2022年半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展前景及市場空間分析

1、2022年半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展前景及市場空間分析1. 集成電路占半導(dǎo)體八成份額，設(shè)備為產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵要素集成電路占半導(dǎo)體產(chǎn)品 80%以上份額，是絕大部分電子設(shè)備的核心組成部分。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。按產(chǎn)品來劃分，半導(dǎo)體產(chǎn)品可分為集成 電路、分立器件、光電器件和傳感器，其中集成電路占 80%以上的份額，是絕大多數(shù)電子 設(shè)備的核心組成部分，也是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，下游應(yīng)用最為廣泛。按照主要生產(chǎn)過程劃分，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈整體可分為上游半導(dǎo)體支撐產(chǎn)業(yè)、中游晶圓制 造產(chǎn)業(yè)、下游半導(dǎo)體應(yīng)用產(chǎn)業(yè)。上游半導(dǎo)體材料、設(shè)備產(chǎn)業(yè)為中游晶圓制造產(chǎn)業(yè)提供必要 的原材料與生產(chǎn)設(shè)備。半導(dǎo)體產(chǎn)品下游應(yīng)用廣泛

2、，涉及通訊技術(shù)、消費(fèi)電子、工業(yè)電子、 汽車電子、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療、新能源、大數(shù)據(jù)等多個領(lǐng)域。全球半導(dǎo)體行業(yè)市場廣闊，市場規(guī)模整體呈現(xiàn)不斷增長趨勢。根據(jù) WSTS 數(shù)據(jù)顯示， 全球半導(dǎo)體行業(yè)銷售收入自 2016 起增長較快，2016-2018 年 CAGR 為 17.61%。2019 年受全球宏觀經(jīng)濟(jì)低迷影響，半導(dǎo)體行業(yè)景氣度有所下降。2020 年全球半導(dǎo)體收入恢復(fù)增 長至 4,404 億美元。2021 年全球半導(dǎo)體收入首次突破 5,000 億美元，實(shí)現(xiàn)同比 26.23%的 強(qiáng)勁增長。WSTS 預(yù)計，2022 年全球半導(dǎo)體市場規(guī)模將延續(xù)增長態(tài)勢，市場規(guī)模將再成長 8.8達(dá) 6,014.90

3、 億美元。近十年中國集成電路行業(yè)消費(fèi)額高速穩(wěn)步增長，中國大陸已占據(jù)全球 35%的半導(dǎo)體消 費(fèi)市場。SIA 2020 年數(shù)據(jù)顯示，亞太地區(qū)是全球最大的半導(dǎo)體消費(fèi)市場，2019 年銷售額 占比 62.50%，其中中國大陸市場占據(jù)全球 35.00%市場份額；美國為全球半導(dǎo)體消費(fèi)第二 大市場，占比約為 19.10%；歐洲及日本市場份額分別為 9.70%和 8.70%。據(jù)中國半導(dǎo)體 行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2011-2021年，中國半導(dǎo)體行業(yè)銷售額持續(xù)增長，十年復(fù)合增長率達(dá)18.39%。 2021 年中國集成電路產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)銷售額 10,458 億元，同比增長 18.2%。半導(dǎo)體設(shè)備泛指用于生產(chǎn)各類半導(dǎo)體產(chǎn)品所需的生

4、產(chǎn)設(shè)備，屬于半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的 支撐環(huán)節(jié)。以半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)難度最高、附加值最大、工藝最為復(fù)雜的集成電路為例， 應(yīng)用于集成電路領(lǐng)域的設(shè)備通常可分為前道工藝設(shè)備（晶圓制造）和后道工藝設(shè)備（封裝 測試）兩大類。其中，在前道晶圓制造中，共有七大工藝步驟，分別為氧化/擴(kuò)散、光刻、 刻蝕、離子注入、薄膜生長、清洗與拋光、金屬化，所對應(yīng)的專用設(shè)備主要包括氧化/擴(kuò)散 設(shè)備、光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備、清洗設(shè)備、離子注入設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備、機(jī)械拋光設(shè)備等。 其中，光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備為前道工藝中的三大核心設(shè)備。集成電路制造設(shè)備的投資中各工藝環(huán)節(jié)占比穩(wěn)定，薄膜沉積設(shè)備約占 20%。集成電路 制造中，70%

5、-80%的資本開支用于設(shè)備投資，而設(shè)備投資中的 78%-80%在晶圓制造環(huán)節(jié) 的設(shè)備中。根據(jù) ASMI 數(shù)據(jù)，2015-2021 年，集成電路制造設(shè)備投資中各工藝環(huán)節(jié)占比穩(wěn) 定，刻蝕&清洗、光刻、薄膜沉積分別約占集成電路制造設(shè)備投資的 25%、20%、20%。2. 薄膜沉積為核心工藝環(huán)節(jié)，元器件復(fù)雜化提升設(shè)備需求芯片是微型結(jié)構(gòu)體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是 3D 立體式形態(tài)，襯底之上的微米或納米級薄膜構(gòu) 成了制作電路的功能材料層。為了形成多層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，需要先制造器件疊層，即在晶 圓表面交替堆疊多層金屬（導(dǎo)電）膜和介電（絕緣）膜，之后再通過重復(fù)刻蝕工藝去除多余部分并形成三維結(jié)構(gòu)。作為芯片結(jié)構(gòu)的功能材料層，

6、在芯片完成制造、封測等工序后， 薄膜會留存在芯片中，因此薄膜的技術(shù)參數(shù)將直接影響芯片性能。芯片內(nèi)部的薄膜厚度為微米到納米級，無法通過普通機(jī)械加工方法制造，而需要采用 薄膜沉積技術(shù)。薄膜沉積技術(shù)是以各類適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)源在外加能量（包括熱、光、等離 子體等）的驅(qū)動下激活，將由此形成的原子、離子、活性反應(yīng)基團(tuán)等在襯底表面進(jìn)行吸附， 并在適當(dāng)?shù)奈恢冒l(fā)生化學(xué)反應(yīng)或聚結(jié)，漸漸形成幾納米至幾微米不等厚度的金屬、介質(zhì)、 或半導(dǎo)體材料薄膜。薄膜沉積設(shè)備主要負(fù)責(zé)各個步驟當(dāng)中的介質(zhì)層與金屬層的沉積，包括 CVD（化學(xué)氣相 沉積）設(shè)備、PVD（物理氣相沉積）設(shè)備/電鍍設(shè)備和 ALD（原子層沉積）設(shè)備。CVD 是一種通

7、過氣體混合的化學(xué)反應(yīng)在硅片表面沉積薄膜的工藝，可應(yīng)用于絕緣薄膜、 硬掩模層以及金屬膜層的沉積。其原理是通過化學(xué)反應(yīng)的方式，利用加熱、等離子或光輻 射等各種能源，在反應(yīng)器內(nèi)使氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)的化學(xué)物質(zhì)在氣相或氣固界面上經(jīng)化學(xué)反應(yīng) 形成固態(tài)沉積物。常用 CVD 設(shè)備包括 PECVD、SACVD、APCVD、LPCVD 等，適用于不 同工藝節(jié)點(diǎn)對膜質(zhì)量、厚度以及孔隙溝槽填充能力等的不同要求。其中，由于等離子體的 作用，化學(xué)反應(yīng)溫度明顯降低，薄膜純度得到提高，致密度得以加強(qiáng)，不傷害芯片已完成 的電路，PECVD 在從亞微米發(fā)展到 90nm 的 IC 制造技術(shù)過程中，扮演了重要的角色。由 于 SACVD

8、反應(yīng)腔環(huán)境具有特有的高溫（400-550）、高壓（30-600Torr）環(huán)境，具有 快速填空（Gap fill）能力，因此 SACVD 主要應(yīng)用于溝槽填充工藝。PVD 是用物理的方法使材料沉積在被鍍工件上的薄膜制備技術(shù)。在真空條件下，采用 物理方法，將材料源（固體或液體）表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通 過低壓氣體（或等離子體）過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。PVD 主要方法包括真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜，不僅可沉積金屬膜、合金膜，還可以沉積化合物、陶瓷、半導(dǎo)體、聚合物膜等。PVD 具有成膜速率高、鍍膜厚度及均勻 性可控、薄膜致密性好、粘結(jié)力強(qiáng)及純

9、凈度高等優(yōu)點(diǎn)。ALD 可以將物質(zhì)以單原子膜形式一層一層地鍍在基底表面的方法。從原理上說，ALD 是通過化學(xué)反應(yīng)得到生成物，但在沉積反應(yīng)原理、沉積反應(yīng)條件的要求和沉積層的質(zhì)量上 都與傳統(tǒng)的 CVD 不同。相對于傳統(tǒng)的沉積工藝而言，ALD 工藝具有自限制生長的特點(diǎn)，可 精確控制薄膜的厚度，制備的薄膜具有均勻的厚度和優(yōu)異的一致性，臺階覆蓋率高，特別 適合深槽結(jié)構(gòu)中的薄膜生長，因此 ALD 設(shè)備在 28nm 以下關(guān)鍵尺寸縮小的雙曝光工藝方 面取得了越來越廣泛的應(yīng)用。集成電路尺寸及線寬的縮小、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的立體化及生產(chǎn)工藝的復(fù)雜化等因素都對半導(dǎo) 體設(shè)備行業(yè)提出了更高的要求和更多的需求，并為以薄膜沉積設(shè)備為代

10、表的核心裝備的發(fā) 展提供了廣闊的市場空間。多重曝光工藝需要重復(fù)多次薄膜沉積，從而實(shí)現(xiàn)更小的線寬。在摩爾定律的推動下， 元器件集成度的大幅提高要求集成電路線寬不斷縮小，影響集成電路制造工序愈為復(fù)雜。 尤其當(dāng)線寬向 7nm 及以下制程發(fā)展，當(dāng)前市場普遍使用的光刻機(jī)受波長的限制精度無法滿 足要求，需要采用多重曝光工藝，重復(fù)多次薄膜沉積和刻蝕工序以實(shí)現(xiàn)更小的線寬，使得 薄膜沉積次數(shù)顯著增加。半導(dǎo)體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的立體化大幅增加了薄膜沉積工序。在 FLASH 存儲芯片領(lǐng)域，主流制 造工藝已由 2D NAND 發(fā)展為 3D NAND 結(jié)構(gòu)。而在 3D NAND 制造工藝中，增加集成度 的主要方法不再是縮小單層上

11、線寬，而是增大三維立體堆疊的層數(shù)，疊堆層數(shù)也從 32/64 層量產(chǎn)向 128/196 層發(fā)展，每層均需要經(jīng)過薄膜沉積工藝步驟。根據(jù)東京電子披露，薄膜 沉積設(shè)備占 FLASH 芯片產(chǎn)線的資本開支比例從 2D 時代的 18%增長至 3D 時代的 26%。 隨著 3D NAND FLASH 芯片的內(nèi)部層數(shù)不斷增高，對于薄膜沉積設(shè)備的需求提升的趨勢也 將延續(xù)。從上游晶圓廠的角度來看，先進(jìn)產(chǎn)線對薄膜沉積設(shè)備的需求量陡增。隨著產(chǎn)線的逐漸 升級，晶圓制造的復(fù)雜度和工序量都大大提升，在實(shí)現(xiàn)相同芯片制造產(chǎn)能的情況下，晶圓 廠對薄膜沉積設(shè)備的需求量和性能也將相應(yīng)增加。以中芯國際的不同制程邏輯芯片產(chǎn)線為 例，從 1

12、80nm 8 寸晶圓產(chǎn)線到 90nm 12 寸晶圓產(chǎn)線，產(chǎn)線對 CVD 設(shè)備的需求量從月產(chǎn) 能每萬片 9.9 臺增至 42 臺，PVD 設(shè)備的需求量從月產(chǎn)能每萬片 4.8 臺增至 24 臺，需求量 提升了 4-5 倍。3. 產(chǎn)能轉(zhuǎn)移疊加國產(chǎn)化，國內(nèi)薄膜沉積設(shè)備市場大有可為3.1 半導(dǎo)體設(shè)備空間廣闊，中國大陸已成全球最大市場自 2019 年起全球半導(dǎo)體設(shè)備市場迎來高速增長，中國大陸連續(xù)兩年成為全球第一大 半導(dǎo)體設(shè)備市場。據(jù) SEMI 統(tǒng)計，2019 年全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售規(guī)模為 598 億美元，2021 年首次突破 1000 億美元，達(dá)到 1026 億美元，年均復(fù)合增長率達(dá) 30.99%。2019

13、-2021 年，中國大陸地區(qū)半導(dǎo)體設(shè)備銷售額由 135 億美元增長至 296 億美元，年均復(fù)合增長率達(dá) 48.40%，高于全球增速。2021 年，中國大陸地區(qū)半導(dǎo)體設(shè)備銷售額較 2020 年大幅增長 58.23%，大陸地區(qū)連續(xù)兩年成為全球第一大半導(dǎo)體設(shè)備市場，占全球半導(dǎo)體設(shè)備市場的 28.86%。全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模逐年增長，預(yù)計 2025 年達(dá) 340 億美元。根據(jù) Maximize Market Research 數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2017-2019 年全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模 分別為 125 億美元、145 億美元和 155 億美元，2020 年擴(kuò)大至約 172 億美元，年復(fù)合增

14、 長率為 11.2%。隨著半導(dǎo)體行業(yè)整體景氣度的提升，全球半導(dǎo)體設(shè)備市場呈現(xiàn)快速增長態(tài) 勢，拉動市場對薄膜沉積設(shè)備需求的增加。Maximize Market Research 預(yù)計全球半導(dǎo)體 薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模在 2025 年將從 2020 年的 172 億美元擴(kuò)大至 340 億美元，保持年 復(fù)合 14.6%的增長速度。PECVD 占整體薄膜沉積設(shè)備市場的 33%，為占比最高的設(shè)備類型。薄膜沉積工藝的 不斷發(fā)展，形成了較為固定的工藝流程，同時也根據(jù)不同的應(yīng)用演化出了 PECVD、濺射 PVD、ALD、LPCVD 等不同的設(shè)備用于晶圓制造的不同工藝。其中，PECVD 是薄膜設(shè)備 中占比最高的設(shè)

15、備類型，占整體薄膜沉積設(shè)備市場的 33%；ALD 設(shè)備目前占據(jù)薄膜沉積設(shè) 備市場的 11%；SACVD 是新興的設(shè)備類型，屬于其他薄膜沉積設(shè)備類目下的產(chǎn)品，占比 較小。預(yù)計 2025 年中國大陸 PECVD 設(shè)備、ALD 設(shè)備市場規(guī)模分別達(dá) 37.03、12.34 億美 元。根據(jù) Maximize Market Research 預(yù)測，2025 年全球半導(dǎo)體薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模 將達(dá) 340 億美元；假設(shè)到 2025 年，中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備市場占全球市場的比例逐步提升 至 33%，則可測算出中國大陸薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模（全球薄膜沉積市場規(guī)模中國大陸 半導(dǎo)體市場占全球市場的比例）；假設(shè) 2022

16、-2025 年，PECVD 設(shè)備、ALD 設(shè)備占整體薄 膜沉積設(shè)備市場的比例分別保持 33%、11%不變，則可測算中國大陸 PECVD、ALD 設(shè)備 市場規(guī)模（中國大陸薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模PECVD 或 ALD 設(shè)備占薄膜沉積設(shè)備市場的比 例）分別為 37.03、12.34 億美元。3.2 薄膜沉積設(shè)備被高度壟斷，產(chǎn)能轉(zhuǎn)移或拉動國產(chǎn)替代薄膜沉積設(shè)備行業(yè)呈現(xiàn)出高度壟斷的競爭局面，行業(yè)基本由應(yīng)用材料（AMAT）、先 晶半導(dǎo)體（ASMI）、泛林半導(dǎo)體（Lam）、東京電子（TEL）等國際巨頭壟斷。2019 年， ALD 設(shè)備龍頭東京電子（TEL）和先晶半導(dǎo)體（ASMI）分別占據(jù)了 31%和 29%的市

17、場份 額，剩下 40%的份額由其他廠商占據(jù)；在 CVD 市場中，應(yīng)用材料（AMAT）全球占比約 為 30%，連同泛林半導(dǎo)體（Lam）的 21%和 TEL 的 19%，三大廠商占據(jù)了全球 70%的市 場份額；而應(yīng)用材料（AMAT）則基本壟斷了 PVD 市場，占 85%的比重，處于絕對龍頭地 位。中國半導(dǎo)體設(shè)備整體仍嚴(yán)重依賴進(jìn)口，集成電路設(shè)備自給率僅有 5%左右，進(jìn)口替代空 間巨大。根據(jù)中國電子專用設(shè)備工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020 年國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備銷售額約為 213 億元，自給率約為 16%。如僅考慮集成電路設(shè)備，國內(nèi)自給率僅有 5%左右，在全球 市場僅占 1-2%，技術(shù)含量最高的集成電路前道設(shè)備則自給率更低。半導(dǎo)體設(shè)備嚴(yán)重依賴進(jìn) 口不僅影響我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更對我國信息產(chǎn)業(yè)安全造成重大隱患。全球產(chǎn)能中心逐步向中國大陸轉(zhuǎn)移，半導(dǎo)體制造國產(chǎn)化勢必帶動設(shè)備國產(chǎn)化。2020 年 以來，全球范圍內(nèi)人們對于各類電子產(chǎn)品需求大幅增長的同時，國際半導(dǎo)體晶圓制造、