半导体行业国产替代六：供需共振，国产半导体设备再启航.pdf

识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 / 21 Table_Page 深度分析 |半导体 证券研究报告 Table_Title 半导体行业国产替代六 供需共振，国产半导体设备再启航 Table_Summary 半导体设备市场规模的成长逻辑在于晶圆产能扩产与技术换代 全球半导体设备市场表现 同全球半导体市场表现呈现高度一致周期性且设备市场增速呈现常年放大半导体销售变化 的特点。 半导体设备成长驱动力之一：受益半导体产能扩张，半导体产品需求拉升对晶圆制造以及代工环节产能需求，从而全球晶圆代工稳步扩产。 半导体设备成长驱动力之二 ：先进制程工艺对制造过程中的掩模版数目、光刻机波长、刻蚀机精度都提出了更高的要求， 设备工艺难度不断提升，价值量增长 。 根据 SEMI 统计，从1991 年到 2018 年，全球半导体设备销售额成长超 6 倍，达到 600 亿美金。 政策助力，下游赋能，持续推动国产半导体设备实力提升 政策上看： 02 专项带动下取得显著阶段成果，诞生了以北方华创、中微电半导体等国内半导体设备龙头厂商，实现 了 国产 半导体设备多个领域从无到有的突破。 根据华芯投资官方微信公众号披露， 大基金一期 共计投资1387 亿元，其中集成电路代工制造类占比 67%， 全面拉升国内设备市场 下游 需求。 下游市场看： 以 LED 产业为例， 受益国内 LED 外延芯片厂商如 三安光电、华灿光电快速成长 ，国内设备厂商凭借 下游市场 优势， 根据 北方华创 2016 年年报披露， AIN Sputter LED 刻蚀机 2016 年 实现市占率全球第一， 根据 中微半导体招股说明书（申报稿）披露 ， 中微半导体 MOCVD2017、2018 年 实现 MOCVD 销量分别为 57、 106 台 。 根据 SEMI 统计， 2018 年中国大陆 半导体设备需求占全球比重为 15%， 未来伴随着国内半导体投资不断增加，有望复现 LED 产业带动上游半导体设备实现跨越成长的路径。 供需共振 ， 国产设备 有望 受益 投资大周期 需求侧 ： 国内新增晶圆厂带来的设备投资进入高峰期， 根据 集微网信息统计 ，目前在建的晶圆厂： 12 寸晶圆厂共 16 条，投资额合计 6,058 亿元；8 寸晶圆厂共 6 条，投资额合计 247 亿元。另外计划建设的晶圆厂 13 条，其中有披露投资额的合计 4,946 亿元 。 供给侧 ： 国产 8 寸半导体设备性能成熟， 12 寸设备 28nm 节点及以上具备商用能力，有望全面受益 本轮投资周期。 产业链相关标的 北方华创、 中微半导体（科创板已受理）、长川科技（广发机械联合覆盖）、 至纯科技 （广发机械 覆盖） 等。 风险提示 技术 更新换代风险；下游投资不及预期风险；专利风险等。 Table_Grade 行业评级 买入 前次评级 买入 报告日期 2019-04-04 Table_PicQuote 相对市场表现 Table_Author 分析师： 许兴军 SAC 执证号： S0260514050002 021-60750532 xuxingjungf 分析师： 王璐 SAC 执证号： S0260517080012 021-60750632 wanglugf 分析师： 余高 SAC 执证号： S0260517090001 SFC CE No. BNX006 021-60750632 yugaogf 请注意，许兴军 ,王璐并非香港证券及期货事务监察委员会的注册持牌人，不可在香港从事受监管活动。 Table_DocReport 相关研究： 半导体行业国产替代系列 :供需东移，国内模拟 IC 产业成长迎来黄金时代 2019-03-20 半导体行业 :国家集成电路产业基金一期投资解析 2019-03-08 半导体行业国产替代系列 :三摄浪潮来袭， CIS 供需两旺成长可期 2019-03-05 Table_Contacts -43%-33%-23%-14%-4%6%04/18 06/18 08/18 10/18 12/18 02/19半导体 沪深 300识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 / 21 Table_PageText 深度分析 |半导体重点公司估值和财务分析表 股票简称 股票代码 评级 货币 股价 合理价值 （元 /股） EPS(元 ) PE(x) EV/EBITDA(x) ROE(%) 2019/4/3 2018E 2019E 2018E 2019E 2018E 2019E 2018E 2019E 兆易创新 603986.SH 买入 RMB 108.21 - 1.78 2.16 60.79 50.10 33.04 24.28 22.50 21.40 数据来源： Wind、广发证券发展研究中心 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 / 21 Table_PageText 深度分析 |半导体目录索引 研究逻辑： . 5 半导体产业发展带动设备行业发展 . 6 半导体设备行业规模扩张的两条主线：晶圆产能与技术换代 . 6 晶圆加工环节核心设备：薄膜沉积、光刻、刻蚀、离子注入 . 7 技术壁垒显著，行业高度集中 . 8 下游崛起，政策扶持有望带动中国半导体设备 行业发展 . 9 受益下游市场崛起，多领域设备已实现国产化突破 . 9 政策扶持带动国产半导体设备健康持续成长 . 11 国内半导体密集投资期，国产设备迎来快速成 长 . 12 需求端：晶圆需求稳步提升，带动晶圆厂建设 . 12 供给端：国产设备实力差距逐步缩小， 14NM 进入验证阶段 . 15 供需共振设备迎来投资大周期 . 17 产业链相关标的 . 19 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 / 21 Table_PageText 深度分析 |半导体图表索引 图 1：研究框架 . 5 图 2：全球半导体销售额（亿美元，左轴）及增速（右轴） . 6 图 3：全球半导体设备销售额（亿美元，左轴）及增速（右轴） . 6 图 4：全球半导体市场产品结构类型（ 2017 年） . 7 图 5：全球晶圆产能按尺寸分布 . 7 图 6：数字逻辑节点先进制程占比不断提高 . 7 图 7：不同技术节点所需掩膜版层数 . 7 图 8：晶圆制造 -加工 -封侧流程以及设备需求 . 8 图 9：前十半导体设备企业营业收入（百万美元，左轴）及前十占比（右轴） . 9 图 10：中国内地新增 MOCVD（台，左轴）、新增 MOCVD 占全球比重（右轴）和北方华创 LED 刻蚀机国内市占率（右轴） . 10 图 11：全球半导体市场产品结构（ 2017） . 11 图 12：全球半导体设备销售市场（ 2017） . 11 图 13：大基金一期投资领域占比 . 12 图 14：一期投资的部分半导体设备企业 . 12 图 15：全球 8 寸晶圆厂产能合计（千片 /月，左轴）及晶圆厂数目（个，右轴） 13 图 16：全球晶圆制造设备资本支出 . 13 图 17：全球 8 寸晶圆厂需求（左轴）及供给（右轴） . 13 图 18：汽车电子业务将持续带动 8 寸晶圆需求 . 13 图 19：全球 300mm 晶圆产能（左轴）及增速（右轴） . 14 图 20：存储器晶圆需求量有望进一步提升 . 14 图 21：存储器领域的摩尔定律逐渐放缓 . 14 图 22：仅靠尺寸缩小无法满足存储器性能提升需求 . 15 图 23：国产设备与国际先进技术水平差距逐渐拉小 . 15 表 1： 2016 年全球半导体设备销售前十大厂商（亿元） . 9 表 2： 02 专项部分参与的半导体设备公司以及阶段性成果整理 . 11 表 3： 2016 年中国半导体设备销售排名 . 16 表 4：部分国产 12 英寸设备在生产线上实现批量应用 . 16 表 5：中国内地已有 9 项应用于 14nm 的装备开始进入生产线步入验证 . 17 表 6： 目前中国内地在建的 22 座晶圆厂 . 18 表 7：国内半导体设备市场空间测算 . 19 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 / 21 Table_PageText 深度分析 |半导体研究逻辑： 1. 半导体设备市场规模的成长逻辑在于晶圆产能扩产与技术换代 全球半导体设备市场表现 同全球半导体市场表现呈现高度一致周期性且设备市场增速呈现常年放大半导体销售变化 的特点。半导体设备成长驱动力之一：受益半导体产能扩张，半导体产品需求拉升对晶圆制造以及代工环节产能需求，从而全球晶圆代工稳步扩产。 半导体设备成长驱动力之二 ：先进制程工艺对制造过程中的掩模版数目、光刻机波长、刻蚀机精度都提出了更高的要求， 设备工艺难度不断提升，价值量增长 。 根据 SEMI统计，从 1991年到 2018年，全球半导体设备销售额成长超 6倍，达到 600亿美金。 2. 政策助力，下游赋能，持续推动国产半导体设备实力提升 政策上看： 02专项带动下取得显著阶段成果，诞生了以北方华创、中微电半导体等国内半导体设备龙头厂 商，实现了 国产 半导体设备多个领域从无到有的突破。根据华芯投资官方微信公众号披露， 大基金一期 共计投资 1387亿元，其中集成电路代工制造类占比 67%， 全面拉升国内设备市场 下游 需求。 下游市场看：以 LED产业为例， 受益国内 LED外延芯片厂商如三安光电、华灿光电快速成长，国内设备厂商凭借 下游市场 优势，根据北方华创 2016年年报披露， AIN Sputter LED刻蚀机 2016年实现市占率全球第一，根据中微半导体招股说明书（申报稿）披露，中微半导体MOCVD2017、 2018年实现 MOCVD销量分别为 57、 106台。 根据 SEMI统计，2018年中国大陆 半导体设备需求占全球比重为 15%， 未来伴随着国内半导体投资不断增加，有望复现 LED产业带动上游半导体设备实现跨越成长的路径。 3. 供需共振，国产设备有望 受益 投资大周期 需求侧 ： 国内新增晶圆厂带来的设备投资进入高峰期， 根据我们的统计，目前在建的晶圆厂： 12寸晶圆厂共 16条，投资额合计 6,058亿元； 8寸晶圆厂共 6条，投资额合计 247亿元。另外计划建设的晶圆厂 13条，其中有披露投资额的合计 4,946亿元 。 供给侧 ： 国产 8寸半导体设备性能成熟， 12寸设备 28nm节点及以上具备商用能力，有望全面受益 本轮投资周期。 图 1： 研究框架 数据来源：广发证券发展研究中心 8 寸产线投资回暖需求端 12 寸产线稳定成长8 寸晶圆设备成熟12 寸 2 8 n m 节点商用供给端02 专项大基金政策扶持发展现状技术提升建厂增加低国产化 初期空白下游需求 半导体市场提升 节点更新换代晶圆产能提升 技术更新，价值量提升供需共振识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 / 21 Table_PageText 深度分析 |半导体半导体产业发展带动设备行业发展 半导体设备行业规模扩张的两条主线：晶圆产能与技术换代 半导体设备下游客户以及需求主要为晶圆制造厂商、晶圆代工厂商以及 封装测试厂商等，晶圆作为半导体加工重要原材料，产能不断 扩充 拉动 上游设备需求 。同时 摩尔定律驱动晶圆代工技术不断提升，驱使半导体设备技术难度与价值量不断提升， 因此半导体设备市场规模跟踪主线清晰明确：晶圆产能扩张以及先进制程进步。 半导体设备成长驱动力之一： 受益半导体产能扩张 ，但增速高于半导体产能扩张 。 2017年全球半导体销售额实现 4122亿美元，同比增长 21.6%， 17年全球半导体需求依然稳步增长。半导体产品需求拉升对晶圆制造以及代工环节产能需求，从而全球晶圆代工稳步扩产 。 2017年 全球半导体设备销售额 556亿美元，同比增长35.6%。 全球半导体设备市场表现同全球半导体市场表现呈现高度一致周期性 且设备市场增速呈现常年高于半导体销售 增速的特点 。 图 2： 全球半导体 销售额（亿美元 ， 左轴 ） 及增速（右轴） 图 3： 全球半导体设备 销售额（亿美元 ，左轴 ） 及增速（右轴） 数据来源： WSTS， 广发证券发展研究中心 数据来源： SEMI， 广发证券发展研究中心 半导体设备成长驱动力之二： 摩尔定律驱动数字 IC性能提升，受益半导体制造技术更新换代 。 全球半导体 市场产品结构中集成电路产品占比约 84%,其中数字 IC类产品（微处理器 +逻辑电路 +存储器电路）占比约为 87%，折算后数字 IC类产品市场份额相较于半导体市场占比不低于 70%左右。由于数字 IC类产品 性能 受摩尔定律驱动， 先进制程工艺可实现更高的运算速度以及存储容量。但与此同时先进制程工艺 对制造过程中的掩模版数目、光刻机波长、刻蚀机精度都提出了更高的要求， 且数字 IC产品主要使用 12英寸晶圆，为实现最大收益预计 12英寸晶圆产能占比将会持续提升。 未来受益 12英寸晶圆产线占比提升以及先进制程工艺占比提升，以 12英寸为主的先进工艺半导体设备 依然需求量巨大 。 - 4 0 %- 3 0 %- 2 0 %- 1 0 %0%10%20%30%40%50%0500100015002000250030003500400045005000半导体销售额 同比变动- 1 0 0 %- 5 0 %0%50%100%150%200%0100200300400500600700半导体设备销售额 设备同比变动 半导体同比变动设备销售额增速长年高于半导体销售增速识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 / 21 Table_PageText 深度分析 |半导体图 4： 全球半导体市场产品结构类型 （ 2017年） 图 5： 全球晶圆产能按尺寸分布 数据来源： WSTS， 广发证券发展研究中心 数据来源： SEMI， 广发证券发展研究中心 图 6： 数字逻辑节点先进制程占比不断提高 图 7： 不同技术节点所需掩膜版层数 数据来源： SEMI， 广发证券发展研究中心 数据来源： EEFocus， 广发证券发展研究中心 晶圆加工环节核心设备 ：薄膜沉积、光刻、刻蚀、离子注入 半导体制造过程 分分为三部分晶圆制造、晶圆加工和封装测试。 不同过程所需投资额以及相应半导体设备不同。按工程投资分类洁净室投资占比约为 20-30%左右，其余的 70%主要为半导体相关设备采购。其中晶圆加工环节（即赋予晶圆相应的电学特性）所需设备投资价值占比最高约占 80%左右。封装测试环节和晶圆制造环节收先进制程工艺影响较小，对于设备精度需求相对较低因此所需设备投资价值量占比较低分别为 20%和 0.5%。 晶圆加工环节设备中的薄膜沉积设备、光刻设备、刻蚀设备以及离子注入设备直接决定加工的晶体管的最小尺寸，因此被往往被 称为关键制程设备，约占晶圆厂投资的 44.5%左右。 薄膜沉积设备： 在晶圆上沉积各种材料的薄膜是微纳加工的重要手段之一 ，主要方法有物理气相沉积（ PVD）和化学气相沉积（ CVD）。 代表公司为 AMAT。 光刻机设备： 光刻机设备是集成电路制造的核心设备，光刻设备的分别率直觉决定集成电路当中的最小线宽，光源波长直接决定工艺先实现的最小分立器件5%光电子器件8%传感器3%其中：模拟电路13%微处理器16% 逻辑电路25%存储器电路30%集成电路84%数字 IC 类产品占比高于 70%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%150mm 200mm capaci ty 300mm12 寸 晶圆 占比 提升0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100% 65mm 65nm 40/45nm 28nm 16/20 nm 10 nm010203040506070801 3 0 n m 9 0 n m 6 5 n m 4 0 n m 2 8 n m 2 0 n m 1 6 n m 1 0 n m 7 n m 5 n mTSMC Mask Cou nt量 ： 8 寸晶圆厂几乎全部为 90nm 及以上（除利基型存储器）价 ： 12 寸 Mask 更贵识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 / 21 Table_PageText 深度分析 |半导体晶体管尺寸，目前 32nm以下主要使用 EUV（极紫外光） ， 代表目前最前沿的光刻技术。由于光刻机技术壁垒较高，目前先进工艺光刻机制造基本被 ASML垄断。 刻蚀设备： 与薄膜沉积过程相反， 刻蚀主要为用化学或者物理方法将晶圆表面不需要的材料逐渐去除的过程。 按照工艺划分，刻蚀主要分为湿法刻蚀和干法刻蚀两类 ， 与湿法化学刻蚀相比，干法刻蚀对温度不那么敏感，工艺重复性好 ，成为目前主流选择。 行业龙头是 Lam Research、 TEL和AMAT，国产刻蚀机的生产主要有两家，中微半导体和北方华创。 离子注入设备： 离子注入（一种掺杂形式）是集成电路制造中不可或缺的一环。在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射 (注入 )固体材料，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区域的硅的导电性。行业龙头是 AMAT。 图 8： 晶圆制造 -加工 -封侧流程以及设备需求 数据来源： 中国半导体协会，半导体制造技术 MichaelQuirk， 广发证券发展研究中心 技术壁垒显著，行业高度集中 全球半导体设备市场步入第三阶段，马太效应逐渐凸显。 回顾半导体设备成长历史可以大致分为三个阶段， 第一阶段为 1995年之前的内生增长阶段，整体行业体量较小，企业依赖内生成长为主。第二阶段为 1996年到 2012年的行业外延调整 ，行业内并购时间频发。 2013年 至今全球半导体设备发展步入第三阶段，市场格局基本成型，各细分领域龙头公司市占率 突破 40%，反垄断法加持下，并购归于沉寂。半导体设备巨头马太效应逐渐凸显，同时聚焦自身细分领域深入布局，加筑自身壁垒。 多晶硅 拉晶 切割 晶圆 清洗 氧化 /扩散CVD光刻 刻蚀离子注入/ 扩散光阻去除电镀镀层CP点测封装 测试 应用封测（占比 20% ）晶圆加工（占比 80% ）晶 圆制造（占比 0 . 5 % ）晶圆制造环节相关设备 熔炼矿热炉 单晶炉 切片机 C M P / 清洗机晶圆加工环节相关设备 薄膜沉积设备（ 18% ） 光刻设备（ 24% ） 刻蚀设备（ 10% ） 离子注入设备（ 2 . 5 % ） 工艺控制设备（ 10% ） 清洗设备（ 6% ） 其他加工设备（ 8% ）封装测试相关设备 封装设备 （ 10% ） C P & F T 设备 （ 8% ）识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 9 / 21 Table_PageText 深度分析 |半导体图 9：前十半导体设备企业营业收入（百万美元 ，左轴 ） 及前十占比（右轴） 数据来源： SEMI， 广发证券发展研究中心 细分市场竞争格局高度集中，行业前四主要为关键制程设备供应商 。 全球半导体设备商排名基本保持稳定且以投资了较大且跟随工艺制程进步的关键制程设备供应商为主（应用材料、阿斯麦、东京电子以及泛林）。同时由于关键设备精度直接决定制程水平以及代工良率水平，设备厂商会不断提前布局关键节点并且提高设备精度以满足下游晶圆代工需求。强大的技术可靠性要求以及快速的更新迭代速度迫使行业逐渐细分和聚焦。紧跟技术前沿和技术壁垒较高的企业不断实现市占率提升，目前单一设备领域前三市场占有率总和均高于 70%，细分市场高度集中特征明显。 表 1： 2016年全球半导体 设备销售前十大厂商（亿元） 数据来源： SEMI、 Bloomberg， 广发证券发展研究中心 下游崛起，政策扶持有望带动中国半导体设备行业发展 受益下游市场崛起，多领域设备已实现国产化突破 LED领域 为例，受益国内下游崛起，上游多种设备突破 目前我国 半导体设备已经在多领域打破垄断，实现跨越式发展。 以 LED设备 领50%60%70%80%050001000015000200002500030000350001998 1999 2004 2005 2006 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2015 2016（百万美元）应用材料 泛林 阿斯麦 东电电子 科天 爱得万 尼康泰瑞达 日立高新 佳能 迪恩士 诺发系统 ASM 国际 前十占比排名 公司 国家 设备收入主要产品领域C V D / P VD光刻干法 / 湿法刻蚀离子注入热处理清洗设备过程工艺控制C P & F T检测1 应用材料 美国 76.50 30%/55% 73% 50% 2 阿斯麦 荷兰 75.21 60% 3 东京电子 日本 65 .53 21%/* 20%/23% 18% 4 泛林 美国 63.75 40% 53%/* 17%5 科磊 美国 32.59 50%6 DNS 日本 17 .87 */54 % 53% 7 爱德万 日本 14.09 40%8 泰瑞达 美国 13.69 50%9 日立高新 日本 10.96 10 尼康 日本 8.90 15%总体市场 412.4 亿 美元识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 10 / 21 Table_PageText 深度分析 |半导体域 为例 ， 在 2010年 -2013年间国内 LED产业带动国内 LED外延芯片厂商如雨后春笋般快速成立，带动短期 LED半导体设备需求量快速提升。在庞大的需求量和设备供不应求的状况下，下游评估团队从风险最小成熟外商方案逐渐向选拔国内高质量高性能供货商转换，带动国内 LED刻蚀机市占率实现从 0到 1突破，后期伴随自身产品性能逐渐提升，成本逐渐降低，实现市占率跨越式发展。 根据北方华创 2016年年报披露， 在 LED领域国产半导体设备厂商北方华创的 AIN Sputter LED刻蚀机 2016年实现市占率全球第一。 图 10： 中国 内地 新增 MOCVD（台 ，左轴）、新增 MOCVD占全球比重（右轴）和 北方华创 LED刻蚀机国内市占率 （右轴） 数据来源： LED inside、 IHS、 2018 年中国半导体制造设备战略峰会 ， 广发证券发展研究中心 下游国产化带动 LED外延设备 MOCVD亦实现逐渐突破， 根据中微半导体招股说明书（申报稿）披露，中微半导体 MOCVD2017、 2018年实现 MOCVD销量分别为 57、 106台。 半导体设备 有望复制 LED设备成功 路径 目前中国依然为最主要的全球半导体 需求 市场， 2017年占比为 57%。半导体设备需求 占 全球 比 重 为 15%。未来伴随着国 内 半导体投资不断增加 ，有望复现 LED产业带动上游半导体设备实现跨越成长的路径 。 0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%0501001502002503003504002009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016新增 MO CV D 数目 新增 MO CV D 占比 LED 刻蚀机市占率（ % ）国内各地区政府强力补贴L ED 外延芯片厂密集成立性能 优势凸显快速成长