 图 41： 步进扫描式光刻机主导光刻机市场 ............................................................................................................................... 41 图 42： 浸没式光刻+多重图形技术使 ArF 光刻机可支撑 7nm 节点工艺 ................................................................................ 42 图 43： 刻蚀在 CMOS 工艺中用于去除多余材料 ...................................................................................................................... 44 图 44： 干法刻蚀为刻蚀技术的主流工艺 ................................................................................................................................... 44 图 45： 干法刻蚀机按等离子技术不同可分为 ICP 及 CCP 刻蚀机 .......................................................................................... 45 图 46： 薄膜沉积主要分为物理工艺、化学工艺以及外延工艺三大类 .................................................................................... 46 图 47： PVD 设备多用于金属的沉积 .......................................................................................................................................... 47 图 48： CVD 设备多用于绝缘薄膜、多晶硅以及金属膜层的沉积 .......................................................................................... 48 图 49： 不同 CVD 设备适用于不同工艺节点 ............................................................................................................................. 48 图 50： ALD 设备可以用于制备纳米级厚度的薄膜结构 .......................................................................................................... 49 图 51： 扩散及离子注入均可实现掺杂目的 ............................................................................................................................... 50 图 52： 离子注入机主要用于掺杂工艺 ....................................................................................................................................... 50 图 53： SFP 晶圆不与抛光垫接触不会产生机械应力 ................................................................................................................ 51 图 54： CMP 设备可以实现金属和介质层的全局平坦化 .......................................................................................................... 52 图 55： 晶圆制造过程中可产生的六种主要杂质类型................................................................................................................ 53 图 56： 半导体封装技术的演进伴随封装效率的提升................................................................................................................ 54

图 57： 通孔插装封装形式属于传统封装的一种（以 SOP 为例） .......................................................................................... 55 图 58： 底部安装引脚封装形式大幅减小了引脚间距（以正装 PBGA 为例） ....................................................................... 56 图 59： FC-CSP 封装形式的常见于各类先进封装工艺中 ......................................................................................................... 56 图 60： 三维封装是将芯片在纵向上进行堆叠 ........................................................................................................................... 56 图 61： 三维封装核心技术 TSV 的形成会用到前道工艺 .......................................................................................................... 57 图 62： 北方华创在泛半导体设备领域广泛布局 ....................................................................................................................... 60 图 63： 刻蚀设备市场由海外厂商主导（2017 年） ................................................................................................................... 62 表 1： 半导体行业发展初期离不开政策及资金支持 .................................................................................................................. 11 表 2： 中国大陆三家封测企业规模进入全球前十强（2019 年，百万元） ............................................................................. 14 表 3： 大基金一期投资涉及的 27 家上市公司（2019 三季报数据） ....................................................................................... 16 表 4： 全球半导体设备市场由海外厂商主导（收入 TOP10 厂商排名，百万美元） ............................................................ 22 表 5： 国产设备厂商迅速崛起 ..................................................................................................................................................... 24 表 6： 中国大陆兴建 8/12 英寸大硅片项目 ................................................................................................................................ 27 表 7： 测算 2019-2020 年国内将新增硅片制造设备市场规模 95（保守）/399（乐观）/247（中性）亿元 ........................ 28 表 8： 2019-2020 年各类型硅片制造设备新增市场规模测算 ................................................................................................... 28 表 9： 中国大陆 FAB 厂兴建多条晶圆生产线 ............................................................................................................................ 28 表 10： 测算 2020/2021 年晶圆制造、检测、封装设备将分别新增市场规模 831/916 亿元、84/91 亿元、63/70 亿元 ...... 29 表 11： 半导体设备种类繁多 ....................................................................................................................................................... 30 表 12： 硅片制备涉及单晶炉、切割机、刻蚀机、抛光机以及清洗机等主要设备 ................................................................ 31 表 13： 多线切割较内圆切割优势明显 ....................................................................................................................................... 34 表 14： RTP 相比传统立式炉优势明显 ....................................................................................................................................... 39 表 15： 光源演进是光刻机技术升级的主要手段之一................................................................................................................ 42 表 16： 光刻机市场由 ASML 主导（2019 年） ......................................................................................................................... 43 表 17： 一般情况下物理刻蚀结合化学刻蚀可达到最佳刻蚀效果 ............................................................................................ 44 表 18： ICP 与 CCP 刻蚀机适用的工序存在区别 ....................................................................................................................... 45 表 19： 不同 CVD 设备适用于不同工序 ..................................................................................................................................... 48 表 20： 典型硅片湿法清洗包含多道工序 ................................................................................................................................... 53 表 21： 传统封装设备国产化水平较低 ....................................................................................................................................... 58 表 22： 工艺检测要求繁多（以前道工艺为例） ....................................................................................................................... 58 表 23： ATE 市场主要被海外企业瓜分 ....................................................................................................................................... 60 表 24： 行业受益公司盈利及估值 ............................................................................................................................................... 64

1、 半导体行业：全球市场有望回暖 产业转移造就历史性机遇

1.1、 全球市场：增长遭遇十年低谷 短期有望触底回升

2019 年，全球半导体行业实现销售总收入 4090 亿美元，同比下降 12.8%。集成 电路的细分项存储器收入大幅下滑是拖累产业进入低谷的首要因素。集成电路是半 导体行业的最大组成部分，2019 年收入 3304 亿，占比达到 80.8%，同比下降 16.0%。 集成电路的萎靡直接导致了半导体行业的景气度下滑。集成电路又可细分为存储器、 逻辑电路、微处理器及模拟电路四个主要组成部分，2019 年的收入分别为 1059 亿 /1046 亿/657 亿/542 亿，占比依次为 32.1%/31.7%/19.9%/16.4%。在过去一年，集成 电路各细分市场均出现了不同程度的下滑，其中首当其冲是存储器板块，全年收入 同比降低 33.0%，成为拖累整个半导体产业进入低谷的首要因素。供给侧来看，2018 年，三星、SK 以及 Micron 等全球存储器芯片巨头在创新技术上展开激烈竞争，在 投资、建厂、扩产等方面纷纷布局，导致了产能过剩，2018-2019 年上半年，DRAM 和 NAND Flash 价格大幅下滑；需求侧来看，全球智能手机、服务器等需求动能趋于 疲软。叠加中美贸易战影响持久，2019 年全球半导体产业出现了十年以来的最大降 幅。

图1：集成电路占半导体行业收入超过 80%（美元）

半导体 4090亿 集成电路 3304亿 80.8% 分立 器件 240亿 光电 子 411亿 传感 器 136亿 存储器 1059亿 32.1% 逻辑电路 1046亿 31.7% 5.9% 10% 3.3% 微处理 器 657亿 19.9% 模拟电 路 542亿 16.4% 数据来源：Wind