怎么区分精准深孔钻的年份(高端半导体设备领军者中微公司深度解析)

Posted 2023-05-26

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怎么区分精准深孔钻的年份(高端半导体设备领军者中微公司深度解析)

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1 国产半导体设备领军企业，创新促进业绩高速增长

1.1 刻蚀设备比肩国际巨头，MOCVD 实现国产替代

公司深耕刻蚀设备，技术比肩国际巨头。中微公司成立于 2004 年，前身为中微有限。公司主营业务为半导体等离子刻蚀设备（Etch）和用于 LED 的金属气相沉积设备（MOCVD），刻蚀设备方面，公司自成立以来便着手开发等离子刻蚀设备，目前已涵盖 CCP、ICP 和深硅刻蚀三大领域，刻蚀设备已在海内外一流客户芯片生产线进行 65 纳米到 5 纳米工艺的芯片加工制造。由于公司开发出与美国设备公司具有同等质量和相当数量的等离子体刻蚀设备并实现量产，美国商务部在 2015 年宣布解除了对我国等离子体刻蚀设备多年的出口管制。

CCP 刻蚀设备：自成立伊始公司就着手开发甚高频去耦合等离子体刻蚀设备 Primo D-RIE（CCP 刻蚀设备），到目前为止已成功开发了双反应台 Primo D-RIE、双反应台 PrimoAD-RIE 和单反应台 Primo SSC AD-RIE 三代刻蚀设备，以及用于存储芯片的 Primo HD-RIE，涵盖 65 -5 纳米微观器件的众多刻蚀应用。

ICP 刻蚀设备：2012 年公司开发电感性等离子体刻蚀设备（ICP 刻蚀设备）， 2018 年发布第一代电感耦合等离子体刻蚀设备 Primo nanova，该设备不仅能够用于多种导体刻蚀工艺，比如浅沟槽隔离刻蚀（STI）、多晶硅栅极刻蚀；同时可用于介质刻蚀，如间隙壁刻蚀（Spacer Etch）、掩模刻蚀（Mask Etch）、回刻蚀（Etch Back）等，具有业界领先的生产率和卓越的晶圆内加工性能。到目前为止单反应台 Primo nanova 设备已进入生产线，双反应台 Twinstar 设备已获得客户验证。

深硅刻蚀设备：公司针对集成电路先进封装和 MEMS 传感器产业发展的市场需求，开发了应用于这些领域的电感性等离子体深硅刻蚀设备，产品在国内成为主流，并已进入欧洲先进生产线。

18 年下半年公司氮化钾基 LED MOCVD 设备全球市占率 60%以上。2010 年公司开始开发用于 LED 器件加工中最关键 MOCVD 设备。目前公司已开发了三代 MOCVD 设备，主要用于蓝绿光 LED 和功率器件等生产加工，其中 2017 年上市的 Prismo A7 产品凭借高性价比迅速抢占国际巨头市场。据 IHS 统计，18 年下半年公司占据全球氮化镓基 LED MOCVD 设备市场的 60%以上，已成为全球氮化钾基 LED MOCVD 设备龙头。

2019 年公司被 VLSI Research 评为全球仅有的五家五星级评级晶圆制造商之一。2016 年公司着手境内上市，2018 年公司完成股份制改革，2019 年在上海证券交易所科创板挂牌上市。公司是中国为数不多具有直接国际竞争力的半导体设备企业，2019 年被 VLSI Research 评为全球仅有的五家五星级评级晶圆制造商之一。

客户涵盖国内外主流晶圆厂和 LED 制造商，客户认可度和丰富度不断提升。公司目前已成为多家 IC 制造、半导体封测和 LED 芯片制造主流企业的供应商，刻蚀设备领域客户包括台积电、中芯国际、联华电子、华力微电子、海力士、长江存储、华邦电子、晶方科技、格罗方德、博世、意法半导体等，MOCVD 设备客户代表包括三安光电、璨扬光电、华灿光电、乾照光电等。随着公司收入规模增大，新产品不断丰富，公司产品在 IC 制造、封测和 LED 产线中渗透情况提升，从公司 16-18 年前五大客户变化趋势可以看出公司客户结构不断丰富，产品的客户认可度不断提升。

1.2 核心技术团队实力雄厚，大基金加码护航公司多元化布局

核心技术团队带头+国产工程师工匠精神，破局国外高端设备垄断。集成电路产业的芯片内部结构极其复杂，有几十层的微观结构，需要经过几百个乃至上千个高度精密的步骤才能制造出来，是一个集千百万人智慧、英雄辈出的产业。公司致力于半导体微观加工设备的开发，追求技术创新和产品的差异化，以推动国家走向科技强国和制造强国为己任。在这样的愿景和使命下，公司汇聚了一批海内外优秀研发人员和工程技术人员，截至 2019 年底，公司共有员工 723 人，其中研发人员 276 人，占比 38%，工程技术人员 145 人，占比 20%。公司核心技术人员均曾经在泛林半导体（Lam Reserch）、美国应用材料（AMAT）等国际半导体设备龙头公司担任要职，相关资历深厚。公司将在核心技术成员引领，及众多研发、工程人员推动下不断向高端刻蚀设备等半导体设备国产替代进发。

公司产品及客户满意度在 VLSI 国际排名中多次位列前三。2018-19 年，公司连续在美国领先的半导体产业咨询公司 VLSI Research 举办的半导体产业评比中获奖。2018 年公司在全球半导体设备公司的“客户满意度”调查和评比中，综合评分为全球第三，在单项设备评比中，等离子体刻蚀设备名列第二，薄膜沉积设备名列第一；2019 年公司综合评分保持全球第三，并在芯片制造设备专业型供应商和专用芯片制造设备供应商评比中均名列第二，同时，全球晶圆制造设备商评级为五星级公司仅有五家，公司是其中之一，以上获奖展现了公司产品全球领先的竞争力和市场认可度。此外，公司的等离子体刻蚀设备获得了中国国际工业博览会组委会颁发的“第十六届中国国际工业博览会金奖”，公司研发的超大反应腔 MOCVD 设备 Prismo A7 获得了“第二十届中国国际工业博览会银奖”等高级别奖项。

“大基金”注资 4.8 亿元，加码公司半导体业务发展。2014 年年 6 月，《国家集成电路产业发展推进纲要》出台并提出要建立国家产业基金，加大对半导体产业的金融支持力度。 2015 年，公司获得产业大基金 4.8 亿元投资，这也是大基金在上海半导体行业的第一笔投资。此外，公司还获得上海创投等国有资本注资，上海创投是助力高新技术产业发展的专项基金。公司的股权结构较为分散，截至 2019 年底，公司第一大股东上海创投持股比例为 18.02%，第二大股东巽鑫投资的持股比例为 17.45%，其中巽鑫投资由国家集成电路产业投资基金（大基金）100%控股。

参股沈阳拓荆、睿励科学，控股中微汇创、汇链，多元化应对行业波动。半导体设备市场周期性强，是半导体整个产业链中波动最大的，要求设备公司必须要多样化发展。根据公司未来十年发展战略，公司将以刻蚀设备为起点，向其他集成电路设备、泛半导体设备和非半导体应用三个维度不断延伸，在 10-15 年成为国际一流的微观加工设备公司。

集成电路设备方面：公司先后参股沈阳拓荆和睿励科学，向半导体 CVD 和前道检测领域延伸。2010 年公司认缴出资沈阳拓荆 10.96%股权，沈阳拓荆主要致力于研发生产先进的化学气相沉积设备（CVD），主要产品包括 8 英寸和 12 英寸等离子体化学气相沉积设备（PECVD）、原子层薄膜沉积设备（ALD）、三维结构闪存专用 PECVD 设备（3D NAND PECVD）等，下游客户覆盖晶圆制造、芯片封装、显示面板等多个领域，并已经在长江存储等先进晶圆厂获得重复订单。2019 年 8 月，公司公告拟向睿励科学仪器（上海）有限公司进行投资，睿励科学仪器是国内技术领先的集成电路工艺检测设备供应商，主要产品包括光学检测设备、硅片厚度及翘曲测量设备及宏观缺陷检测设备等，可应用于 14nm 和 64 层 3D NAND 等先进工艺。

泛半导体设备和非半导体产业方面：公司的 MOCVD、MEMS 深硅刻蚀机已经获得客户验证，占据了一定市场份额。公司还将继续拓展子公司中微汇创的环境保护产品 VOC 设备，以及中微汇链半导体设备和材料互联网业务，培育和推广泛半导体行业生态链。

1.3 高研发投入推动产品不断创新，业绩高速增长

19 年公司研发投入营收占比为 21.8%。公司能在高端刻蚀设备与 MOCVD 设备上与国际半导体领先企业媲美，主要依托核心技术的自主创新，完成相关产品从 0 到 1 的突破。公司采取自主研发模式，研发流程主要包括概念与可行性阶段、Alpha 阶段、Beta 阶段、量产阶段，其中在 Alpha 阶段后公司将研发资本化。16-18 年，公司累计研发投入 10.4 亿元，约占三年累计营业收入的 34.2%。2019 年公司研发投入 4.2 亿元，占收入比重为 21.8%，其中研发投入资本化比重为 41.3%。公司 16-19 年四年研发投入占累计营收比重为 28.3%。高水平研发投入帮助公司不断实现核心技术创新，保持收入和利润的高速增长。

2017-19 年公司归母净利润 CAGR 为 151.0%。依托在刻蚀、MOCVD 设备领先的技术优势和产品的不断创新，公司营收和利润保持高速增长。公司 19 年营业收入为 19.5 亿元，同比+18.8%，归母净利润 1.9 亿元，同比+107.5%。16-19 年，公司营业收入从 6.1 亿元增长到 19.5 亿元，四年 CAGR 为 47.2%；16-19 年，公司归母净利润从-2.4 亿元增长到 1.9 亿元，其中 2017-19 三年 CAGR 为 151.0%，业绩高速增长。分季度看，公司三四季度营收占比较高，主要系国内晶圆厂通常年初作出全年的资本性支出计划，公司刻蚀设备和MOCVD 设备采取以销定产的方式，从立项后原材料采购到客户验收通过的总体平均时间分别为 5.7 个月和 10.6 个月，大部分设备相对集中于下半年验收。

分产品看，刻蚀+MOCVD 设备营收占比 81.6%，MOCVD 以价换量抢占市场。19 年公司专用设备（刻蚀+MOCVD）销售 15.9 亿元，占总营收的 81.6%，公司 MOCVD 设备主要由子公司中微南昌和中微厦门进行销售，我们以两家子公司的营收之和，来估算公司 2019 年 MOCVD 设备的销售收入，则公司 19 年 MOCVD 营收约为 9.31 亿元，同比+11.8%，占总营收的 47.7%，倒推估计公司 19 年刻蚀设备营收约 6.56 亿元，同比+16.1%，占总营收的 33.6%。公司刻蚀设备收入易受客户资本支出波动影响，例如 2017 年公司刻蚀设备销售同比-38.5%，随着半导体周期复苏和国内晶圆厂资本支出加速以及台积电、三星等先进制程提速，预计公司刻蚀设备未来将保持较高增速。 2017 年，公司推出 Primo A7 MOCVD 设备，一经推出便依托高性价比和双反应台技术迅速抢夺爱思强和维易科的市场， 18 年公司采取以价换量策略进一步争取市场份额，2018 年下半年公司占据全球氮化镓基 LED MOCVD 设备市场的 60%以上。分地区看，公司大陆地区收入占比 83.0%，台湾地区收入占比 13.8%。

刻蚀设备毛利率较高，期待 MOCVD 市场稳定+新产品释放后毛利率复苏。公司刻蚀设备毛利率较高，2018 年刻蚀设备毛利率为 47.5%，但当年公司毛利率为 35.5%，同比小幅下降 3.1pp，主要是公司为了进一步抢占 MOCVD 的市场份额，采取以价换量的策略，使得 18 年 MOCVD 毛利率下降到 26.3%，收入占比达 50.8%，以价换量的策略使得公司成为全球氮化钾基 MOCVD 龙头，18 年下半年公司占据全球氮化镓基 LED MOCVD 设备市场的 60% 以上。2019 年公司整体毛利率为 34.93%，目前公司研发的用于制造深紫外光 LED 的 MOCVD 设备，已在行业领先客户端验证成功；用于 Mini LED、Micro LED、功率器件的 MOCVD 设备正在研发阶段，期待未来在 MOCVD 市占率稳定及新产品投产后公司毛利率将逐步复苏。

费用管控良好，19 年公司净利率 9.7%，同比+4.2pp，人均产值 269.3 万元。随着营收规模的持续上升，公司销售费用率和管理费用率逐年降低。2019 年公司销售/管理/财务费用率分别为 10.1%/5.6%/-0.1%，分别同比-3.1pp/-2.4pp/-0.7pp。公司三费率从 2016 年的 31.3% 下降到 2019 年的 15.7%。在良好的费用管控能力推动下，公司净利率稳步提升，2019 年公司净利率为 9.7%，同比+4.2pp，2019 年公司人均产值为 269.3 万元，人均产值不断提升。

2 技术篇——刻蚀引领逻辑、存储、MEMS 和封装工艺发展

2.1 等离子刻蚀为主流，与薄膜沉积共同推动先进工艺发展

刻蚀承接光刻，设备投资占晶圆制造设备的 24%。光刻是用照相复印的方法，将掩模版上的图形精确地复印到涂在硅片表面的光刻胶或其他掩蔽膜上面，然后在光刻胶或其他掩蔽膜的保护下对硅片进行刻蚀。而所谓刻蚀就是将光刻产生的光刻胶图形，包括线、面和孔洞，准确无误地转印到光刻胶底下的材质上，以形成集成电路的复杂结构。

刻蚀可分为湿法刻蚀和干法刻蚀，干法刻蚀为当前主流。早期刻蚀技术是采用湿法刻蚀的方法，主要是利用溶液与被刻蚀材料之间的化学反应，先使未被光刻胶覆盖部分的被刻蚀材料分解和转变为可溶于此溶液的化合物，然后去除。湿法刻蚀的优点是工艺简单、设备简单，而且成本低、产能高，具有良好的刻蚀选择比。但由于化学反应没有方向性，湿法刻蚀会有侧向刻蚀而产生钻蚀现象，属于各项同性刻蚀。当集成电路中的器件尺寸越来越小，对尺寸形貌的要求也越来越高，湿法刻蚀的各向同性导致的钻蚀现象也愈加严重，并造成图形线宽失真。因此，湿法刻蚀更多用于干法刻蚀之后残留物的去除。干法刻蚀是通过等离子气体与硅片发生物理或化学反应（或结合物理、化学两种反应）的方式将表面材料去除，主要用于亚微米尺寸下刻蚀，由于具有良好的各向异性和工艺可控性已被广泛应用于芯片制造领域。

干法刻蚀分为物理刻蚀和化学刻蚀。干法刻蚀包括物理刻蚀和化学刻蚀，其中物理刻蚀是指利用辉光放电将气体（如 Ar 气）电离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被刻蚀物的表面而将被刻蚀物的原子击出，该过程完全是物理上的能量转移。化学刻蚀是利用等离子体将刻蚀气体电离并形成带电离子、分子及反应性很强的原子团，它们扩散到被刻蚀薄膜表面后与被刻蚀薄膜的表面原子反应生成具有挥发性的反应产物，并被真空设备抽离反应腔。

等离子刻蚀兼具化学和物理双重性质，应用最广，分为 CCP 和 ICP。目前应用最广的刻蚀技术是使用物理和化学刻蚀混合的方式，兼具非等向性与高刻蚀选择比的双重优点，也就是等离子刻蚀。这种方法首先利用等离子体放电产生的带化学活性的粒子，之后等离子体在离子的轰击下开始刻蚀。加入离子轰击的作用有三：○ 1 破坏被刻蚀材质表面的化学键以提高反应速率；○ 2 将化学反应不易完全清除的杂质通过物理性的方法清除；○ 3 将二次沉积在被刻蚀薄膜表面的产物或聚合物打掉，以使被刻蚀表面能充分与刻蚀气体接触。由于在表面的二次沉积物可被离子打掉，而在侧壁上的二次沉积物未受到离子的轰击，可以保留下来阻隔刻蚀表面与反应气体的接触，使得侧壁不受刻蚀，所以采用这种方式可以获得非等向性的刻蚀。根据产生等离子体方法的不同，干法刻蚀主要分为电容性等离子体刻蚀（CCP）和电感性等离子体刻蚀（ICP）；电容性等离子体刻蚀主要是以高能离子在较硬的介质材料上，刻蚀高深宽比的深孔、深沟等微观结构；而电感性等离子体刻蚀主要是以较低的离子能量和极均匀的离子浓度刻蚀较软的和较薄的材料。这两种刻蚀设备涵盖了主要的刻蚀应用。

刻蚀与薄膜沉积结合：多重掩膜技术推动先进工艺发展。随着集成电路芯片制造工艺的进步，线宽不断缩小、芯片结构 3D 化，晶圆制造向 7 纳米、5 纳米以及更先进的工艺发展。由于普遍使用的浸没式光刻机受到波长限制，14 纳米及以下的逻辑器件微观结构的加工将通过等离子体刻蚀和薄膜沉积的工艺组合——多重模板效应来实现，使得相关设备的加工步骤增多。刻蚀设备和薄膜沉积设备有望正成为更关键且投资占比最高的设备。

2.2 等离子刻蚀发展方向：向低压、高密度演变

刻蚀设备的总体演化路径是等离子浓度越来越高，气压越来越低。按照离子密度分，可以将刻蚀设备演化路径分成低密度等离子体、中密度等离子体、低压高密度等离子体，其中低密度等离子体包括桶式和平行板式，中密度等离子体包括 RIE/CCP 和 ME-RIE/CCP，低压高密度等离子体包括 ICP 和 HDP/TCP 设备。

第一代：桶式与平行板式——精确度不够，高能粒子轰击可能引起器件损伤。早期的等离子刻蚀机被设计成圆柱形，像木桶一样，这种刻蚀去除正性光刻胶效率高，缺点是高能离子会在圆筒形反应器中的无序碰撞，更偏向各向同性刻蚀。平行板式刻蚀机有两个大小和位置对称的平型金属板，利用电势差形成高能离子轰击被刻蚀部分，属于偏物理性的刻蚀，相比桶式刻蚀机各向异性更好，缺点是高能离子的轰击可能会引起器件损伤，需要更低气压以确保更小尺寸图形转移的精确度。

第二代：RIE/CCP 和 ME-RIE/CCP——等离子体密度增大，精确度提升。RIE/CCP 可以产生中等密度等离子体，采用直流自偏置电压可控制离子能量，相比第一代等离子刻蚀机可以以更低气压确保更小尺寸图形转移的精确度。ME-RIE/CCP 则是通过外加磁场的方式，使等离子电离度更高，密度更大。但采用电容耦合形成的等离子体单个能量较高，对材料表面物理伤害大。

第三代：ICP 和 HDP/TCP，低轰击能量、高密度等离子体，同时兼顾刻蚀速率和高选择比。相比电容耦合通过射频电场将功率直接传给等离子，电感耦合是通过磁场将射频功率传递给等离子，不用把能量花费在通过施加到晶圆表面的高压来加速离子，因此电感耦合在等离子产生方面效率更高，可以同时兼顾高等离子体密度和低离子轰击能量，从而实现高刻蚀速率和高选择比。HDP 是对低气压下产生高密度等离子体浓度的统称， ICP 即为一种 HDP 技术，此时产生的等离子体具备低气压、大口径、高密度等特性，更易得到垂直的离子轰击作用和各向异性的刻蚀形貌，在该系统中可认为中性粒子和离子在鞘区内是无碰撞的，离子的轰击路径更为垂直，TCP 技术则要求离子的密度与离子能量被分别控制，使得刻蚀精确度更高，例如原子层刻蚀（ALD），目前已逐渐开始在刻蚀领域崭露头角。

2.3 存储、逻辑、后道封装中的先进刻蚀工艺应用

2.3.1 存储器——极高深宽比刻蚀与硬掩膜层刻蚀

硬掩膜版刻蚀、极高深宽比刻蚀和阶梯刻蚀成为 3D NAND 制造难点。NAND 型闪存一直致力于缩小关键尺寸，增加单位面积存容量的研究，以缩减制造成本。2D NAND 主要依托光刻技术实现光刻等比例缩放存储器单元的尺寸。但是随着关键尺寸缩小面临的瓶颈，传统缩减成本的方法已经显得不是很有成效。为了维持目前的成本缩减速度，工业界转用 3D 技术在单一硅片上堆纵向叠闪存芯片，对于 3D NAND 来说，挑战从光刻转移到薄膜淀积和刻蚀技术。从刻蚀角度来说，主要难点包括硬掩膜版刻蚀（Hardmask etch）、极高深宽比刻蚀（HAR）和阶梯刻蚀（Stair etch）。

硬掩膜版刻蚀将光刻胶图案转移到硬掩膜版上，并进行 HAR 刻蚀前的开孔。制造 3D NAND 要从衬底开始，首先要用化学气相沉积（CVD）方法，在衬底上逐层淀积和堆叠薄膜。在堆叠层沉积工艺之后，将硬掩模版施加在膜堆上，并且在顶部上形成孔图案。这一步就是硬掩膜版刻蚀。碳/石墨烯材料因其较高的杨氏模量和类金刚石的特点，可以提高刻蚀选择比，是刻蚀中作为硬掩膜版的理想材料。这一刻蚀步骤主要使用 C-F 等离子体化刻蚀 BARC/DARC（有机抗反射层）来定义 CD（临界线宽），然后刻蚀硬掩膜并去除光刻胶，将光刻胶上的图形转移到硬掩膜层上，并去除光刻胶和 BARC 材料，目前先进的工艺已经可以通过控制等离子体气流、浓度以及压强来平衡反应气体，从而控制微小变形、形貌微调和提高可重复性。

极高深宽比（HAR）刻蚀是 3D NAND 制作中最难的一步。在硬掩膜版上打孔之后，就是极高深宽比的刻蚀，对于 3D NAND，刻蚀工具必须从器件堆叠的顶部向底部衬底钻出无数个微小的圆形孔或通道，每个通道必须平行和均匀，主要步骤包括使用 C-F 等离子体刻蚀绝缘材料形成 HAR 结构，然后使用 C-F 等离子体去除刻蚀阻挡层，接触到下层导电层，使用 O2 等离子体去除残余图形材料。可以通过选择恰当的反应气体增加侧壁保护的钝化层、控制等离子体中的有机聚合物吸附、优化电离能量和等离子密度，从而达到控制形貌控制、均匀线宽、提高重复性的要求。

阶梯刻蚀是将存储单元连接到器件底部的关键步骤，涉及多次刻蚀的重复。决定存储单元和台阶面积的两个最重要因素是狭缝节距和台阶节距。传统上，可以通过减小狭缝和台阶结构的尺寸和节距来减小存储单元和台阶面积，但也会造成狭缝节距减小，通孔节距减小等问题，给刻蚀带来通孔桥连，以及通孔和衬底虚连等缺陷。目前的先进工艺已经逐渐修复上述问题的产生。

2.3.2 逻辑芯片——大马士革技术解决先进制程铜互连问题

先进制程工艺下，铜取代铝作为金属互连材料。0.18 微米技术节点以上的传统集成电路制造工艺主要采用铝作为金属互连材料，但是随着金属互连线的尺寸越来越小，铝作为金属互连材料的缺点逐渐显示出来。在常温下，铝的电阻率为 2.8μΩ·cm，而铜的电阻率为 1.7μΩ·cm，约为铝的 60%，铜金属的使用能大大降低互连线的电阻，从而降低 RC 延迟。除了低电阻的优点，与铝相比，铜的熔点更高，因此拥有更好的抗电迁移能力，电子迁移失效时间要比铝高两个数量级。因此采用铜作为金属互连材料不仅能直接降低互连线的电阻，而且还能增强互连线的可靠性。

大马士革工艺克服铜的难以刻蚀问题。在铜作为金属互连材料之前，一般是通过对铝进行一般的干法刻蚀完成互连，然而铜是一种稳定金属，在与刻蚀气体反应时不会产生挥发性的副产品，因此不能像铝那样使用干法刻蚀工艺直接刻蚀铜，以形成金属互连线图形。目前业界采用的解决方案是由 IBM 在 1997 年研发成功的大马士革工艺（Damascene）。该工艺避免了对铜金属的直接刻蚀。

大马士革工艺具体步骤：各向异性刻蚀来刻蚀层间电介质层（刻出通孔图案）→沉积一层薄的阻挡金属膜（例如 Ti、Ta、TaN、TiN 等），电镀 Cu 层（填满整个氧化硅凹槽）→化学机械抛光（CMP）去除多余的 Cu→沉积一层刻蚀停止层（SiC、氮化物）和电介质层（氧化物）→各项异性刻蚀来刻蚀层间电介质层（刻蚀互连金属层），电镀 Cu→CMP 抛光多余的 Cu。

大马士革工艺可分为单、双大马士革工艺，后者又可分为 Via First 和 PTF MHM。大马士革工艺还分为单大马士革工艺（Single damascene）和双大马士革工艺（Dual damascene），两者的区别在于互连引线沟槽与互连通孔是否同时淀积填充铜金属。相比单大马士革工艺，双大马士革工艺可以减少约 20%的工艺流程，因此被广泛的应用于目前的铜互连工艺中。双大马士革工艺集成方案按照干法刻蚀方式的不同来分类，目前大致上可分为基于光阻掩膜的先通孔-后沟槽双大马士革工艺（Via First）和基于金属硬掩膜的先部分沟槽-后沟槽通孔双大马士革工艺（PTF MHM）两类。

PTF MHM 在先进逻辑芯片工艺制程中应用广泛。在 65 纳米及以上技术节点，介电材料一般为 SiO2，FSG (Fluorinated SilcateGlass)和第一代低 K 材料等，Via First 方案被广泛的应用。但是在 45 纳米及以下技术节点，为了进一步减小 RC 延迟，大都采用多孔的超低 K 材料（K=2.4）。因为 K 值低的薄膜非常软，很容易被高能量攻击。在传统基于光刻胶掩膜的 Via First 方案中的沟槽刻蚀后的去胶灰化过程中，低 K 材料直接暴露在等离子体环境中，非常容易受到损伤。基于金属硬掩膜的双大马士革一体化刻蚀解决方案采用 TiN 材料作为硬掩膜，先部分沟槽刻蚀打开金属硬掩膜，低 K 介电材料表层的氧化物保护层能有效减少之后光阻灰化过程对低 K 材料的损伤；另外，后续沟槽通孔一体化刻蚀过程中沟槽完全刻蚀使用 TiN 为掩膜，无后续的光阻灰化过程，能进一步减小对低 K 介电材料损伤；因此其在铜互连结合低 K 介电材料的集成方案中获得了广泛的应用。

2.3.3 MEMS——Bosch 工艺实现 ICP 深硅刻蚀中侧壁钝化

ICP 成为深硅刻蚀主流方法。随着 MEMS 领域的 3D 封装技术和三维立体结构器件的发展，越来越多的硅通孔（Through Silicon Via, TSV）极高深宽比结构出现在 MEMS 器件中。对于保证器件的各项性能，深硅刻蚀技术的研究起到了至关重要的作用。电感耦合等离子体刻蚀方法（ICP）以其优异的特性，成为了 MEMS 工艺中较为主流的方法。ICP 刻蚀系统可独立控制等离子体密度和离子轰击能量、刻蚀速率高、结构简单、成本低、工艺稳定性强，占据着深硅刻蚀市场主要地位。

Bosch 工艺的侧壁钝化，实现对侧壁的保护。Bosch 工艺，又叫深层反应离子刻蚀工艺(DRIE)，是一种极好的各向异性的高速刻蚀硅的方法。这个方法是在等离子刻蚀系统中，循序重复刻蚀和聚合物沉积步骤。聚合物沉积步骤会在硅导孔侧壁上形成防护膜，防止侧向刻蚀。刻蚀步骤是被优化的，先从刻蚀结构底部去除沉积聚合物，接着以高刻蚀速率刻蚀其下的硅。在这个过程中，需要化学性的刻蚀和沉积步骤在侧壁形成保护膜，从而在后续的刻蚀过程中实现各向异性效果。

2.3.4 后道封装——钝化膜刻蚀完成微观制程到宏观引脚的连接

钝化膜刻蚀可以实现引脚与芯片的连接。晶圆在集成电路工厂制作完成后需要送至封装测试厂，在封测厂，会把每个芯片的引脚接线。铝是做引脚的良好材料，铝的电阻率低，与引线有很好的焊接性。同时铝材料成膜、刻蚀容易控制，而铜难以与引线焊接，因此要用铝作为与引脚连接的材料。在铝（Al)上是一层阻挡层，然后是氧化物（Oxide)和保护层，通常为钝化膜。钝化膜是芯片最外一层结构。主要作用是保护整个芯片免受外界环境的影响。常用的钝化膜结构是氮化硅和氧化硅。钝化膜刻蚀工艺是在芯片顶部保护层上打开一个孔，穿透保护层，并将阻挡层完全去除，露出下面的铝。随着关键尺寸的不断减小，芯片体积迅速减小，刻蚀工艺要求也不断提高。

先进工艺去除铝在刻蚀中存在尖峰和电迁移的问题。尖峰是指，由于硅在较高温度下对铝有一定的固态溶解度，硅靠扩散进入铝, 同时铝回填硅扩散留下的空隙，而在铝与硅接触的部分形成尖峰。如果尖峰的长度过长，超 MOS 漏极和源极接合深度时，会发生短路。防止尖峰的办法是在铝的沉积中，加入少最的硅（1%左右）。这样沉积的铝不易产生尖峰。或者在铝硅之间加上一层 TiN，作为阻挡层。电迁移是指，在直流电流的作用，金属离子沿导体的质量运输。在集成电路中，随着器件的特征尺寸不断减小，互连引线的截而越来越小，引起电流密度迅速增加。因此，在纳米集成电路中，由电迁移导致的电路失效的可能性也大大增加。铝线在传导电流时，铝原子会沿着导线晶粒的边界，随着电子的运动发生移动。大量的电迁移可以导致铝线的断开。同时，在其他区域，金属原子的堆积会形成小丘。过大的小丘可能使临近的连线短接祚一起。为了抑制电迁移，通常是将电路率更低的铜，少量加入铝中(0.5%-4%)。这样铝的晶粒边界为 Al2Cu，使铝产生的电迁移所需的能量上升，达到抑制电迁移的作用。钝化膜刻蚀工艺最后的要求是铝表面 TiN 完全去除、良好的轮廓、无残留物、光阻完全去除、减少聚合物在腔体内的堆积。

2.4 沉积与刻蚀方向相反，MOCVD 进步促进 LED 应用不断拓宽

薄膜沉积：与刻蚀方向相反，同样为推动先进工艺关键设备。与刻蚀通过等离子气体与被刻蚀对象进行物理或化学反应，形成高挥发性物质并将其带离晶圆表面不同，薄膜沉积则是通过向晶圆表面推送气相物质，在晶圆表面发生物理或化学反应，形成膜层的过程，与刻蚀属于方向相反的反应过程，同样是推进逻辑芯片先进制程与 3D NAND 极高深宽比工艺的关键。在刻蚀工艺中的侧壁钝化等技术其实也是一种薄膜沉积。

薄膜沉积分为物理气相沉积和化学气相沉积。物理气相沉积是在真空条件下，利用蒸发或溅射等物理形式，把固体的材料转化为原子、分子或者离子态的气相物质然后使这些携带能量的蒸发粒子沉积到基体或零件的表面，以形成膜层的膜制备方法。物理气相沉积法主要有真空蒸镀、溅射和离子镀。化学气相沉积技术是应用气态物质在固体上产生化学反应和传输反应等并产生固态沉积物的一种工艺，它大致包含三步：1）形成挥发性物质；2）把上述物质转移至沉积区域；3）在固体上产生化学反应并产生固态物质。常见的化学沉积技术包括常压化学沉积、低压化学沉积、等离子增强化学沉积、金属有机物化学沉积等。

金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）适用于 LED 芯片制造，优点突出。金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）是在气相外延生长的基础上发展起来的一种先进技术，其具体原理是：以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和 V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体源材料，在衬底上通过热分解反应进行气相外延，生长形成各种Ⅲ-V 族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体及薄层单晶材料。MOCVD 在 1968 年由美国洛克威公司的 Manasevit 等人提出，并在上世纪 80 年代初进入工业界。经过近 20 年的飞速发展，MOCVD 已经成为 LED 芯片制备的关键技术之一，占蓝光 LED 外延片成本的近一半。相比于其他技术，MOCVD 具有一系列无可比拟的优点：（1）可生长绝大多数化合物及合金半导体；（2）生长过程易于控制；（3）可获得纯度极高的半导体材料；（4）适用于生长异质结构材料；（5）其成本满足大规模生产要求。在 Mini LED、Micro LED 和 UV LED 制造中，MOCVD 成为推动工艺发展的关键设备。

3 复盘篇——自主研发+多产品线构建国际三大刻蚀设备龙头

全球半导体设备市场集中度高，美、日、欧垄断市场。据 VLSI Research 数据，2019 年全球五大半导体设备制造商分别为应用材料（AMAT）、阿斯麦（ASML）、东京电子（TLE）、拉姆研究（Lam Research）、科磊（KLA），营收合计为 528.6 亿美元，占前十五大半导体设备厂商销售额的 82.5%。其中阿斯麦公司在光刻机设备上一家独大，目前统治超过 70%的光刻机市场，特别是在以 EUV 光源为代表的高端光刻机市场上无人能及，市占率 100%。与之并驾齐驱的是生产刻蚀设备及其他半导体设备的应用材料与、东京电子与泛林半导体，三家公司近年来也保持稳健的市场份额增长。

细分领域分工合作形式明显，有集中化趋势。纵观国际半导体设备厂商业务发展情况，每家公司都在各自细分领域拥有着比较明显的竞争优势，市场呈现细分市场寡头割据的格局。但近年来，半导体市场逐渐走向集中，主要包括细分市场内的并购和跨平台龙头并购其他细分领域公司的特点。在半导体产业价值链中，除荷兰 ASML 公司凭借领先的技术和优秀的产品，专精并几乎垄断了全球光刻机市场以外，应用材料公司在除光刻外的其他核心半导体设备领域有着较强的竞争力，在 PVD 设备上，应用材料作为行业龙头占据了大部分的市场份额，在 CVD 和刻蚀设备上应用材料与泛林半导体、东京电子等企业竞争激烈，同时应用材料在 CMP、检查和量测（包括半导体、掩摸和光伏）、电镀 ALD、离子注入、外延工艺和 RTP 领域都有涉猎。

刻蚀设备寡头垄断，泛林半导体占据刻蚀机市场份额半壁江山。根据 The Information Network 的数据显示，泛林半导体的在刻蚀设备行业的市占率自 2012年起逐步提高，从2012 年的约 45%提升至 2017 年的约 55%，主要替代了东京电子的市场份额，东京电子的市场份额从 2012 年的 30%降至 2017 年的 20%，但仍然保持第二的位置。应用材料始终位于第三， 2017 年约占 19%的市场份额。前三大公司在 2017 年占据总市场份额的 94%，行业集中度高，技术壁垒明显。

3.1 泛林半导体：不断开拓刻蚀设备前沿，成就龙头地位

刻蚀设备业界龙头，市占率达 55%。泛林半导体是世界半导体产业提供晶圆制造设备和服务的主要供应商之一，总部位于美国加利福尼亚州福利蒙特。1980 年，一位出生在中国的工程师 David Lam 创立了泛林集团，1984 年 1 月公司在美国纳斯达克上市，目前公司已成为全球第四大半导体生产商。泛林半导体提供薄膜沉积、等离子蚀刻、单晶圆清洗等半导体工艺所需设备，下游客户为主流半导体供应商和代工厂，与 SK 海力士、美光、台积电和中芯国际保持战略合作关系。

1992 年首发 ICP 设备，迅速抢占市场。泛林半导体自成立以来就聚焦刻蚀设备这一单一市场，是生产刻蚀设备最悠久的企业之一，不断开拓刻蚀设备前沿，引领先进工艺制程。 1981 年，公司推出自己的推出首款等离子刻蚀机产品 AutoEtch，在 1982 年时开发了支持 1.5 微米制程的刻蚀设备，1989 年开发了支持 0.8 微米制程的刻蚀设备，为当时制程最先进的设备之一。公司在 1992年开发了第一台 ICP干法刻蚀设备，打开了 ICP刻蚀设备的大门，实现了刻蚀速率和高选择比的兼顾。1995 年公司在上一代 ICP 设备的基础上，开发了首款双频 ICP 介质刻蚀设备，并成功应用于 350 纳米制程芯片，成为当时最先进的刻蚀设备。

2014 年进入原子层刻蚀领域，不断开拓刻蚀设备前沿，引领先进工艺制程。2014 年，为应对未来晶体管微缩工艺进入原子尺寸，公司开始布局原子层级别的刻蚀技术（ALE）， ALE 技术由泛林半导体首先引入，并且目前也只有泛林半导体引入了该项技术。原子层刻蚀的重点是如何能准确控制过程，这就要求对离子能量进行精确控制，为此泛林半导体提出了 synergy 理论：从氯原子和硅原子的键能和相应分子的大小，算出所需要的离子质量以及形成离子的能量，根据该能量在元素周期表中找到相应质量的元素及其对应的化合价，从而形成需要的离子，进而完成一个完美的原子层刻蚀。目前公司的 Flex 系列介质蚀刻系统和 Kiyo 系列产品已经增加了 ALE 功能，前者可应用于低 k 和超低 k 混合介质及 3D NAND 高纵横比的孔径、沟槽和触点，后者主要用于 FinFET 和三栅极、3D NAND 及高 k /金属栅极的刻蚀。

以刻蚀为着力点向薄膜沉积、清洗、CMP 拓展。从 1984 年开始，公司以刻蚀设备为着力点，通过内生外延逐渐向薄膜沉积、清洗和 CMP 业务拓展。 1987 年推出公司首款 PECVD 设备，1988 年推出首款晶圆清洗机。1997 年 3 月，泛林集团以 2.25 亿美元收购了专门从事化学机械平面化 CMP 清洗的芯片设备制造商 OnTrak Systems Inc。到目前为止，公司主营业务仍然仅聚焦于半导体晶圆制造的刻蚀、薄膜沉积、和清洗设备，70%的业务服务于存储芯片生产。

19 年泛林半导体营收约合 659 亿元，研发投入营收占比超 12%，人均产值 264.2 万元， ROE 为 40%。2019 年公司获得营业收入 95.49 亿美元（659.0 亿元），同比-12.9%；获得净利润 23.8 亿美元（151.6 亿元），同比-22.0%。19 年公司研发费用投入 81.32 亿元，占收入比重为 12.34%。自 2004 年以来，公司研发投入平均占比为 14.8%。2019 年公司人均产值 615.9 万元，经营活动产生现金流量为 81.3 亿元，ROE 为 40%。

3.2 AMAT：1978 年进入等离子刻蚀领域，多元发展成全球最大半导体设备公司

全球最大半导体设备公司。美国应用材料（AMAT）成立于 1967 年，并于 1972 年在纳斯达克上市，总部位于加州硅谷圣克拉拉。自 1992 年公司收入达到 7.5 亿美元（按当时汇率为 41.1 亿元）后，应用材料至今都是世界上最大的半导体设备供应商之一。公司拥有超过 21000 名员工，12500 项专利技术，并在全球 17 个国家拥有 93 个分支机构。

起家于薄膜设备，1978 年进入等离子刻蚀市场。1967 年，带着 7500 美元的麦克莱利来到硅谷成立了应用材料公司，1968 年应用材料正式从薄膜沉积设备起步，1971 年，应用材料推出红外外延沉积系统，极大改进工业沉积的质量，提高了双极器件的产量。这项创新使得设备市场使应用材料快速拥有了更大的市场份额。1978 年应用材料决定要进入等离子刻蚀市场。通过独立团队研发，1981 年，公司研发的 AME 8100 Batch Etche 开启了现代刻蚀时代，应用材料一度成为世界上最大的刻蚀机供应商，后被泛林半导体反超。

注重解决方案销售，多元化发展强化抗风险能力。1977 年应用材料的咨询顾问鲍勃提出了解决方案市场的概念，主张收集客户面临的特定应用程序的问题，用特定的设备提供独特的解决方案，以优化设备的性能、提高工厂的生产力为目的，从设备制造商到方案供应商的转变奠定了应用材料未来经营方向，即主攻晶圆加工设备制造以及辅助的客户解决方案销售。90 年代后期，在经历了互联网泡沫破裂、亚洲金融危机等事件影响的公司认识到周期对半导体设备公司强大的影响力，开始通过并购拓展在半导体设备和泛半导体设备领域的布局，增强公司业务抗风险性。2019 年，公司半导体系统、应用材料全球服务、显示及相关市场 62%、27%、11%，公司泛半导体产业布局已经形成。

2019 年 AMAT 营收约合 1006.6 亿元，人均产值 457.6 万元，ROE 37%。2019 年，公司营业收入 134.7 亿美元（1006.6 亿元），同比-3.91%，实现净利润 32.7 亿美元（186.5 亿元），同比-6.5%。2019 年应用材料研发费用投入达 141.5 亿元，占营收比例为 14.2%，历史上应用材料研发费用始终保持在 10%以上的高投入。随着公司研发费用的提升，公司产品始终保持较高的竞争力，帮助公司人均产值和 ROE 水平的不断提高，2019 年公司人均产值 457.6 万元，ROE 37%。

3.3 TEL：承载日本国产替代之路，占平板显示刻蚀市场 71%

东京电子（TEL）是日本一流领先的半导体设备提供商，主要从事半导体设备和平板显示器设备制造。东京电子于 1963 年在日本东京成立，是日本最大，全球第三的半导体设备供应商。东京电子的产品几乎覆盖了半导体制造流程中的所有工序。其主要产品包括：涂布 /显像设备、热处理成膜设备、干法刻蚀设备、CVD、湿法清洗设备及测试设备。其中东京电子的涂布设备在全球占有率达到 87%。另外，FPD 制造设备中，蚀刻机设备占有率达到 71%。

起家于半导体贸易，1983 年与泛林半导体合资生产刻蚀机，走日本的国产替代道路。 东京电子的前身东京电子研究所由久保德雄和小高敏夫成立于 1963 年，注册资本 500 万日元，员工 6 人。主要从事汽车收音机的出口和半导体制造设备的进口。1965 年，东京电子成为Fairchild Semiconductor的日本代理商。1968年，东京电子与Thermco Products Corp. 合并，成为日本第一家半导体制造设备厂商。1978 年公司正式改名为东京电子有限公司。进入八十年代，日本半导体产业日益兴隆。东京电子进一步积极推动半导体制造设备的国产化。1983 年，东京电子与美国公司泛林半导体研究合作，引进当时一流的美国技术，在日本本土开始生产刻蚀机。这样，东京电子逐渐扩大国产化的比例，成为可以生产最尖端半导体制造设备的厂商。1989 年，东京电子的半导体制造设备营收额位居全球第一（VLSI Research 公司数据），并连续三年蝉联冠军，直到 1992 年被 AMAT 替代。

平板显示与半导体并重，占据平板显示刻蚀机市场的 71%。公司平板显示器和半导体刻蚀机技术并重，据公司 2018 年报显示，公司平板显示器刻蚀设备 2018 年在全球市场占有率达到 71%。2012 年东京电子中国昆山分厂成功生产平板显示器等离子刻蚀机的零件。2013 年东京电子推出针对 Gen8 面板的 ICP 等离子刻蚀系统，此项新技术在生产大型平板中具有强劲优势。2016 年为生产中小型高清平板产品，东京电子推出新的刻蚀系统。2017 年东京电子大规模生产和销售 ICP 刻蚀系统，新系统可以满足市场对高分辨率 4K 和 8K 以及大屏幕平板需要。

TEL 为全球第三大半导体设备供应商。 2019 年， TEL 营收 115.6 亿美元（778.0 亿元），同比+13.05%，利润为 22.4 亿美元（151.1 亿元），同比+21.5%。是全球第三大半导体设备供应商。2019 年公司研发费用投入 69.0 亿元，营收占比为 8.9%，2009-19 近十年研发费用投入平均占比为 11.6%。2019 年公司人均产值为 607.6 万元，经营现金流为 114.8 亿元， ROE 为 30%。

3.4 对标三家巨头：公司已跻身国际一流刻蚀梯队

从引领刻蚀设备风潮，向刻蚀前后端延伸，拥有泛林半导体成长逻辑。公司同泛林半导体一样起家于刻蚀设备，是国产高端刻蚀设备领军企业，依托自主研发，突破 CCP、ICP 技术路线的进步，用十余年的时间走过了泛林半导体四十余年历程，产品不断打破国外垄断。此外，公司同泛林半导体一样采取延刻蚀设备“顺藤摸瓜”的发展路径，但与泛林半导体不同的是，除沉积设备外，公司率先打入的并非清洗领域，而是价值量更高的前道检测业务。

结合世代背景，与东京电子同样面临国产替代之路。公司与东京电子一样，在产业链转向本国时兴起，同样面对设备国产替代问题。但公司并没有走东京电子合资的模式，而是选择了自主研发，自己通过招揽人才、搭建研发团队的方式形成自身知识产权的积累以及核心竞争力的突破。

借鉴应用材料泛半导体平台战略，打造泛半导体旗舰。与 AMAT 布局泛半导体平台类似，公司在未来五到十年的发展战略中，同样将依托现有高端刻蚀设备的生产研发经验，通过内生+外延的手段向其他半导体设备、泛半导体设备和非半导体应用突破。公司目前已有用于 LED 芯片生产的 MOCVD 设备，和用于平板显示清洁净化的 VOC 设备，预计公司在站稳刻蚀设备脚跟后，将持续延伸产品种类。

高性价比产品实现 19 逆势增长，技术相同情况下，公司规模将加速赶上。在 2019 年半导体周期下行的情况下，中微公司实现逆势增长，营业收入为 19.5 亿元，同比+18.8%，归母净利润 1.9 亿元，同比+107.5%，反映出公司产品的高性价比使公司穿越周期。通过对比三家刻蚀设备国际龙头与公司的财务数据，我们发现公司作为新兴的设备公司，与国际巨头的差距主要体现在规模上。公司研发费用投入占比为 21.8%，高于竞争对手，虽然规模有一定差距，但在大基金及社会融资支持下，公司后劲十足。考虑到公司近两年 MOCVD 设备采取“以价换量”战略，拉低了公司整体毛利率，若近看刻蚀设备单项毛利率，公司 2018 年刻蚀设备毛利率为 47.5%，在竞争对手中处于领先地位。目前公司的 MOCVD 技术和刻蚀技术均已处于国际先进水平，预计在国产替代大背景下及公司自主创新能力不断增强，公司未来各项规模指标将迎头赶上。

4 刻蚀设备：半导体产业链转向中国，中微公司引领国产替代

4.1 半导体产业链转向中国，设备国产替代脚步加快

半导体产业链正经历第三次转移：由韩国、台湾转向中国。如前文所说，从上世纪 70 年代半导体产业在美国形成规模以来，半导体产业总共经历了三次产业迁移：第一次是从 20 世纪 80 年代开始，由美国本土向日本迁移，成就了东芝、松下、日立、东京电子等知名品牌；第二次是在 20 世纪 90 年代到 21 世纪初，由美国、日本向韩国以及中国台湾迁移，造就了三星、海力士、台积电、日月光等大型厂商；前两个过程也带动了应用材料、泛林半导体、东京电子走向国际市场。目前，全球正经历半导体产业链的第三次转移，由中国台湾、韩国向中国大陆迁移，长江存储、中芯国际等一批本土半导体公司有望崛起。半导体产业每一次迁移的过程都带动了当地科技与经济飞速的发展。

政策面支持半导体产业发展。2006 年，国务院将“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”以及“极大规模集成电路制造技术及成套工艺”列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》的“01”、“02”专项。2014 年，国务院发布《国家集成电路产业发展推进纲要》，《纲要》着重布局 IC 设计、IC 制造、先进封测和国产装备材料四大任务，提出到 2020 年，集成电路产业与国际先进水平的差距逐步缩小，全行业销售收入年均增速超过 20%，到 2030 年，产业链主要环节达到国际先进水平，实现跨越发展。

预计大基金一二期合计带来超 1.5 万亿投资规模，二期已经启动。除了政策指引半导体产业发展外，2014 年国家设立了集成电路产业投资基金(大基金)，大基金一期注册资本 987.2 亿元，投资总规模达 1387 亿元，撬动 5145 亿元的社会融资，共计带来约 6500 亿元资金进入集成电路行业，放大比例约为 1:4.7。目前大基金一期投资已经完成，二期于 2019 年 10 月注册，注册资本达 2041.5 亿元，大基金二期将在稳固一期投资企业基础上弥补一期空白，加速半导体设备国产化率，同时加强半导体材料和 IC 设计等附加值较高环节的投资，国家集成电路产业投资基金二期（大基金二期）首个投资项目紫光展锐项目已于 4 月 28 日完成签署，国家大基金二期和上海国盛集团共同向紫光展锐注资 45 亿元，资金已经到账。参照大基金一期对资金的放大比例，预计二期大基金最终带来近万亿投资规模。预计大基金一期 +二期将带动超过 1.5 万亿投资规模。

2018 年国内 IC 产业规模占全球 23.7%，设备国产率不足 12%，国产替代空间较大。 据中国半导体产业协会统计，2018 年，国内集成电路产业销售额达 6532 亿元，据 WSTS 统计，2018 年全球集成电路产业销售额达 3933 亿美元，中国集成电路产业规模占全球比重为 23.7%。然而与国内庞大的半导体市场形成反差的是，国产半导体设备自给率不足 12%。据中国电子专用设备工业协会数据统计，2018 年中国半导体设备销售额达 917.7 亿元，其中国产设备销售额仅为 109 亿元，设备国产率为 11.9%，国产替代空间较大。

4.2 晶圆厂投资加速，中微公司等国产设备商迎来发展良机

特色工艺线、存储器厂、先进制程项目推动国内晶圆厂投资建设高峰期来临。

特色工艺线：特色工艺指不完全追求器件的缩小，而是根据不同的物理特性生产不同的产品，随着物联网，新能源汽车等应用拉动，大尺寸面板驱动 IC、电源管理芯片、物联网芯片、功率半导体、MCU、CIS 等市场急速提升，华润、燕东、士兰微、积塔、中芯国际绍兴厂等都在积极布局 8 寸特色工艺线的产能扩张。

存储器：存储器为国内发展较快的先进集成电路产业，也是半导体设备国产替代进程较快的领域。目前长江存储 2019 年底月产能达 2 万片，计划 2020 年月产能扩充至 5-7 万片左右，到 2021-22 年可能达到计划月产能 10 万片。而合肥长鑫 2019 年底月产能达 2 万片，计划 2020 年底月产能扩充至 4 万片，到 2023 年时达到计划月产能 12.5 万片。

逻辑芯片：华虹半导体和中芯国际为国内逻辑芯片先进制程晶圆厂代表，其中华虹上海 Fab6 厂、无锡 Fab7 厂均处于产能提升阶段；而据中芯国际的规划，预计 2020 年全年资本开支达到 220 亿元，较 2019 年 148.0 亿元同比+49.1%；其中约 139.6 亿元将投资于上海 300mm 晶圆厂，34.9 亿元将用于北京 300mm 晶圆厂。

4.3 2019 年国内刻蚀设备市场规模达 226 亿元，先进技术加速公司国产替代

19 年国内刻蚀设备市场规模为 226 亿元。根据 2020 年 4 月 14 日 Semi 最新的数据显示，2019 年全球半导体制造设备销售额达到 598 亿美元，中国大陆半导体制造设备销售额达到 134.5 亿美元，排名全球第二。按照设备占半导体设备投资比重的 24%测算，则全球刻蚀设备市场份额为 144 亿美元，中国大陆刻蚀设备市场规模为 32 亿美元。由于公司大陆地区营收占比 83.0%，所以我们主要统计大陆地区刻蚀设备市场规模。2019 年中国大陆刻蚀设备市场规模达 32 亿美元，约合 226 亿元。

公司多项刻蚀设备技术达国际先进水平，紧跟时代，研发下一代逻辑器件大马士革刻蚀机及存储器极高宽深比刻蚀设备。公司刻蚀设备可覆盖 MEMS、存储器、逻辑芯片和后道制程的主流先进技术，包含单、双反应台两种产品，高产出率技术，单反应台可以更精确灵活地控制等离子体，从而达到高精度、高稳定性的刻蚀效果。而双反应台的优势在于单位面积的生产效率更高，同时设备成本更为降低，公司刻蚀设备多项技术达国际先进水平，CCP 刻蚀设备方面，公司已经获得逻辑器件 5nm 及存储器件 64 层 3DNAND 的重复订单，ICP 刻蚀机 Nanova 已经在国内先进晶圆厂得到验证，并实现量产。此外，公司紧跟先进半导体工艺演化，积极研发下一代逻辑器件大马士革刻蚀机及存储器极高宽深比刻蚀设备，为未来提升刻蚀设备市占率，深化国产替代打下基础。

2020Q1 公司在长江存储刻蚀设备市占率为 22%，较 19 年增加+9.7pp,国产替代脚步加快。根据中国国际招标网信息，国内 3D Nand 存储芯片龙头厂商长江存储设备供应链国产化全面提速，2017 年至今，公司共在长江存储中标 38 台刻蚀设备，其中中微公司 2019 年中标 13 台，占当年全部刻蚀设备采购的 12.3%；2020 年 Q1，公司在长江存储中的中标数量已经达 9 台，占长江存储当季度全部刻蚀设备采购的 22%，公司替代国外龙头公司产品速度在加快。

公司刻蚀设备在华力集成、福建晋华等晶圆厂多点开花，已进入台积电 5nm 生产线。 根据中国国际招标网数据显示，除长江存储外，公司设备在华虹无锡、华力集成、福建晋华和中芯国际等国内先进晶圆厂实现了国产替代。根据集微网数据，中微半导体自主研制的 5 纳米等离子体刻蚀机已在通过台积电验证，性能优良，将用于全球首条 5 纳米制程生产线，而在此之前，台积电 7 纳米芯片生产线也已用上中微的刻蚀机。

5 MOCVD：Mini/Micro LED、UV LED 推动设备需求，公司积极布局相关产品研发

5.1 2020 年国内 LED 下游市场规模将超 7500 亿元，新应用推动 MOCVD 设备需求

2020 年 LED 下游市场规模将超 7500 亿元，照明占 LED 下游应用的 65.1%。LED 应用产品多样，目前下游应用主要有 LED 照明、LED 背光、LED 显示三个部分。照明占了 LED 应用领域 65.1%的比重，背光和显示分别占了 7.5%和 19.4%。根据中国产业信息网预测，到 2020 年我国 LED 下游市场规模将超过 7500 亿元。

2019 年国内 LED 芯片市场规模约为 241 亿元，CR3 市占率达 71%。随着产业链聚拢度的增大，LED 延芯片也愈发向更高标准化、更大规模化的趋势发展，需要做到规模化满足差异化需求的快速低成本响应，处于领骑集团的巨头们又在竞相扩产。根据前瞻产业研究院数据显示，我国 LED 芯片领域市场集中度较高，三家企业的市占率高达 71%。其中，三安光电的市场份额最高，占比达 31%，华灿光电、澳洋顺昌其次，占比分别为 24%、16%。按照三安光电 2019 年 74.6 亿元营收测算，则我国 LED 芯片市场规模为 241 亿元。

LED 未来趋势：小间距、Micro-LED 和 UV LED 等新应用将带动新一波的市场需求。

Micro-LED 和 Mini-LED 成为未来显示技术。Micro LED 指 LED 微缩化和矩阵化技术，在一个芯片上集成高密度微小尺寸的 LED 阵列，使其体积约为目前主流 LED 大小的 1%，可视为微小化的 LED。在 MicroLED 显示产品中，每一个像素点都是一颗 LED 芯片，会成倍放大需求端空间，让众多 LED 芯片厂商产能迅速消化。这种显示技术继承了 LCD 不闪屏、不烧屏、清晰度和 OLED 高功耗低、色彩鲜艳、响应时间快等几乎所有优点，技术一旦成熟后可以替代 LCD 和 OLED 技术，缺点是制造成本和时间较长，屏幕所有灯珠需要自身一个一个去种植，目前无法像实现大批量生产。Mini-LED 则是将一整块 LCD 层进行切割分出了上百个背光区域，在一定范围内提升了对比度，削减了 LCD 屏幕的缺点，是一种对 Micro-LED 很好的过渡替代技术。据沙子利文数据中心测算，2018 年全球 Mini LED 市场规模为 128.1 亿元，国内 Mini-LED 市场规模达 56.9 亿元。

UV LED 应用广泛，难点在于薄膜沉积技术突破。UV LED 是指利用半导体发光原理来制造 UV 波段的光源，用于消毒、医学、检测、固化等领域的一种新型 LED 技术，具有可靠度高、无需加热、无有毒物质汞、寿命长、能量转换损失少等优点。据 GGII 预计 2020 年全球 UV LED 市场规模将达 35.5 亿元，据智研咨询测算，2020 年我国 UVLED 市场规模将达 25 亿元。但目前 UV LED 价格相对昂贵，主要原因是在薄膜沉积过程中会遇到发光层以外的各层材料光吸收问题以及相对于传统蓝光与绿光的压缩应力，UV LED 升高的伸张应力会使得外延难度上升非常多，这就需要更高温度的 MOCVD 系统设计。

5.2 公司是氮化钾基 LED MOCVD 全球龙头，积极布局新产品应对新需求

公司 MOCVD 技术领先，已成为全球氮化钾基 LED MOCVD 龙头。公司的 MOCVD 设备 Prismo D-Blue、Prismo A7 能分别实现单腔 14 片 4 英寸和单腔 34 片 4 英寸外延片加工能力，包含多项国际先进技术，其中 Prismo A7 设备已在全球氮化镓基 LED MOCVD 市场中占据领先地位，公司 18 年占全球氮化钾基 LED MOCVD 市场的 60%以上，已成为全球氮化钾基 LED MOCVD 龙头。

UV LED、Micro/Mini LED 研发有序推进中。根据公司 2019 年年报披露，公司研发了用于制造深紫外光 LED 的 MOCVD 设备，并已在行业领先客户端验证成功；用于 Mini LED 生产的 MOCVD 设备的研发工作正在有序进行中；另外，制造 Micro LED、功率器件等需要的 MOCVD 设备也正在开发中。预计随着公司新产品的研制成功，公司 MOCVD 设备市占率将进一步提升。

6 盈利预测与估值

6.1 盈利预测

假设 1：刻蚀设备方面，国内下游晶圆厂刻蚀设备投资按计划提升，公司新产品研发成果未来三年内陆续释放。公司刻蚀设备下游对应国内半导体晶圆厂，近年来刻蚀设备再先进工艺环节占比愈加提高，随着半导体产业转向中国，设备国产替代率逐渐提升，2019 年国内刻蚀设备市场规模达 226 亿元，且有着稳定的增量空间。半导体行业工艺更新换代快，对设备技术更迭提出了较高的要求，我们假设国内下游晶圆厂刻蚀设备投资按计划提升，公司新产品研发成果未来三年内陆续释放，则公司刻蚀设备将继续保持较高增速。

假设 2：LED 下游新应用持续拓展，公司 MOCVD 在新应用领域继续保持较高市占率。 公司 MOCVD 设备下游对应 LED 芯片厂，18 年下半年公司氮化镓基 LED MOCVD 全球市占率 60%以上。未来 UV LED，Micro/Mini LED 等新应用市场空间将逐步拓宽，公司应用于深紫外的 MOCVD 设备已经获得成功并在行业领先正在全力开发 Mini-LED 和 Micro-LED，并准备在客户生产线进行验证。我们假设未来 LED 新应用对应市场增量兑现，公司新型 MOCVD 产品技术研发成果能继续保持较高的市占率水平。

6.2 相对估值

我们选取主营业务同样为半导体设备行业的【北方华创】和【华峰测控】作为可比公司。【北方华创】为国内半导体高端工艺装备龙头，应用范围覆盖集成电路（IC）、光伏、半导体照明（LED）以及平板显示四大泛半导体领域。【北方华创】在集成电路领域主营设备齐全，包含刻蚀设备、薄膜沉积设备、清洗设备、氧化扩散设备，其中刻蚀设备和薄膜沉积设备与公司处于同一赛道。【华峰测控】为国内集成电路测试机领域龙头，在模拟和混合信号测试设备上打破国外垄断，与公司同属于半导体集成电路制造设备领域。

由于国内半导体设备行业正处于产业链转移的关键时期，本土设备厂商有望受益于下游晶圆厂扩产和国产替代加速，未来业绩增长空间广阔。公司主营产品包括刻蚀设备和MOCVD 设备，其中刻蚀设备是半导体集成电路制造过程中突破先进工艺的关键设备，在晶圆厂设备投资中的占比不断提升。公司刻蚀设备技术水平比肩国际龙头，是高端半导体设备的稀缺标的，享有较高估值。

随着公司刻蚀和 MOCVD 设备技术不断突破，市占率将进一步提升。预计 2020-2022 年归母净利润分别为 2.58 亿元、3.94 亿元、5.32 亿元，对应 PE 348/228/169 倍，首次覆盖给予“持有”评级。

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（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：西南证券）

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