半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)深度研究報(bào)告

半導(dǎo)體指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體產(chǎn)品按照功能區(qū)分可以分為集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器等四大類。其中集成電路是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的核心，根據(jù)WSTS數(shù)據(jù)，2020年集成電路市場(chǎng)規(guī)模占到了半導(dǎo)體市場(chǎng)的82%。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈可按照主要生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行劃分，整體可分為上游、中游、下游。以半導(dǎo)體中占比最高的集成電路產(chǎn)業(yè)為例：

• 上游包括半導(dǎo)體材料、生產(chǎn)設(shè)備、EDA、IP核。EDA，即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，主要包括設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)軟件。IP核提供已經(jīng)完成邏輯設(shè)計(jì)或物理設(shè)計(jì)的芯片功能模塊，通過(guò)授權(quán)允許客戶將其集成在IC設(shè)計(jì)中。

• 中游包括設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)三大環(huán)節(jié)。

• 下游主要為半導(dǎo)體應(yīng)用，主要包括3C電子、醫(yī)療、通信、物聯(lián)網(wǎng)、信息安全、汽車、新能源、工業(yè)等。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)運(yùn)作的兩種模式：

IDM和垂直分工模式

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)運(yùn)作主要有兩種模式，即IDM模式和垂直分工模式。如前文所述，半導(dǎo)體整個(gè)制造過(guò)程主要包括芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造和封裝測(cè)試三大環(huán)節(jié)。IDM模式，即由一個(gè)廠商獨(dú)立完成芯片設(shè)計(jì)、制造和封裝三大環(huán)節(jié)，英特爾和三星是全球最具代表性的IDM企業(yè)。另一種模式為垂直分工模式，即Fabless（無(wú)晶圓制造的設(shè)計(jì)公司）+Foundry（晶圓代工廠）+OSAT（封裝測(cè)試企業(yè)）。

• Fabless是指專注于芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)，只負(fù)責(zé)芯片的電路設(shè)計(jì)與銷售，將生產(chǎn)、測(cè)試、封裝等環(huán)節(jié)外包的設(shè)計(jì)企業(yè)，代表企業(yè)有高通、英偉達(dá)、AMD等。

• Foundry即晶圓代工廠，指只負(fù)責(zé)制造、封測(cè)的一個(gè)或多個(gè)環(huán)節(jié)，不負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)，可以同時(shí)為多家設(shè)計(jì)公司提供服務(wù)的企業(yè)，代表企業(yè)有臺(tái)積電、中芯國(guó)際等。

• OSAT指專門從事半導(dǎo)體封裝和測(cè)試的企業(yè)。

在臺(tái)積電成立以前，半導(dǎo)體行業(yè)只有IDM一種模式。IDM模式的優(yōu)勢(shì)在于資源的內(nèi)部整合優(yōu)勢(shì)，以及具有較高的利潤(rùn)率。IDM模式貫穿整個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)流程，不存在工藝流程對(duì)接問(wèn)題，新產(chǎn)品從開發(fā)到面市的時(shí)間較短，且因?yàn)楦采w前端的IC設(shè)計(jì)和末端的品牌營(yíng)銷環(huán)節(jié)，具有較高的利潤(rùn)率水平。但其公司規(guī)模龐大、管理成本和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較高，同時(shí)半導(dǎo)體生產(chǎn)需要龐大的資本支出，使得行業(yè)內(nèi)只有極大的幾家IDM企業(yè)能夠生存。

半導(dǎo)體制造業(yè)具有明顯的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，擴(kuò)大規(guī)模可以顯著降低單位產(chǎn)品的成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，降低產(chǎn)品價(jià)格，垂直分工模式應(yīng)運(yùn)而生。

• 一方面，垂直分工模式使得Fabless投資規(guī)模較小，運(yùn)行費(fèi)用較低，因此涌現(xiàn)出了大量的優(yōu)質(zhì)的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)。

• 另一方面，Foundry能夠最大化的利用產(chǎn)能，提高資本支出的收益率。但垂直分工模式可能會(huì)因芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)無(wú)法順利協(xié)同，導(dǎo)致芯片從設(shè)計(jì)到面市的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，給芯片設(shè)計(jì)廠商造成損失。

硅片制造

半導(dǎo)體設(shè)備主要應(yīng)用在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的晶圓制造和封裝測(cè)試環(huán)節(jié)。硅片制造是半導(dǎo)體制造的第一大環(huán)節(jié)，硅片制造主要通過(guò)硅料提純、拉晶、整型、切片、研磨、刻蝕、拋光、清洗等工藝將硅料制造成硅片，然后提供給晶圓加工廠。

半導(dǎo)體工業(yè)中有兩種常用方法生產(chǎn)單晶硅，即直拉單晶制造法（CZ法）和懸浮區(qū)熔法（FZ法）。CZ法是硅片制造常用的方法，它較FZ法有較多優(yōu)點(diǎn)，例如只有CZ法能夠做出直徑大于200mm的晶圓，并且它的價(jià)格較為便宜。CZ法的原理是將多晶硅硅料置于坩堝中，使用射頻或電阻加熱線圈加熱熔化，待溫度超過(guò)硅的熔點(diǎn)溫度后，將籽晶浸入、熔接、引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩等徑等步驟，完成一根單晶硅棒的拉制。

單晶生長(zhǎng)爐是生產(chǎn)單晶硅的主要半導(dǎo)體設(shè)備。目前全球的單晶生長(zhǎng)爐主要由美國(guó)Kayex、德國(guó)PVATePla、日本Ferrotec等企業(yè)供應(yīng)，國(guó)內(nèi)的單晶生長(zhǎng)爐企業(yè)主要包括晶盛機(jī)電、南京晶能、連城數(shù)控等。

單晶硅棒完成后，還需要經(jīng)過(guò)一系列加工才能得到硅片成品，主要涉及的半導(dǎo)體設(shè)備有切片機(jī)、研磨機(jī)、濕法刻蝕機(jī)、清洗機(jī)、拋光機(jī)和量測(cè)機(jī)。目前上述硅片加工設(shè)備主要由日本、德國(guó)和美國(guó)廠商提供，國(guó)內(nèi)僅有晶盛機(jī)電等少數(shù)廠家推出了部分硅片加工設(shè)備，市場(chǎng)占有率較低。

晶圓制造

晶圓制造是半導(dǎo)體制造過(guò)程中最重要也是最復(fù)雜的環(huán)節(jié)，整個(gè)晶圓制造過(guò)程包括數(shù)百道工藝流程，涉及數(shù)十種半導(dǎo)體設(shè)備。晶圓制造主要的工藝流程包括熱處理、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜沉積、化學(xué)機(jī)械研磨和清洗。

1.熱處理工藝：熱處理主要包括氧化、擴(kuò)散和退火工藝。

• 氧化是一種添加工藝，是將硅片放入高溫爐中，加入氧氣與之反應(yīng)，在晶圓表面形成二氧化硅。

• 擴(kuò)散是通過(guò)分子熱運(yùn)動(dòng)使物質(zhì)由高濃度區(qū)移向低濃度區(qū)，利用擴(kuò)散工藝可以在硅襯底中摻雜特定的摻雜物，從而改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電率，但與離子注入相比擴(kuò)散摻雜不能獨(dú)立控制摻雜物濃度和結(jié)深，因此現(xiàn)在應(yīng)用越來(lái)越少。

• 退火是一種加熱過(guò)程，通過(guò)加熱使晶圓產(chǎn)生特定的物理和化學(xué)變化，并在晶圓表面增加或移除少量物質(zhì)。

熱處理工藝使用的半導(dǎo)體設(shè)備為氧化擴(kuò)散設(shè)備，其實(shí)質(zhì)為高溫爐。高溫爐分為直立式和水平式高溫爐，高溫爐主要包括五個(gè)基本組件：控制系統(tǒng)、工藝爐管、氣體輸送系統(tǒng)、氣體排放系統(tǒng)和裝載系統(tǒng)。高溫爐必須具有穩(wěn)定性、均勻性、精確的溫度控制、低微粒污染、高生產(chǎn)率和可靠性。

氧化擴(kuò)散設(shè)備主要由東京電子、科意半導(dǎo)體和應(yīng)用材料供應(yīng)，國(guó)內(nèi)的氧化擴(kuò)散設(shè)備生產(chǎn)商主要包括北方華創(chuàng)和屹唐半導(dǎo)體。從長(zhǎng)江存儲(chǔ)的招標(biāo)情況來(lái)看，氧化擴(kuò)散設(shè)備還是以國(guó)外廠商設(shè)備為主，國(guó)內(nèi)廠商北方華創(chuàng)市占率逐年上升，截至今年10月，從設(shè)備數(shù)量來(lái)看，北方華創(chuàng)熱處理設(shè)備在長(zhǎng)江存儲(chǔ)的占比已經(jīng)超過(guò)了30%，屹唐半導(dǎo)體占比1%。

2.光刻工藝：光刻是將設(shè)計(jì)好的電路圖從光刻版或倍縮光刻版轉(zhuǎn)印到晶圓表面的光刻膠上，便于后續(xù)通過(guò)刻蝕和離子注入等工藝實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)電路，是晶圓制造中最重要的技術(shù)。

光刻工藝包括三個(gè)核心流程：涂膠、對(duì)準(zhǔn)和曝光以及光刻膠顯影。整個(gè)光刻過(guò)程需要經(jīng)過(guò)八道工序：晶圓清洗、表面預(yù)處理、光刻膠自旋涂敷、軟烘烤、對(duì)準(zhǔn)、曝光、曝光后烘烤、顯影、堅(jiān)膜烘烤和圖形檢測(cè)。

光刻工藝流程中最核心的半導(dǎo)體設(shè)備是光刻機(jī)，光刻機(jī)是半導(dǎo)體設(shè)備中技術(shù)壁壘最高的設(shè)備，其研發(fā)難度大，價(jià)值量占晶圓制造設(shè)備中的30%。目前全球的高端光刻機(jī)由荷蘭ASML公司壟斷，ASML是全球最大的光刻機(jī)生產(chǎn)商，是全球唯一能夠生產(chǎn)EUV光刻機(jī)的廠商，EUV光刻機(jī)是先進(jìn)制程工藝中的核心設(shè)備。中低端光刻機(jī)除ASML外，還有日本的Canon和Nikon可以供應(yīng)。

目前國(guó)內(nèi)具備光刻機(jī)生產(chǎn)能力的企業(yè)主要是上海微電子裝備有限公司。上海微電子裝備(集團(tuán))股份有限公司(簡(jiǎn)稱SMEE)主要致力于半導(dǎo)體裝備、泛半導(dǎo)體裝備、高端智能裝備的開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售及技術(shù)服務(wù)。公司設(shè)備廣泛應(yīng)用于集成電路前道、先進(jìn)封裝、FPD面板、MEMS、LED、PowerDevices等制造領(lǐng)域。

在集成電路領(lǐng)域，上海微電子產(chǎn)品主要包括光刻機(jī)和晶圓對(duì)準(zhǔn)及缺陷檢測(cè)設(shè)備。公司的光刻機(jī)產(chǎn)品有SSX600和SSB500兩個(gè)系列，其中SSX600系列主要應(yīng)用于IC前道光刻工藝，可滿足IC前道制造90nm、110nm、280nm關(guān)鍵層和非關(guān)鍵層的光刻工藝需求；SSB500系列光刻機(jī)主要應(yīng)用于IC后道先進(jìn)封裝工藝。

除上海微電子生產(chǎn)光刻機(jī)整機(jī)以外，國(guó)內(nèi)還有華卓精科和國(guó)科精密從事光刻機(jī)零部件的研發(fā)和生產(chǎn)。華卓精科以光刻機(jī)雙工件臺(tái)這一超精密機(jī)械領(lǐng)域的尖端產(chǎn)品為核心，并以該產(chǎn)品的超精密測(cè)控技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)了晶圓級(jí)鍵合設(shè)備、激光退火設(shè)備等整機(jī)產(chǎn)品。

國(guó)科精密致力于極大規(guī)模集成電路光刻投影光學(xué)、顯微光學(xué)、多光譜融合成像探測(cè)、超精密光機(jī)制造與檢測(cè)等領(lǐng)域的高技術(shù)研究，同時(shí)開展相應(yīng)各類高端光學(xué)儀器與裝備產(chǎn)品的研發(fā)工作，2016年公司研發(fā)的我國(guó)首套用于高端IC制造的NA0.75投影光刻機(jī)物鏡系統(tǒng)順利交付用戶。

光刻工序所使用的半導(dǎo)體設(shè)備除了核心設(shè)備光刻機(jī)外，還需要涂膠顯影設(shè)備。涂膠顯影設(shè)備是光刻工序中與光刻機(jī)配套使用的涂膠、烘烤及顯影設(shè)備，包括涂膠機(jī)、噴膠機(jī)和顯影機(jī)，在8英寸及以上晶圓的大型生產(chǎn)線上，此類設(shè)備一般都與光刻設(shè)備聯(lián)機(jī)作業(yè)，組成配套的圓片處理與光刻生產(chǎn)線，與光刻機(jī)配合完成精細(xì)的光刻工藝流程。全球的涂膠顯影設(shè)備基本上被TEL壟斷，國(guó)內(nèi)涂膠顯影設(shè)備廠有沈陽(yáng)芯源微和盛美股份。

3.刻蝕工藝:

刻蝕是通過(guò)移除晶圓表面材料，在晶圓上根據(jù)光刻圖案進(jìn)行微觀雕刻，將圖形轉(zhuǎn)移到晶圓表面的工藝。刻蝕分為濕法刻蝕和干法刻蝕，濕法刻蝕是利用化學(xué)溶液溶解晶圓表面的材料，干法刻蝕使用氣態(tài)化學(xué)刻蝕劑與材料產(chǎn)生反應(yīng)來(lái)刻蝕材料并形成可以從襯底上移除的揮發(fā)性副產(chǎn)品。

由于等離子體產(chǎn)生促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的自由基能顯著增加化學(xué)反應(yīng)的速率并加強(qiáng)化學(xué)刻蝕，等離子體同時(shí)也會(huì)造成晶圓表面的離子轟擊，故干法刻蝕一般都是采用等離子刻蝕。

集成電路芯片刻蝕工藝中包含多種材料的刻蝕，單晶硅刻蝕用于形成淺溝槽隔離，多晶硅刻蝕用于界定柵和局部連線，氧化物刻蝕界定接觸窗和金屬層間接觸窗孔，金屬刻蝕主要形成金屬連線。

目前等離子刻蝕是晶圓制造中使用的主要刻蝕方法，電容性等離子刻蝕和電感性等離子刻蝕是兩種常用的等離子刻蝕方法。

• 電容性等離子體刻蝕主要是以高能離子在較硬的介質(zhì)材料上，刻蝕高深寬比的深孔、深溝等微觀結(jié)構(gòu)；

• 而電感性等離子體刻蝕主要是以較低的離子能量和極均勻的離子濃度刻蝕較軟的和較薄的材料。

原子層刻蝕是指通過(guò)一系列的自限制反應(yīng)去除單個(gè)原子層，不會(huì)觸及和破壞底層以及周圍材料的先進(jìn)半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝。原子層刻蝕可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制，具有優(yōu)秀的各向異性，是未來(lái)刻蝕工藝的發(fā)展方向。

刻蝕工藝使用的半導(dǎo)體設(shè)備為刻蝕機(jī)。全球刻蝕設(shè)備行業(yè)的主要企業(yè)即泛林半導(dǎo)體，東京電子和應(yīng)用材料三家。從全球刻蝕設(shè)備市場(chǎng)份額來(lái)看，三家企業(yè)的合計(jì)市場(chǎng)份額就占到了全球刻蝕設(shè)備市場(chǎng)的90%以上。其中泛林半導(dǎo)體獨(dú)占52%的市場(chǎng)份額，東京電子與應(yīng)用材料分別占據(jù)20%和19%的市場(chǎng)份額。

國(guó)內(nèi)的刻蝕設(shè)備企業(yè)主要有中微公司、北方華創(chuàng)、屹唐半導(dǎo)體和中電科。其中，中微公司、北方華創(chuàng)和屹唐半導(dǎo)體均以生產(chǎn)干法刻蝕設(shè)備為主，中電科除了生產(chǎn)干法刻蝕設(shè)備以外還生產(chǎn)濕法刻蝕設(shè)備。除上述企業(yè)外，國(guó)內(nèi)還有創(chuàng)世微納、芯源微和華林科納等企業(yè)生產(chǎn)刻蝕設(shè)備。

國(guó)內(nèi)刻蝕設(shè)備生產(chǎn)商中，中微公司在CCP刻蝕領(lǐng)域具備明顯優(yōu)勢(shì)。在邏輯集成電路制造方面，公司的CCP刻蝕設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入國(guó)際知名晶圓代工廠的先進(jìn)制程生產(chǎn)線，用于7/5納米器件的生產(chǎn)。在3DNAND芯片制造方面，公司的CCP刻蝕設(shè)備技術(shù)可應(yīng)用于64層的量產(chǎn)，同時(shí)公司根據(jù)存儲(chǔ)器廠商的需求正在開發(fā)96層及更先進(jìn)的刻蝕設(shè)備和工藝。

北方華創(chuàng)主要覆蓋ICP刻蝕設(shè)備，公司ICP刻蝕設(shè)備主要用于硅刻蝕和金屬材料的刻蝕，28nm制程以上刻蝕設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在先進(jìn)制程方面，公司硅刻蝕設(shè)備已經(jīng)突破14nm技術(shù)，進(jìn)入上海集成電路研發(fā)中心，與客戶共同開展研發(fā)工作。

4.離子注入工藝：離子注入是一種添加工藝，利用高能量帶電離子束注入的形式，將摻雜原子強(qiáng)行摻入半導(dǎo)體中，從而控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電率。離子注入提供了比擴(kuò)散過(guò)程更好的摻雜工藝控制，例如在擴(kuò)散工藝中摻雜物的濃度和結(jié)深無(wú)法獨(dú)立控制，而在離子注入中可以通過(guò)離子束電流和注入時(shí)間控制摻雜物濃度，通過(guò)離子的能量控制摻雜物的結(jié)深，因此離子注入是目前半導(dǎo)體行業(yè)中的主要摻雜方法。

離子注入所使用的半導(dǎo)體設(shè)備為離子注入機(jī)，離子注入機(jī)是非常龐大的設(shè)備，包括了氣體系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和最重要的射線系統(tǒng)。根據(jù)離子束電流和束流能量范圍，一般可以把離子注入機(jī)分為低能大束流離子注入機(jī)、高能離子注入機(jī)和中低束離子注入機(jī)。

離子注入機(jī)可以應(yīng)用在集成電路和光伏領(lǐng)域。在集成電路領(lǐng)域，全球的離子注入機(jī)為應(yīng)用材料所壟斷，其市場(chǎng)占有率達(dá)到了70%，其次為Axcelis，占據(jù)了近20%的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)的離子注入機(jī)生產(chǎn)企業(yè)主要是凱世通和北京中科信，2020年12月凱世通宣布擬向芯成科技出售3款12英寸集成電路離子注入機(jī)，國(guó)產(chǎn)離子注入機(jī)邁出了關(guān)鍵一步。

5.薄膜沉積工藝：薄膜沉積是一種添加工藝，是指利用化學(xué)方法或物理方法在晶圓表面沉積一層電介質(zhì)薄膜或金屬薄膜，根據(jù)沉積方法可以分為化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積。

CVD是利用氣態(tài)化學(xué)源材料在晶圓表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在表面沉積一種固態(tài)物作為薄膜層。CVD廣泛應(yīng)用在晶圓制造的沉積工藝中，包括外延硅沉積、多晶硅沉積、電介質(zhì)薄膜沉積和金屬薄膜沉積。常用的化學(xué)氣相沉積工藝包括常壓化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積和離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積。

APCVD主要應(yīng)用在二氧化硅和氮化硅的沉積，LPCVD主要應(yīng)用于多晶硅、二氧化硅及氮化硅的沉積。PECVD通過(guò)等離子產(chǎn)生的自由基來(lái)增加化學(xué)反應(yīng)速度，可以利用相對(duì)較低的溫度達(dá)到較高的沉積速率，廣泛應(yīng)用于氧化硅、氮化硅、低k、ESL和其他電介質(zhì)薄膜沉積。

CVD工藝使用的半導(dǎo)體設(shè)備是化學(xué)氣相沉積設(shè)備，全球的化學(xué)氣相沉積設(shè)備市場(chǎng)主要由應(yīng)用材料、泛林半導(dǎo)體和東京電子所壟斷，CR3為70%。從CVD設(shè)備種類來(lái)看，PECVD、APCVD和LPCVD三類CVD設(shè)備合計(jì)市場(chǎng)份額約占總市場(chǎng)份額的70%，仍舊是CVD設(shè)備市場(chǎng)的主流。

集成電路領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)CVD設(shè)備生產(chǎn)商主要有北方華創(chuàng)和沈陽(yáng)拓荊。北方華創(chuàng)主要生產(chǎn)APCVD設(shè)備和LPCVD設(shè)備，沈陽(yáng)拓荊則以PECVD為主，根據(jù)中國(guó)國(guó)際招標(biāo)網(wǎng)數(shù)據(jù)，沈陽(yáng)拓荊已有3臺(tái)PECVD設(shè)備進(jìn)入長(zhǎng)江存儲(chǔ)。

原子層沉積是一種可以將物質(zhì)以單原子膜形式一層一層的鍍?cè)诨妆砻娴姆椒ā?/span>原子層沉積與普通的化學(xué)沉積有相似之處。但在原子層沉積過(guò)程中，新一層原子膜的化學(xué)反應(yīng)是直接與之前一層相關(guān)聯(lián)的，這種方式使每次反應(yīng)只沉積一層原子。ALD工藝可以更加精確控制薄膜的尺寸，對(duì)于DRAM，3DNAND和邏輯FinFET制造中越來(lái)越重要，可能成為未來(lái)薄膜沉積的核心工藝。

目前ALD設(shè)備尚未在集成電路行業(yè)中大規(guī)模使用，應(yīng)用材料、泛林半導(dǎo)體和東京電子都已經(jīng)推出了ALD設(shè)備，國(guó)內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)商在ALD設(shè)備方面也有布局。北方華創(chuàng)推出的ALD設(shè)備可以滿足28-14nmFinFET和3DNAND原子層沉積工藝要求，目前正處于驗(yàn)證階段。

沈陽(yáng)拓荊在已通過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證的PECVD平臺(tái)上自主研發(fā)了原子層沉積設(shè)備，可應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路，OLED及先進(jìn)封裝領(lǐng)域。

物理氣相沉積是另一種重要的薄膜沉積工藝，PVD是通過(guò)加熱或?yàn)R射過(guò)程將固態(tài)材料氣態(tài)化，然后使蒸汽在襯底表面凝結(jié)形成固態(tài)薄膜，常用的PVD工藝有蒸發(fā)工藝和濺鍍工藝。

PVD工藝使用的半導(dǎo)體設(shè)備為PVD設(shè)備，全球PVD設(shè)備市場(chǎng)基本上為應(yīng)用材料所壟斷，其市場(chǎng)份額高達(dá)85%，其次為Evatec和Ulvac，市場(chǎng)份額分別為6%和5%。

國(guó)內(nèi)在集成電路領(lǐng)域的PVD生產(chǎn)商主要為北方華創(chuàng)。北方華創(chuàng)突破了濺射源設(shè)計(jì)技術(shù)、等離子產(chǎn)生與控制技術(shù)、顆?？刂萍夹g(shù)、腔室設(shè)計(jì)與仿真模擬技術(shù)、軟件控制技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)集成電路領(lǐng)域高端薄膜制備設(shè)備零的突破，設(shè)備覆蓋了90-14nm多個(gè)制程。根據(jù)公司官網(wǎng)消息，公司PVD設(shè)備被國(guó)內(nèi)先進(jìn)集成電路芯片制造企業(yè)指定為28nm制程Baseline機(jī)臺(tái)，并成功進(jìn)入國(guó)際供應(yīng)鏈體系。

6.化學(xué)機(jī)械研磨工藝：化學(xué)機(jī)械研磨是一種移除工藝技術(shù)，該工藝結(jié)合化學(xué)反應(yīng)和機(jī)械研磨去除沉積的薄膜，使得晶圓表面更加平坦和光滑。CMP技術(shù)有多種優(yōu)勢(shì)，例如CMP允許高解析度的光刻技術(shù)，可以減小過(guò)度曝光和顯影的需求，允許更均勻的薄膜沉積從而減小刻蝕的時(shí)間。

CMP工藝使用的半導(dǎo)體設(shè)備是化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)。常見的CMP系統(tǒng)包括研磨襯墊、可以握住晶圓并使其表面向下接觸研磨襯墊的自旋晶圓載具，以及一個(gè)研磨漿輸配器裝置。

全球CMP設(shè)備市場(chǎng)主要由應(yīng)用材料和荏原機(jī)械壟斷，其中應(yīng)用材料占據(jù)了全球70%的市場(chǎng)份額，荏原機(jī)械的市占率為25%。國(guó)內(nèi)CMP設(shè)備的主要研發(fā)生產(chǎn)單位有華海清科和北京爍科精微電子裝備有限公司，其中華海清科是目前國(guó)內(nèi)唯一實(shí)現(xiàn)12英寸系列CMP設(shè)備量產(chǎn)銷售的半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商，打破了國(guó)際廠商的壟斷，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白并實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代。

7.清洗：清洗是貫穿晶圓制造的重要工藝環(huán)節(jié)，用于去除晶圓制造中各工藝步驟中可能存在的雜質(zhì)，避免雜質(zhì)影響芯片良率和芯片產(chǎn)品性能。目前，隨著芯片制造工藝先進(jìn)程度的持續(xù)提升，對(duì)晶圓表面污染物的控制要求不斷提高，每一步光刻、刻蝕、沉積等重復(fù)性工序后，都需要一步清洗工序。清洗不僅應(yīng)用于晶圓制造，在硅片制造和封裝測(cè)試過(guò)程中也必不可少。

在全球清洗設(shè)備市場(chǎng)，日本DNS公司占據(jù)40%以上的市場(chǎng)份額，此外，TEL、LAM等也在行業(yè)占據(jù)了較高的市場(chǎng)份額，市場(chǎng)集中度較高。國(guó)內(nèi)的清洗設(shè)備領(lǐng)域主要有盛美半導(dǎo)體、北方華創(chuàng)、芯源微、至純科技。其中：

• 盛美半導(dǎo)體主要產(chǎn)品為集成電路領(lǐng)域的單片清洗設(shè)備；北方華創(chuàng)收購(gòu)美國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)商之后主要產(chǎn)品為單片及槽式清洗設(shè)備；

• 芯源微產(chǎn)品主要應(yīng)用于集成電路制造領(lǐng)域的單片式刷洗領(lǐng)域；

• 至純科技具備生產(chǎn)8-12英寸高階單晶圓濕法清洗設(shè)備和槽式濕法清洗設(shè)備的相關(guān)技術(shù)。

測(cè)試與封裝

1.測(cè)試：半導(dǎo)體測(cè)試貫穿了半導(dǎo)體整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造以及最后的芯片封裝環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，以保證產(chǎn)品的良率。

芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的測(cè)試主要是設(shè)計(jì)商使用測(cè)試機(jī)、探針臺(tái)和分選機(jī)對(duì)晶圓樣品和芯片封裝樣品的功能和性能進(jìn)行測(cè)試。晶圓制造環(huán)節(jié)的測(cè)試包括晶圓幾何尺寸與表面形貌的檢測(cè)、成分結(jié)構(gòu)分析以及電性測(cè)試。封裝測(cè)試環(huán)節(jié)主要是通過(guò)分選機(jī)和測(cè)試機(jī)對(duì)芯片的電性參數(shù)及性能等進(jìn)行測(cè)試，以保證出廠后的芯片在性能和壽命方面達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

測(cè)試環(huán)節(jié)主要使用的半導(dǎo)體設(shè)備是測(cè)試機(jī)、分選機(jī)和探針臺(tái)。測(cè)試機(jī)是檢測(cè)芯片功能和性能的專用設(shè)備，測(cè)試機(jī)對(duì)芯片施加輸入信號(hào)，采集被檢測(cè)芯片的輸出信號(hào)與預(yù)期值進(jìn)行比較，判斷芯片在不同工作條件下功能和性能的有效性。

全球測(cè)試機(jī)市場(chǎng)被愛德萬(wàn)、泰瑞達(dá)和科休壟斷，三者市場(chǎng)占有率分別為50%，40%和8%。國(guó)內(nèi)測(cè)試機(jī)生產(chǎn)商主要有華峰測(cè)控和長(zhǎng)川科技。華峰測(cè)控和長(zhǎng)川科技專注于模擬測(cè)試機(jī)和數(shù)字模擬混合測(cè)試機(jī)，其中華峰測(cè)控在國(guó)內(nèi)模擬測(cè)試機(jī)市占率接近60%。我國(guó)測(cè)試機(jī)市場(chǎng)中占市場(chǎng)主要份額的為存儲(chǔ)測(cè)試機(jī)和SOC測(cè)試機(jī)，市場(chǎng)份額分別為43.8%和23.5%。

探針臺(tái)和分選機(jī)是將芯片的引腳與測(cè)試機(jī)的功能模塊連接起來(lái)并實(shí)現(xiàn)批量自動(dòng)化測(cè)試的專用設(shè)備。探針臺(tái)用于晶圓加工之后、封裝工藝之前的CP測(cè)試環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)晶圓的輸送與定位，使晶圓上的晶粒依次與探針接觸并逐個(gè)測(cè)試。分選機(jī)負(fù)責(zé)將輸入的芯片按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的取放方式運(yùn)輸?shù)綔y(cè)試模塊完成電路壓測(cè)，在此步驟內(nèi)分選機(jī)依據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)電路進(jìn)行取舍和分類。

半導(dǎo)體探針臺(tái)設(shè)備行業(yè)集中度較高，目前主要由東京精密、東京電子兩家壟斷，兩個(gè)公司共計(jì)占據(jù)全球約70%的市場(chǎng)份額。臺(tái)灣惠特、臺(tái)灣旺矽等也占有較大的市場(chǎng)份額，特別是在LED探針臺(tái)領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)最大的探針臺(tái)生產(chǎn)企業(yè)是深圳矽電，長(zhǎng)川科技、中電科45所也具備探針臺(tái)生產(chǎn)能力。

分選機(jī)按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為三大類別，即重力式分選機(jī)、轉(zhuǎn)塔式分選機(jī)、平移拾取和放置式分選機(jī)。全球分選機(jī)市場(chǎng)由愛德萬(wàn)、科休、愛普生三家企業(yè)所壟斷，國(guó)內(nèi)的分選機(jī)生產(chǎn)商主要有長(zhǎng)川科技。

2.封裝：封裝是將芯片在基板上布局、固定及連接，并用可塑性絕緣介質(zhì)灌封形成電子產(chǎn)品的過(guò)程，目的是保護(hù)芯片免受損傷，保證芯片的散熱性能，以及實(shí)現(xiàn)電能和電信號(hào)的傳輸，確保系統(tǒng)正常工作。封裝設(shè)備主要有切割減薄設(shè)備、引線機(jī)、鍵合機(jī)、分選測(cè)試機(jī)等。

目前封裝設(shè)備主要由國(guó)外企業(yè)壟斷，全球封裝設(shè)備主要由ASMPacific、K&S、Shinkawa、Besi等國(guó)外企業(yè)壟斷，國(guó)內(nèi)具備封裝設(shè)備制造能力的企業(yè)主要有中電科45所、艾科瑞斯和大連佳峰。

行業(yè)進(jìn)入新一輪上升周期

半導(dǎo)體行業(yè)每一次進(jìn)入上升周期都是由下游需求驅(qū)動(dòng)。回顧半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展歷史可以看出，每當(dāng)下游出現(xiàn)技術(shù)升級(jí)或產(chǎn)品迭代時(shí)，市場(chǎng)對(duì)于半導(dǎo)體的需求將進(jìn)入上升周期。

• 在80到90年代，家用電器的普及以及計(jì)算機(jī)在商業(yè)領(lǐng)域的滲透推動(dòng)了行業(yè)的成長(zhǎng)；

• 90年代到本世紀(jì)初，家用電腦及筆記本電腦的普及帶來(lái)了行業(yè)成長(zhǎng)的新動(dòng)力；

• 2013年到2018年，智能手機(jī)和平板電腦等消費(fèi)電子推動(dòng)了行業(yè)新一輪繁榮，但2019年消費(fèi)電子的驅(qū)動(dòng)已經(jīng)出現(xiàn)乏力，半導(dǎo)體行業(yè)出現(xiàn)了短暫的回落。

新的技術(shù)和產(chǎn)品將帶來(lái)行業(yè)驅(qū)動(dòng)力，半導(dǎo)體行業(yè)或?qū)⑦M(jìn)入上升周期。5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能以及汽車電子等新技術(shù)和新產(chǎn)品的應(yīng)用，將帶來(lái)龐大的半導(dǎo)體市場(chǎng)需求，行業(yè)將進(jìn)入新一輪的上升周期。

根據(jù)WSTS預(yù)測(cè)，2020年全球半導(dǎo)體銷售額將達(dá)4330億美元，同比增長(zhǎng)5.9%，2021年半導(dǎo)體銷售額將達(dá)4690億美元，同比增長(zhǎng)8.3%。我們預(yù)測(cè)2022和2023年半導(dǎo)體市場(chǎng)將繼續(xù)增長(zhǎng)，2023年全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到5010億美元。

全球產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，中國(guó)

市場(chǎng)高速成長(zhǎng)

半導(dǎo)體經(jīng)歷過(guò)兩次大的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)于20世紀(jì)60年代發(fā)源于美國(guó)，美國(guó)作為半導(dǎo)體發(fā)源地，在產(chǎn)品和技術(shù)方面一直保持著全球領(lǐng)先水平。

• 第一次轉(zhuǎn)移發(fā)生于20世紀(jì)80年代，美國(guó)將技術(shù)和利潤(rùn)較低的封測(cè)剝離，轉(zhuǎn)移到日本地區(qū)，日本借助美國(guó)的技術(shù)支持，逐步完善半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，并在PC和家電等領(lǐng)域趕超，造就了日本東芝和日本日立等知名企業(yè)。

• 第二次是20世紀(jì)90年代，隨著PC產(chǎn)業(yè)升級(jí)，DRAM技術(shù)不斷提升，而日本由于經(jīng)濟(jì)危機(jī)無(wú)法支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展，韓國(guó)借此機(jī)會(huì)對(duì)DRAM技術(shù)和產(chǎn)能不斷投入，確立了其在PC半導(dǎo)體領(lǐng)域的地位。臺(tái)灣把握住了美日半導(dǎo)體從IDM模式轉(zhuǎn)向垂直分工模式的機(jī)會(huì)，大力發(fā)展了以臺(tái)積電為代表的晶圓代工產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)業(yè)鏈占據(jù)了重要的位置。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)行第三次產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。中國(guó)是全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)，同時(shí)也是全球最大的半導(dǎo)體進(jìn)口國(guó)，龐大的市場(chǎng)需求為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了前提。

2010年以來(lái)，中國(guó)一方面憑借低勞動(dòng)力成本的優(yōu)勢(shì)，一方面不斷引進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)加大半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)，逐步承接了半導(dǎo)體低端封測(cè)和晶圓制造業(yè)務(wù)，完成了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的原始積累。隨著全球電子化進(jìn)程的開展，下游產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，不斷推動(dòng)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)興旺。

2019年我國(guó)半導(dǎo)體銷售額約占全球市場(chǎng)的35%。在過(guò)去十年的半導(dǎo)體景氣周期中，以手機(jī)為主的消費(fèi)電子成為半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)因素，中國(guó)在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和巨大的人口基數(shù)作用下，成為全球第一大消費(fèi)電子市場(chǎng)。

據(jù)全球半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織數(shù)據(jù)，2014~2019年中國(guó)占全球半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)的份額逐年提升中國(guó)，2019年半導(dǎo)體銷售額達(dá)到1441億美元，占全球市場(chǎng)份額的35%。隨著5G、汽車電子等下游應(yīng)用在中國(guó)迅速興起，中國(guó)將有望成為全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的重心。

中國(guó)半導(dǎo)體市場(chǎng)仍舊存在供需錯(cuò)配。雖然中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)國(guó)，但中國(guó)的半導(dǎo)體生產(chǎn)能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能匹配中國(guó)市場(chǎng)的巨大需求，晶圓產(chǎn)能仍舊有待提升。當(dāng)前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍舊由外資主導(dǎo)，無(wú)論是半導(dǎo)體設(shè)計(jì)還是半導(dǎo)體制造，中國(guó)企業(yè)的市占率仍舊很低。從晶圓制造產(chǎn)能來(lái)看，全球TOP5晶圓制造商均為外資企業(yè)，占據(jù)了全球超過(guò)50%的產(chǎn)能份額。

中國(guó)大陸封測(cè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具備一定實(shí)力。中國(guó)憑借低廉的勞動(dòng)力，首先承接了對(duì)勞動(dòng)力需求較大技術(shù)要求較低的半導(dǎo)體封測(cè)業(yè)務(wù)。目前，中國(guó)大陸封測(cè)環(huán)節(jié)在全球已經(jīng)具備一定的競(jìng)爭(zhēng)力，根據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2020年第三季度全球前十大封測(cè)企業(yè)中，中國(guó)大陸企業(yè)長(zhǎng)電科技、通富微電和華天科技分別位列3、6、7名。

2020年我國(guó)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)銷售額首次突破500億美元。2020年雖然行業(yè)受到了新冠疫情的影響，但我國(guó)芯片設(shè)計(jì)行業(yè)仍舊保持了較快的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2020年全行業(yè)設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)量為2218家，同比增長(zhǎng)24.6%。從銷售收入來(lái)看，全行業(yè)銷售預(yù)計(jì)為3819.4億元，同比增長(zhǎng)23.8%，按照美元與人民幣1:6.8的兌換率，全年銷售約為561.7億美元，首次超過(guò)500億美元。

我國(guó)晶圓代工發(fā)展迅速，中芯國(guó)際和華宏半導(dǎo)體已進(jìn)入全球前十。我國(guó)封測(cè)行業(yè)逐漸進(jìn)入成熟階段，晶圓代工正在快速崛起，涌現(xiàn)出了中芯國(guó)際和華宏半導(dǎo)體等具備發(fā)展?jié)摿Φ木A代工企業(yè)。

根據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究院最新預(yù)測(cè)，2020第四季度全球晶圓代工營(yíng)收排行中，中芯國(guó)際和華宏半導(dǎo)體分別位列第5名和第9名。同時(shí)，我國(guó)正在尋求IC制造方面的突破，中國(guó)大陸正迎來(lái)投資建廠熱潮，這將為半導(dǎo)體設(shè)備帶來(lái)廣闊的市場(chǎng)空間。

半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)于行業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。當(dāng)前我國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備依舊高度依賴于海外企業(yè)，并且在核心技術(shù)和零部件上受到一定的限制。半導(dǎo)體設(shè)備涉及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，技術(shù)壁壘高，研發(fā)難度大周期長(zhǎng)，是整個(gè)產(chǎn)業(yè)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。

半導(dǎo)體設(shè)備直接關(guān)系芯片設(shè)計(jì)能否落成實(shí)物，產(chǎn)品可靠性和良率能否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)行業(yè)是否能夠參與全球競(jìng)爭(zhēng)。因此要實(shí)現(xiàn)我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控，半導(dǎo)體設(shè)備至關(guān)重要。

全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)或

超710億美元

根據(jù)SEMI最新預(yù)測(cè)，2021年全球半導(dǎo)體設(shè)備需求將超過(guò)710億美元。半導(dǎo)體設(shè)備位于產(chǎn)業(yè)鏈的上游，其市場(chǎng)規(guī)模隨著下游半導(dǎo)體的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求而波動(dòng)。

2013-2018年，在智能手機(jī)和消費(fèi)電子快速發(fā)展的推動(dòng)下，半導(dǎo)體設(shè)備進(jìn)入了一個(gè)持續(xù)上升的行業(yè)周期，市場(chǎng)規(guī)模從317.9億美元增長(zhǎng)到了645.3億美元，5年GACR為15%。而2019年全球半導(dǎo)體設(shè)備支出為597.5億美元，同比下降7.4%，增長(zhǎng)勢(shì)頭稍有回落。

根據(jù)SEMI預(yù)測(cè)，2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模達(dá)創(chuàng)紀(jì)錄的689億美元，同比增長(zhǎng)16%，2021年將達(dá)719億美元，同比增長(zhǎng)4.4%，2022年仍舊保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，市場(chǎng)將達(dá)761億美元，同比增長(zhǎng)5.8%。

前端和后端半導(dǎo)體設(shè)備都將持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)，晶圓制造設(shè)備預(yù)計(jì)2020年將增長(zhǎng)15％達(dá)到594億美元，2021年和2022年分別增長(zhǎng)4％和6％。代工和邏輯業(yè)務(wù)約占晶圓制造設(shè)備銷售總額的一半，由于先進(jìn)制程的投資，今年的支出將增長(zhǎng)15%左右，達(dá)到300億美元。

• 存儲(chǔ)方面，NAND制造設(shè)備支出今年將增長(zhǎng)30％，超過(guò)140億美元，而DRAM有望在2021年和2022年引領(lǐng)增長(zhǎng)。

• 封裝設(shè)備方面，2020年市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)20％，達(dá)到35億美元，在先進(jìn)封裝應(yīng)用的推動(dòng)下，到2021年和2022年分別增長(zhǎng)8％和5％。

半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備銷售額2020年預(yù)計(jì)增長(zhǎng)20％，達(dá)到60億美元，隨著對(duì)5G和高性能計(jì)算應(yīng)用的需求的提升，半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備在2021年和2022年將持續(xù)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

分地區(qū)來(lái)看，2020年中國(guó)大陸已成為全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)。中國(guó)大陸是近年來(lái)半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)唯一保持持續(xù)增長(zhǎng)的地區(qū)，市場(chǎng)規(guī)模在全球的占比逐年提升。2016-2019年，中國(guó)大陸的半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模從64.6億美元增長(zhǎng)到了134.5億美元，3年CACR達(dá)28%，在全球市場(chǎng)中的占比由15.7%提升至22.5%。

隨著中國(guó)大陸在IC和儲(chǔ)存領(lǐng)域的強(qiáng)勁支出，SEMI預(yù)計(jì)2020年中國(guó)大陸半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)181億美元，同比增長(zhǎng)34.6%，成為全球最大的半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)。我們認(rèn)為在國(guó)家政策和資金支持下，2021和2022年中國(guó)大陸的半導(dǎo)體設(shè)備支出將持續(xù)保持高位，市場(chǎng)規(guī)模將保持在180億美元。

參考資料來(lái)自：德邦證券、馭勢(shì)資本研究所