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1证券研究报告作者：行业评级：上次评级：行业报告 | 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明机械设备强于大市强于大市维持2022年 07月 03日（ 评级）从下游芯片技术演变看薄膜沉积设备价值量行业深度研究分析师 李鲁靖 SAC执业证书编号： S1110519050003联系人 朱晔摘要2请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明1、下游芯片行业2021年全球半导体行业同比增加 26.2%，其中 IC产品市占 83.29%， WSTS预测 2022年 IC产业同比上升 18.2%，达到整体市场 5473亿美元的规模，市占比接近 85%。集成电路中的存储器件和逻辑器件是主要组成部分，市占比均超过 30%，且两者的市场份额呈稳步增长趋势。逻辑芯片中 CPU、 GPU、 FPGA、 ASIC等芯片工艺制程以 nm计算，制程不断缩小是目前的技术发展趋势。存储器领域制造工艺增加集中度的主要方法是增大三维立体堆叠的层数。2、薄膜沉积设备芯片的制造环节主要包括：芯片设计、前道晶圆制造环节、后道封装测试环节。其中，晶圆制造环节设备投入占比高达 86%。光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备是晶圆制造的“三大核心设备”； 2021年全球刻蚀设备、薄膜沉积设备、光刻设备分别占晶圆制造设备价值量的 21.59%、 19.19%、 18.53%。主流薄膜沉积设备可分为 CVD、 PVD和 ALD设备，广泛应用于逻辑芯片制造、 DRAM制造、 FLASH制造等领域。3、制程精进 /三维堆叠全面驱动薄膜沉积设备价值量增加 NAND 闪存由 2D变 3D，三维堆叠，层数不断增加，每层均需要经过薄膜沉积工艺步骤。 ALD设备相比于 CVD和 PVD设备，可以实现高深宽比、极窄沟槽开口的优异台阶覆盖率及精确薄膜厚度控制，在由 2D转为 3D堆叠结构的 NAND Flash工艺中的价值量占比会增加。 逻辑芯片制造主要使用的设备为 SACVD、 PECVD设备和 PVD设备。越先进制程产线所需的薄膜沉积设备数量越多。先进制程使得晶圆制造的复杂度和工序量都大大提升，为保证产能，产线上需要三种设备的数量越多。风险提示：无法持续引入高端技术人才的风险、晶圆厂建设进度不及预期、国内半导体技术进步不及预期。半导体产品分类全梳理13请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明资料 来源： WSTS、天风证券研究所图 ：半导体行业细分行业市占比 半导体行业增长周期持续 ， 关注核心 IC产品 。 半导体产品细分包括集成电路 （ IC） 、 分立电器 、 光电器件和传感器四大产品类型 ， 其中 IC产品占比在 80%以上 。 根据世界半导体贸易统计组织 WSTS数据及预测 ， 2021年全球半导体行业同比增加 26.2%，其中 IC产品市占 83.29%， 2022年 IC产业将同比上升 18.2%， 达到整体市场 5473亿美元的规模 ， 市占比接近 85%， 得到进一步提升 。 集成电路 （ IC） 可分为逻辑器件 、 存储器件 、 模拟器件和微处理器四种 ， 其中前两者为主要组成部分 ， 市占比均超过 30%，2021年市场规模分别达到 1174.82亿美元 、 1184.08亿美元 。 所以重点关注 IC核心产品逻辑芯片与存储芯片 。41. 芯片分类数据，关注核心 IC产品82.02% 83.29% 84.66%5.41% 5.46% 5.17%9.17% 7.81% 6.73%3.40% 3.44% 3.43%0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%120.00%2020 2021 2022EIC 分立电器 光电器件 传感器15.41% 16.01% 16.14%19.29% 17.33% 16.33%32.78% 33.44% 34.16%32.52% 33.23% 33.37%0.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%120.00%2020 2021 2022E模拟器件 微处理器 逻辑器件 存储器件图 ： IC行业各产品市占比资料 来源： 国际电子商情、海思官网、三星官网、 量子位公众号、立鼎产业研究网、天风证券研究所 逻辑芯片主要包括中央处理器 （ CPU） 芯片 、 图形处理器 （ GPU） 芯片 、 可编辑逻辑器件 （ FPGA） 、 复杂可编辑逻辑器件 （ CPLD） 、 ASIC芯片等 。 摩尔定律下 ， 工艺制程在不断缩小 。 CPU芯片全球已实现 5nm制程 、 国内华为鲲鹏也已达到 7nm工艺制程水平； 2022年 3月 ， 英伟达发布新卡 H100， 实现 GPU4nm制程突破 ， 国内天数智芯云端训练芯片 “ 点亮 ” 也已实现 7nm工艺；可编辑逻辑器件 （ FPGA） 全球领先制程位 12nm， 顶尖制程为 7nm， 国内龙头企业紫光同创 Logos-2系列采用 28nm工艺；人工智能 ASIC芯片 ，华为 Atlas 900已实现 7nm工艺 。5图 ：逻辑芯片主要类型类型 应用 工艺制程全球 国内CPU 个人计算机、移动设备、游戏机等 7nm或更精细 5nm制程 华为鲲鹏达到 7nm制程GPU 执行绘图运作 英伟达 4nm工艺制程 天数智芯实现 7nm制程FPGA 视频图像处理、通信、数字系统模数转 换、嵌入式系统 领先 12nm和顶尖 7nm制程 紫光同创实现 28nm制程ASIC 人工智能计算 7nm工艺制程水平 华为 Atlas 900实现 7nm制程1. 芯片分类数据，关注核心 IC产品6资料 来源： eefocus、天风证券研究所 存储芯片按照是否易失分为易失性存储芯片和非易失性存储芯片 。 易失性存储芯片可分为 DRAM和 SRAM。 SRAM单个存储单元所需晶体管数量较多 、 读写速度较快 ， 但整体价格较贵且容量较小 ， 因此只在要求比较苛刻的地方使用 （ CPU的一级缓存 、 二级缓存等 ） 。 而 DRAM单个存储单元仅需一个晶体管和一个电容 ，整体集成度较高 、 容量较大 、 在价格上存在显著优势 ， 不过速度会低于 SRAM， 多应用于电脑 、 手机等设备的系统内存 。 非易失性存储芯片可分只读和 FLASH（ 闪存 ） ， FLASH又分为 NAND和 NOR。 对比 NAND和 NOR来看： NOR的特点是可在芯片内执行 ， 也即应用程序可直接在 FLASH之上运行 ， 因而读取的效率很高 ， 但仅在小容量时 （ 1 16MB） 具备较高的性价比 。 NAND的特点是存储容量较大 、 改写速度优于 NOR， 广泛应用于 U盘 、 固态硬盘等领域 。 即使在系统断电后 ， 非易失性存储器仍保留其存储的信息 。 ROM和 EPROM设备曾经是非易失性存储器市场的支柱 ， 但现在被更多功能的闪存设备所取代 。图 ： 存储芯片分类1. 芯片分类数据，关注核心 IC产品7资料 来源： WSTS 、半导体行业观察、 IC Insight、天风证券研究所 全球存储芯片市场情况 。 据 WSTS统计和预测 ， 全球存储芯片市场呈现不断上升趋势 ， 有望在 2022年 、 2023年达到 1826.61、1888.96亿美元 。 NAND基本代表 FLASH。 根据 IC Insight统计预测 ， 在存储芯片细分领域 ， 2022年 DRAM市场份额占比 57%， Flash占比 42%， 其中NAND占比 40%、 NOR占比 2%， 其余 SRAM、 EPROM、 EEPROM占比均小于 1%。57%1%1%42%DRAM SRAM EEPROM/ROM/EPROM/Other Flash*NAND=40%NOR=2%76767123947157967106440117482153838182661188896276698343186393288333354361226463002547319 57681701000002000003000004000005000006000007000002016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023存储芯片 芯片总量图 ： 存储芯片市场规模（百万美元）图 ： 存储芯片细分领域市占率1. 芯片分类数据，关注核心 IC产品晶圆制造“四大金刚”之一 薄膜沉积设备28请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明数据来源：拓荆科技招股书、 SEMI、 Gartner、立鼎产业研究网、 CSIA、半导体投资联盟、天风证券研究所 芯片的制造环节主要包括：芯片设计、前道晶圆制造环节、后道封装测试环节。 其中， 2021年晶圆制造环节设备投入占比高达85.62%。 SEMI预测 2022年全球前端晶圆厂设备支出预计在 2022年同比增长 10%，达到超过 980亿美元的历史新高，维持连续第三年的增长。 晶圆制造环节中需要的设备有：光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备、清洗设备、涂胶显影机、离子注入机、前道量检设备等。光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备是晶圆制造的“三大核心设备”；同时，光刻机、离子注入机、刻蚀机和薄膜沉积设备被称为集成电路制造的“四大金刚”， 根据 Gartner统计， 2021年全球刻蚀设备、薄膜沉积设备、光刻设备分别占晶圆制造设备价值量的 21.59%、 19.19%、 18.52%。9图：芯片制造环节设备占比2.1 晶圆制造“三大核心设备”之一 薄膜沉积设备7.58%6.80%15.86%16.43%18.49%34.85%85.62%检测设备（封测环节） 封装设备 光刻设备 刻蚀设备 薄膜沉积设备 其他设备数据来源：拓荆科技招股书、 SEMI、 Gartner、 CSIA、 beneq、半导体投资联盟、天风证券研究所 主流的薄膜沉积工艺根据工作原理不同可分为化学式真空镀膜（ CVD）、物理式真空镀膜（ PVD）和原子层沉积（ ALD）。PECVD设备是晶圆制造的核心设备，广泛应用于包括逻辑芯片制造、 DRAM制造、 FLASH制造中。 SACVD设备主要应用于逻辑芯片的制造及 DRAM制造。 ALD设备具备优秀的多面体表面成膜能力，以真正的纳米尺度精确控制薄膜厚度，可以满足更加复杂的先进制程集成电路制造工序的镀膜需求，现广泛应用于 3D NAND工艺、逻辑芯片制造领域。10图：芯片制造环节设备占比2.2 薄膜沉积三大工艺 CVD、 PVD、 ALD 种类 原理、优势 应用领域 应用图示CVDPECVD【 原理 】 气态反应剂或液态反应几的蒸气化学反应生成薄膜【 优势 】 沉积速率快、需要温度高逻辑芯片制造、 DRAM制造、FLASH制造逻辑芯片应用3D NAND FLASH应用 DRAM应用SACVD 逻辑芯片制造、 DRAM制造MOCVD LED芯片ALD【 原理 】 利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上【 优势 】 台阶覆盖率优秀逻辑芯片制造、 3D NAND应用、CMOS器件PVD【 原理 】 将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种方法【 优势 】 沉积速率较快集成电路表：薄膜沉积主要设备数据来源： WSTS、观研报告网、天风证券研究所2.3 周期延续 ， 薄膜沉积设备市场千亿空间11 22、 23年 IC行业景气度延续。 根据 WSTS，除 2019年外， 2016至 2021年 IC行业市场规模呈高增长的状态，并于 2021年达到463亿美元，年复合增长率为 10.84%，并且预计 2023年市场规模达到 576.82亿美元，实现从 2021年至 2023年 11.62%的年复合增长率。 半导体行业通常是“一代产品、一代工艺、一代设备”， 晶圆制造工艺超前于下游应用开发，晶圆制造设备要超前于晶圆制造工艺。半导体行业也遵循摩尔定律，半导体供应商必须平均每隔 18-24个月推出更先进的制造工艺，下游的需求拉动晶圆厂的技术革新和扩产、晶圆厂驱动前端晶圆制造设备的技术革新和需求增加。 从全球范围来看，薄膜沉积设备市场稳步增长，市场规模不断扩大。 观研报告网数据显示 ， 2019年全球薄膜沉积设备市场规模为 155亿美元， 2025年将达到 340亿美元的规模， 2019-2025年年预计复合增长率近 14%。155 1721902202602803400501001502002503003504002019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E276.7343.19393.29333.35 361.23463547.32576.8201002003004005006007002016 2017 2018 2019 2020 2021 2022E 2023EIC 模拟器 微处理器 逻辑器件 存储器件图： IC及细分行业市场规模（亿美元） 图：薄膜沉积设备市场规模（亿美元）制程精进 &三维堆叠，迭代驱动薄膜沉积设备价值量增加312请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明数据来源：东京电子公告、拓荆科技招股书、格隆汇、天风证券研究所3.1 逻辑芯片板块：制程更新迭代驱动 CVD、 PVD设备需求增加13图：不同工艺制程产线投资额（亿美元） 逻辑芯片的工艺制程演进驱动 SACVD、 PECVD设备投资增加。 逻辑芯片制造是个极其复杂的工艺，工艺制程的不断缩小尤其是在 22nm以下，所需制造设备精准度大幅提升，随之设备成本也会越来越高。例如晶圆产线的建设成本在 90nm制程时为 20亿美元，到 20nm时成本达到 67亿美元，再到目前较为先进的 5nm制程水平，一条生产线的建设成本将达到 160亿美元，产线成本提升的主要原因就是设备投资，目前设备投资占总投资 60%，未来有望提升至 80%以上。 目前，逻辑芯片制造主要使用的设备为 SACVD、 PECVD设备和 PVD设备。 越先进制程产线所需的薄膜沉积设备数量越多。先进制程使得晶圆制造的复杂度和工序量都大大提升，为保证产能，产线上需要三种设备设备的数量越多。当线宽向 7nm及以下制程发展，需要采用多重曝光工艺，薄膜沉积次数显著增加， 90nm CMOS工艺大约需要 40道薄膜沉积工序，在 3nm FinFET工艺产线则需要 100道薄膜沉积工序。中芯国际 180nm 8寸晶圆产线每万片月产能需要 CVD设备及 PVD设备分别为9.9台、 4.8台，更先进的 90nm 12寸晶圆产线每万片月产能需要 CVD设备和 PVD设备分别为 42台、 24台。206716002040608010012014016018090nm 65nm 45nm 32nm 20nm 5nm图：不同制程逻辑芯片产线薄膜沉积设备需求量（台）9.94.84224051015202530354045CVD PVD中芯国际 180nm 8寸晶圆产线 中芯国际 90nm 12寸晶圆产线数据来源：东京电子可持续发展报告、拓荆科技招股书、 AIRDSK公众号、半导体行业观察、芯智讯、天风证券研究所 14图： 3D NAND结构 NAND 闪存由 2D变 3D，三维堆叠，层数不断增加。 2D NAND结构从中间拉伸，分为两段，通过对折并竖立排成排构成了 3D NAND的叠层结构。 2013年三星“ TCAT”的量产开启了 3D NAND Flash的新时代，三星三代 V-NAND技术将层数由 24层提高到 48层；目前，国内厂商长江存储 128层 3D NAND闪存已量产，并着手研究 232层 3D NAND，有望在 2022年实现量产。 3D NAND在 2D NAND的基础上，通过垂直于二维平面的堆叠实现在有限的面积内增加存储单元的总体积，进而提高存储密度，从24层到 232层 3D NAND，每层均需要经过薄膜沉积工艺步骤，催生更多的薄膜沉积设备需求。 层数堆叠驱动 ALD设备份额增加。 ALD设备相比于 CVD和 PVD设备，可以实现高深宽比、极窄沟槽开口的优异台阶覆盖率及精确薄膜厚度控制，因此在由 2D转为 3D堆叠结构的 NAND Flash工艺中的需求占比会增加。 根据东京电子的披露，在 Flash芯片产线的资本开支占比中， 2D时代的薄膜沉积设备占比为 18%， 3D时代的占比为 26%。同时， 随着层数的不断增加，深宽比进一步增大，需要的 ALD设备更多。18%26%0%5%10%15%20%25%30%2D NAND 3D NAND图： Flash芯片产线中薄膜沉积设备资本开支占比3.2 存储芯片板块： NAND Flash三维堆叠驱动 ALD设备需求增加数据来源：长江存储官网、半导体行业观察、 IC Insight、天风证券研究所3.2 存储芯片板块： NAND Flash三维堆叠驱动 ALD设备需求增加15 技术变革带来新一轮投资高峰。 2021年，在居家办公、线上教学的普及之下， NAND整体需求大增，价格也是持续攀升。 IC Insights预测， NAND闪存资本支出 2022年将增长 8%，达到 299亿美元，超过了 2018年的 278亿美元支出，达到了历史新高。 技术变革带来的闪存资本支出上升在 2017年就已有显现，当时该行业转向 3D NAND，此后每年超过 200亿美元。 2022年，为在技术变革下保持竞争力，大型供应商和小型供应商都采取了适度激进的闪存支出水平，而随着 NAND闪存供应商准备从 2022年底或 2023年开始进入 200多层器件的竞争，设备需求有望延续。10.4 9.7 11.4 11.614.427.2 27.822.624.627.729.9-18%-7%17%2%24%89%2%-19%9% 13% 8%-40%-20%0%20%40%60%80%100%051015202530352012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022FFlash Capex（ Billions of Dollars) %Chg图 ：闪存资本支出（十亿美元）图 ： 3D NAND产品图4. 风险提示16 无法持续引入高端技术人才的风险。 薄膜沉积设备属于半导体专用设备行业，涉及等离子体物理、射频及微波学、微观分子动力学、结构化学、光谱及能谱学等多种科学技术及工程领域学科知识的综合应用，高端技术人才是行业持续发展和保持竞争力的原动力。人才短缺导致专业设备技术革新无法比肩工艺技术发展。 晶圆厂建设进度不及预期。 薄膜沉积设备主要供应商为各大晶圆制造厂，下游晶圆厂产能扩张或建设不及预期会导致薄膜沉积设备的需求量增速变慢，影响上游薄膜沉积设备的供应量扩张。 国内半导体技术进步不及预期。 美中之间技术“冷战”的新发展使得国内半导体公司获取关键的美国半导体制造技术和设备存在一定限制，下游芯片行业的技术进步不及预期。请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明17请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明股票投资评级 自报告日后的 6个月内，相对同期沪深 300指数的涨跌幅行业投资评级 自报告日后的 6个月内，相对同期沪深 300指数的涨跌幅买入 预期股价相对收益 20%以上增持 预期股价相对收益 10%-20%持有 预期股价相对收益 -10%-10%卖出 预期股价相对收益 -10%以下强于大市 预期行业指数涨幅 5%以上中性 预期行业指数涨幅 -5%-5%弱于大市 预期行业指数涨幅 -5%以下投资评级声明类别 说明 评级 体系分析师声明本报告署名分析师在此声明：我们具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，本报告所表述的所有观点均准确地反映了我们对标的证券和发行人的个人看法。我们所得报酬的任何部分不曾与，不与，也将不会与本报告中的具体投资建议或观点有直接或间接联系。一般声明除非另有规定，本报告中的所有材料版权均属天风证券股份有限公司（已获中国证监会许可的证券投资咨询业务资格）及其附属机构（以下统称“天风证券”）。未经天风证券事先书面授权，不得以任何方式修改、发送或者复制本报告及其所包含的材料、内容。所有本报告中使用的商标、服务标识及标记均为天风证券的商标、服务标识及标记。本报告是机密的，仅供我们的客户使用，天风证券不因收件人收到本报告而视其为天风证券的客户。本报告中的信息均来源于我们认为可靠的已公开资料，但天风证券对这些信息的准确性及完整性不作任何保证。本报告中的信息、意见等均仅供客户参考，不构成所述证券买卖的出价或征价邀请或要约。该等信息、意见并未考虑到获取本报告人员的具体投资目的、财务状况以及特定需求，在任何时候均不构成对任何人的个人推荐。客户应当对本报告中的信息和意见进行独立评估，并应同时考量各自的投资目的、财务状况和特定需求，必要时就法律、商业、财务、税收等方面咨询专家的意见。对依据或者使用本报告所造成的一切后果，天风证券及 /或其关联人员均不承担任何法律责任。本报告所载的意见、评估及预测仅为本报告出具日的观点和判断。该等意见、评估及预测无需通知即可随时更改。过往的表现亦不应作为日后表现的预示和担保。在不同时期，天风证券可能会发出与本报告所载意见、评估及预测不一致的研究报告。天风证券的销售人员、交易人员以及其他专业人士可能会依据不同假设和标准、采用不同的分析方法而口头或书面发表与本报告意见及建议不一致的市场评论和 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