拓荆科技研究报告中国半导体CVD设备龙头国产化持续放量

　　（报告出品方作者：光大证券，刘凯，杨德珩）1、拓荆科技：中国半导体CVD设备龙头
　　1。1、公司是国内唯一产业化应用集成电路PECVD和SACVD设备及领先的ALD设备厂商
　　拓荆科技股份有限公司（以下简称拓荆科技）成立于2010年，2022年4月20日正式登陆科创板，主要从事高端半导体专用设备的研发、生产、销售和技术服务，主要产品包括等离子体增强化学气相沉积（PECVD）设备、原子层沉积（ALD）设备和次常压化学气相沉积（SACVD）设备三个产品系列，已广泛应用于国内晶圆厂14nm及以上集成电路制造产线，并已展开10nm及以下产品验证测试。
　　公司产品已广泛应用于中芯国际、华虹集团、长江存储、长鑫存储、厦门联芯、燕东微电子等国内主流晶圆厂产线，打破国际厂商对国内市场的垄断，与国际寡头直接竞争，在研产品已发往某国际领先晶圆厂参与其先进制程工艺研发。公司的产品已适配国内最先进的2814nm逻辑芯片、1917nmDRAM芯片和64128层3DNANDFLASH晶圆制造产线。其中，PECVD设备已全面覆盖逻辑电路、DRAM存储、FLASH闪存集成电路制造各技术节点产线多种通用介质材料薄膜沉积工序，并研发了Lok、Lok、ACHM、ADC等先进介质材料工艺，拓宽公司PECVD产品在晶圆制造产线薄膜沉积工序的应用。
　　1。2、公司三大设备产品卡位优势明显
　　公司主要产品半导体薄膜沉积设备包括PECVD设备、ALD设备及SACVD设备三个系列。薄膜沉积设备作为集成电路晶圆制造的核心设备，沉积的薄膜是芯片电路中的功能材料层，是芯片制造的核心工艺环节。薄膜沉积设备设计制造技术难度大，产业化验证周期长。由于薄膜是芯片结构的功能材料层，在芯片完成制造、封测等工序后会留存在芯片中，薄膜的技术参数直接影响芯片性能。生产中不仅需要在成膜后检测薄膜厚度、均匀性、光学系数、机械应力及颗粒度等性能指标，还需要在完成晶圆生产流程及芯片封装后，对最终芯片产品进行可靠性和生命周期测试，以衡量薄膜沉积设备是否最终满足技术标准。因此，晶圆厂对薄膜沉积设备所需要的验证时间较长。
　　随着集成电路制造不断向更先进工艺发展，单位面积集成的电路规模不断扩大，芯片内部立体结构日趋复杂，所需要的薄膜层数越来越多，对绝缘介质薄膜、导电金属薄膜的材料种类和性能参数不断提出新的要求。在90nmCMOS工艺，大约需要40道薄膜沉积工序。在3nmFinFET工艺产线，超过100道薄膜沉积工序，涉及的薄膜材料由6种增加到近20种，对于薄膜颗粒的要求也由微米级提高到纳米级。薄膜设备的发展支撑了集成电路制造工艺向更小制程发展。公司产品可以满足下游集成电路制造客户产线对于不同材料、不同芯片结构薄膜沉积工序的设备需求。
　　1。2。1、PECVD是核心产品，国内唯一实现集成电路产业化应用
　　PECVD设备系公司核心产品，是芯片制造的核心设备之一。主要功能是在将硅片控制到预定温度后，使用射频电磁波作为能量源在硅片上方形成低温等离子体，通入适当的化学气体，在等离子体的激活下，经一系列化学反应在硅片表面形成固态薄膜。相比传统的CVD设备，PECVD设备在相对较低的反应温度下形成高致密度、高性能薄膜，不破坏已有薄膜和已形成的底层电路，实现更快的薄膜沉积速度，是芯片制造薄膜沉积工艺中运用最广泛的设备种类。
　　公司是国内唯一一家产业化应用的集成电路PECVD设备厂商，已配适18014nm逻辑芯片、1917nmDRAM及64128层FLASH制造工艺需求，产品能够兼容SiO2、SiN、SiON、BPSG、PSG、TEOS、Lok、Lok、ACHM、ADC等多种反应材料。公司已于2018年向某国际领先晶圆厂发货一台PECVD设备用于其先进逻辑芯片制造研发产线，2020年该厂向公司增订了一台PECVD设备用于其上述先进制程试产线。
　　1。2。2、PEALD成功量产，ThermalALD正在研发
　　ALD设备是一种可以将反应材料以单原子膜形式通过循环反应逐层沉积在基片表面，形成对复杂形貌的基底表面全覆盖成膜的专用设备。由于ALD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，实现了芯片制造工艺中关键尺寸的精度控制，在结构复杂、薄膜厚度要求精准的先进逻辑芯片、DRAM和3DNAND制造中，ALD是必不可少的核心设备之一。ALD设备主要分为PEALD和ThermalALD。拓荆科技是国内领先的集成电路ALD设备厂商。公司的等离子体增强原子层沉积设备（PEALD），在公司PECVD设备核心技术的基础上，根据ALD反应原理，结合理论分析及仿真计算，对反应腔内的气路、关键件、喷淋头等进行创新设计公司的ALD设备可以沉积SiO2和SiN材料薄膜，目前已适配5514nm逻辑芯片制造工艺需求。
　　在PEALD设备成功量产基础上，为满足28nm以下芯片制造所需的Al2O3、AlN等金属化合物薄膜的工艺需要，公司正在研发ThermalALD设备。
　　1。2。3、SACVD国内唯一实现集成电路产业化应用
　　SACVD设备的主要功能是在次常压环境下，通过对反应腔内气体压力和温度的精确控制，将气相化学反应材料在晶圆表面沉积薄膜。SACVD设备的高压环境可以减小气相化学反应材料的分子自由程，通过臭氧在高温下产生高活性的氧自由基，增加分子之间的碰撞，实现优越的填孔（Gapfill）能力，是集成电路制造的重要设备之一。公司是国内唯一一家产业化应用的集成电路SACVD设备厂商，公司的SACVD设备可以沉积BPSG、SAF材料薄膜，适配12英寸4028nm以及8英寸90nm以上的逻辑芯片制造工艺需求。
　　1。3、公司近三年营收高速增长，毛利率逐年上升
　　公司20192021年营收复合增长率为73。7，实现高速增长。公司2021年的营业总收入为7。58亿元，同比增长73。99；归母净利润为0。68亿元，同比扭亏为盈，其中非经常性损益为1。5亿元，占比较高；扣非归母净利润为0。82亿元，同比亏损有所扩大，主要是研发费用率有所上升。公司2022H1营业收入为5。23亿元，同比增长364。87；归母净利润为1。08亿元，扣非归母净利润为0。49亿元。公司20182022H1毛利率和净利率整体呈逐年上升趋势。公司20182022H1的毛利率分别为31。6731。8534。0644。0146。76，净利率分别为146。127。712。698。8320。37，毛利率和净利率整体呈上升趋势。
　　分产品来看，2021年PECVD设备收入在总营收中的占比近90，是公司收入的主要来源。公司2021年PECVD设备收入为6。75亿元，在总营收中的占比为89。1；SACVD设备收入为0。41亿元，在总营收中的占比为5。4；ALD设备收入为0。29亿元，在总营收中的占比为3。8。2021年，PECVD设备的毛利率为42。6，20182021年逐年上升；SACVD设备和ALD设备的毛利率分别为63。0和44。2。
　　2、半导体设备国产化不断加速，国产设备厂商持续受益
　　2。1、半导体设备是未来的长周期优质赛道
　　半导体设备行业景气度与国产化进度、晶圆厂扩张以及技术迭代息息相关，国产化进度和晶圆厂扩张决定着当前景气周期内对国产半导体设备的需求，而技术创新带来的技术迭代则不断驱动着半导体设备的需求长周期持续向上，国产化是本轮半导体设备景气度高企的核心驱动力。半导体设备与新建产线关联度较高，具备周期性强、空间大等特点，目前大力提高中国大陆半导体设备供应商的竞争力，对保障中国半导体产业链安全具有显著的溢出效益，有助于大大降低美国等出口管制所带来的风险。2021年很多国产半导体设备实现了01的跨越，2022年将逐步进入到1N的放量过程，预计国产化的速度将不断加快，半导体设备是未来的长周期优质赛道。
　　2。1。1、半导体设备是国产化的核心领域
　　半导体是许多工业整机设备的核心，普遍应用于计算机、消费类电子、络通信、汽电子等核心领域，半导体主要由四个部分组成：集成电路、光电器件、分立器件和传感器，其中集成电路在全球总销售额中的占比高达80以上，是半导体产业链的核心领域。
　　集成电路产业链通常以芯片设计、制造和封装测试为三大环节。设备材料与制造和封装测试联系最为紧密，对应分为前道设备和后道设备，晶圆材料和封装材料。设备材料在高端领域处于美欧日垄断状态，卡脖子问题突出，是当前及未来国产化重点突破的领域。
　　2。1。2、中国大陆半导体设备市场份额占比不断提升
　　根据国际半导体产业协会（SEMI）2022年7月12日公布的《年中总半导体设备预测报告》，2021年全球半导体制造设备销售总额达到1025亿美元的新高，比2020年的712亿美元的销售历史记录增长44。0，预计2022年全球半导体制造设备市场销售总额将扩大到1175。2亿美元，同比增长14。7，到2023年全球半导体制造设备市场销售总额预计将上涨2。8至1208亿美元。
　　2021年中国大陆半导体设备销售额为296。2亿美元，同比增长58。2，占全球半导体设备市场的28。9，第二次成为全球最大的半导体设备市场。我们预计中国大陆半导体设备销售额全球占比有望从2021年的28。9提升到2023年的32。5，呈逐年上升的趋势。由此测算，2022年中国大陆半导体设备销售额预计将达到364。3亿美元，同比增长23。0，到2023年中国大陆半导体设备销售额有望增长7。8至392。6亿美元。
　　中国大陆主要晶圆厂产能持续扩张。半导体设备收入的增长与晶圆厂扩张息息相关，晶圆厂扩产的资本支出中的7080左右将用于购买半导体设备，截止2021年底，国内主要晶圆厂扩产计划：中芯国际总扩产计划24万片月，其中中芯京城10万片月，中芯深圳4万片月，中芯临港10万片月；华虹半导体计划扩产4万片月；长江存储总产能规划，一期10万片月，二期20万片月，总产能目标30万片月；合肥长鑫2021年扩产6万片月，2022年有望达到12万片月，总产能目标30万片月；粤芯半导体一期二期产能4万年月，总产能目标12万年月；上海积塔半导体一期8英寸产能规划4。5万片月，最终8万片月，二期12英寸产能规划5万片月。
　　2。2、薄膜沉积设备规模占半导体设备总投资的25
　　2。2。1、薄膜沉积设备是半导体三大主设备之一
　　薄膜沉积设备主要负责各个步骤当中的介质层与金属层的沉积，包括CVD（化学气相沉积）设备、PVD（物理气相沉积）设备电镀设备和ALD（原子层沉积）设备，与光刻机、刻蚀机共同构成芯片制造三大主设备，沉积薄膜材料可以是二氧化硅、氮化硅、多晶硅等非金属以及铜等金属。2020年全球半导设备产业结构中，前道设备在总销售额中的占比约85，后端测试设备占比约9，后道封装设备占比约6。薄膜沉积设备作为晶圆制造的三大主设备之一，其投资规模占晶圆制造设备总投资的25。
　　（一）化学气相沉积（CVD）设备。化学气相沉积是通过化学反应的方式，利用加热、等离子或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术，是一种通过气体混合的化学反应在硅片表面沉积薄膜的工艺，可应用于绝缘薄膜、硬掩模层以及金属膜层的沉积。
　　CVD设备由气相反应室（进气方向与样品表面成水平或垂直），能量系统（加热或射频），反应气体控制系统，真空系统及废气处理装置等组成。硅片的表面及邻近区域被加热来向反应系统提供附加的能量。常用CVD设备包括PECVD、SACVD、APCVD、LPCVD等，适用于不同工艺节点对膜质量、厚度以及孔隙沟槽填充能力等的不同要求。
　　等离子增强化学汽相淀积（PECVD）等离子体增强化学气相淀积（PECVD）是指采用高频等离子体驱动的一种气相淀积技术，是一种射频辉光放电的物理过程和化学反应相结合的技术，是一种在100400之间进行的低温沉积方法。该气相淀积的方法可以在非常低的衬底温度下淀积薄膜，例如在铝（Al）上淀积SiO2。工艺上等离子体增强化学气相淀积主要用于淀积绝缘层。常见的沉积薄膜：氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、非晶硅薄膜、氧氮化硅（SixOyNz）薄膜。PECVD设备主要分为直接式和间接式两种：直接式：基片位于一个电极上，直接接触等离子体（低频放电10500kHz或高频13。56MHz），目前市场上主要使用的是40kHz的频率。间接式：基片不接触激发电极。
　　高密度等离子体化学气相淀积（HDPCVD）高密度等离子体化学气相沉积（HDPCVD）是PECVD的其中一种，它使用更高密度的等离子体，使晶圆能够在沉积室中以更低的温度（80150之间）进行反应。该工艺可以生成具有高深宽比间隙填充能力的薄膜。常见的沉积薄膜：二氧化硅（SiO2）薄膜、氮化硅（Si3N4薄膜）、碳化硅（SiC）薄膜。次大气压化学气相沉积（SACVD）次大气压化学气相沉积（SACVD）与其他方法不同，它在标准室压下进行，并使用臭氧（O3）来帮助催化反应。沉积过程在高于LPCVD但低于APCVD的压力下进行，压力介于13，30080，000Pa之间。SACVD薄膜有较高的沉积速率，且随着温度的升高而提高，但当达到约490C时，沉积速率开始降低。常见的沉积薄膜：BPSG、PSG、TEOS。
　　常压化学汽相淀积（APCVD）常压化学气相淀积（APCVD）是指在大气压下进行的一种化学气相淀积的方法，这是化学气相淀积最初所采用的方法。这种工艺所需的系统简单，反应速度快，并且其淀积速率可超过1000埃min，特别适于介质淀积，但是它的缺点是均匀性较差，所以，APCVD一般用在厚的介质淀积。常见的沉积薄膜：掺杂和未掺杂的氧化硅薄膜、氮化硅薄膜，也用于退火工艺。
　　低压化学汽相淀积（LPCVD）随着半导体工艺特征尺寸的减小，对薄膜的均匀性要求及膜厚的误差要求不断提高，出现了低压化学气相淀积（LPCVD）。低压化学气相淀积是指系统工作在较低的压强下的一种化学气相淀积的方法。这种技术淀积出来的薄膜均匀性和台阶覆盖性较好，且具有较低的淀积速率和较高的淀积温度。LPCVD采用最高温度来沉积薄膜，通常在600以上，压力在101，000Pa之间，温度决定薄膜的厚度和纯度，温度越高，薄膜越厚，纯度越高。LPCVD技术不仅用于制备硅外延层，还广泛用于各种无定形钝化膜及多晶硅薄膜的淀积，是一种重要的薄膜淀积技术。常见的沉积薄膜：多晶硅薄膜、掺杂未掺杂的氧化物薄膜、氮化物薄膜。
　　（二）原子层沉积设备（ALD）原子层沉积可以将物质以单原子膜形式一层一层地镀在基底表面的方法。从原理上说，ALD是通过化学反应得到生成物，但在沉积反应原理、沉积反应条件的要求和沉积层的质量上都与传统的CVD不同。相对于传统的沉积工艺而言，ALD工艺具有自限制生长的特点，可精确控制薄膜的厚度，制备的薄膜具有均匀的厚度和优异的一致性，台阶覆盖率高，特别适合深槽结构中的薄膜生长。ALD设备沉积的薄膜具有非常精确的膜厚控制和非常优越的台阶覆盖率，在28nm以下关键尺寸缩小的双曝光工艺方面取得了越来越广泛的应用。目前，28nm以下先进制程的FinFET制造工艺中，难点在于形成Fin的形状，Fin的有源区并不是通过光刻直接形成的，而是通过自对准双重成像技术（SADP，SelfAlignedDoublePatterning）工艺形成。
　　（三）物理气相沉积设备（PVD）物理气相沉积（PVD），是利用蒸发或溅射，实现原子从源物质到沉底材料表面的物质转移，沉积形成薄膜。PVD具有成膜速率高、镀膜厚度及均匀性可控、薄膜致密性好、粘结力强及纯净度高等优点。PVD可以分为真空蒸镀和溅射，发展初期以真空蒸镀镀膜为主，特点是工艺简单、操作容易、纯度较高，缺点是难以蒸发某些金属和氧化物。由于溅射设备制备的薄膜更加均匀、致密，对衬底附着性强，纯度更高，溅射设备取代了蒸镀设备。
　　（四）分子束外延设备（MBE）分子束外延（MBE）是一种化合物半导体多层薄膜的物理淀积技术，其基本原理是在超高真空条件下，将组成薄膜的各元素在各自的分子束炉中加热成定向分子束入射到加热的衬底上进行薄膜生长。由于每一台分子束炉的炉口装有一个能快速开闭的快门，因而生长时能快速改变所生长材料的成分及掺杂种类。MBE技术是在20世纪60年代末由美国贝尔实验室首先发展起来的。MBE技术具有生长速度较慢且可控、表面及界面平整、材料组成及掺杂种类变化迅速、生长衬底温度低等特点，因而被广泛用来生长组分及掺杂分布陡峻的突变异质结和复杂的多层结构。
　　（五）电镀设备（ECPECD）半导体电镀是指在芯片制造过程中，将电镀液中的金属离子电镀到晶圆表面形成金属互连。随着芯片制造行业技术的发展，芯片内的互连线开始从传统的铝材料转向铜材料，市场对半导体镀铜设备越来越大。目前半导体电镀应用邻域广泛，包括铜线的沉积、镍、金和锡银合金等金属的沉积，但主要还是金属铜的沉积。铜导线可以降低互联阻抗，降低器件的功耗和成本，提高芯片的速度、集成度、器件密度等。半导体电镀设备在晶圆上沉积一层致密、无孔洞、无缝隙等其他缺陷，并且分布均匀的铜，再配以气相沉积设备、刻蚀设备、清洗设备等，完成铜互连线工艺。半导体电镀设备主要分为前道铜互连电镀设备和后道先进封装电镀设备。
　　2。2。2、薄膜沉积设备国产化提升空间较大
　　根据MaximizeMarketResearch数据统计，全球半导体薄膜沉积市场2020年市场空间约为172亿美元，预计到2025年将达到340亿美元，期间以年复合14。6的速度增长。其中市场将以存储、AMOLED显示屏以及太阳能电站等新兴应用需求的增加为驱动薄膜沉积市场增长的核心动力。在硅片衬底上沉积薄膜有多种技术，按工艺主要分为化学工艺和物理工艺。化学工艺包括化学气相沉积（CVD）和电化学沉积（ECPECD）；其中CVD占据大部分薄膜沉积市场。物理工艺主要为物理气相沉积（PVD），其中溅射工艺制备的薄膜更加均匀、致密，对衬底附着性强，纯度更高，逐渐发展为主流，需求占比近19。
　　随着产线的逐渐升级，晶圆制造的复杂度和工序量都大大提升，在实现相同芯片制造产能的情况下，晶圆厂对薄膜沉积设备的需求量和性能也将相应增加。以中芯国际的不同制程逻辑芯片产线为例，从180nm8寸晶圆产线到90nm12寸晶圆产线，产线对CVD设备的需求量从月产能每万片9。9台增至42台，PVD设备的需求量从月产能每万片4。8台增至24台，需求量提升了45倍。
　　从各细分市场来看，在CVD设备市场中，应用材料全球销售额占比约30，加上泛林半导体的21和TEL的19，三大厂商占据了全球70的市场份额；在ALD设备市场中，ALD设备龙头TEL和ASM分别占据了31和29的市场份额，剩下40的份额由其他厂商占据；在PVD设备市场中，应用材料则基本垄断了PVD市场，占85的比重，处于绝对龙头地位。3、公司具备领先的产业化技术优势，研发实力突出
　　3。1、公司产业化技术优势明显
　　拓荆科技是国内半导体设备行业重要的领军企业之一，公司三次（2016年、2017年、2019年）获得中国半导体行业协会颁发的中国半导体设备五强企业称号。公司专注的薄膜沉积设备领域系半导体晶圆制造三大核心设备种类之一，是国内唯一一家产业化应用的集成电路PECVD、SACVD设备厂商，产品已成功应用于中芯国际、华虹集团、长江存储、厦门联芯、燕东微电子等行业领先集成电路制造企业产线，产品技术参数已达到国际同类设备水平。
　　公司自成立以来，始终专注于半导体薄膜沉积设备的研发，先后承担9065nm等离子体增强化学气相沉积设备研发与应用、1xnm3DNANDPECVD研发及产业化等四项国家重大科技专项课题。公司的先进薄膜工艺设备设计技术、反应模块架构布局技术、半导体制造系统高产能平台技术、等离子体稳定控制技术、反应腔腔内关键件设计技术、半导体沉积设备气体输运控制系统、气体高速转换系统设计技术、反应腔温度控制技术等核心技术，解决了半导体制造中纳米级厚度薄膜均匀一致性、薄膜表面颗粒数量少、快速成膜、设备产能稳定高速等关键难题，在保证实现薄膜工艺性能的同时，提升客户产线的产能，减少客户产线的生产成本。
　　在PECVD、ALD及SACVD设备领域，公司已形成覆盖二十余种工艺型号的薄膜沉积设备，满足下游客户晶圆制造产线多种薄膜沉积工艺需求，公司自主研发形成的核心技术，已达到国际先进水平。
　　公司系列设备与产业深度融合的具体情况如下：（1）PECVD设备PECVD设备系集成电路制造的核心设备，一颗芯片的制造过程中，涉及十余种不同材料的薄膜，各类电性能、机械性能不同的薄膜构成了芯片3D结构体中不同的功能。（2）ALD设备ALD设备具备优秀的多面体表面成膜能力，可以满足复杂结构体的镀膜需求，在先进制程集成电路制造工序中应用广泛。公司已量产了PEALD，正在研发ThermalALD设备，具体产业化应用情况如下。（3）SACVD设备SACVD设备具有能够填平沟槽孔洞结构至平整的能力和沉积速度快的特点，系集成电路制造中的重要设备。公司研发生产了多种不同工艺的SACVD设备，具体产业化应用情况如下。
　　3。2、公司具备突出的研发实力
　　公司研发实力较为突出，承担了多项国家科技重大专项及其他省部级重大科研项目，并与外部科研机构进行相关项目的合作研发。公司未来将继续致力于高端半导体设备的研发生产，扩大现有设备市场占有率，提高公司设备的技术先进性，丰富公司设备种类，拓展技术应用领域，并开拓中国台湾市场。
　　公司对标国际巨头，持续保持最新技术的研究和投入，坚持技术和产品创新，20182022H1研发投入分别为10，797。31万元、7，431。87万元、12，278。18万元、28，830。85万元和11，751。70万元，分别占各期营业收入152。84、29。58、28。19、38。0和22。46，其中2018年度研发投入占营业收入比例超过100系营业收入较小所致。
　　公司已经建成了一支国际化、专业化的半导体薄膜沉积设备研发技术团队。公司创始团队以归国海外专家为核心，立足核心技术研发，积极引进海外高层次人才、自主培养本土科研团队。公司自设立以来，自主培养本土科研团队，随着多项产品的研发成功，公司本土科研团队已成长为公司技术研发的中坚力量。截至2022年6月，公司研发人员共有296名，占公司员工总数的43。72。公司的研发技术团队结构合理，分工明确，专业知识储备深厚，产线验证经验丰富，是奠定公司技术实力的基石，保障了公司产品的市场竞争力。
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　　精选报告来源：【未来智库】