原子层沉积镀膜系统行业市场前瞻与投资战略规划

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1、原子层沉积镀膜系统行业市场前瞻与投资战略规划一、 半导体行业发展情况和未来发展趋势（一）半导体行业概览半导体行业是电子信息产业的基础支撑，主要分为集成电路、分立器件、传感器和光电子器件等四大类，广泛应用于5G通信、计算机、云计算、大数据、物联网等下游终端应用市场，是现代经济社会中的战略性、基础性和先导性产业。自半导体核心元器件晶体管诞生以来，半导体行业遵循着摩尔定律快速发展。2013年到2018年，全球半导体市场规模从3，056亿美元迅速提升至4，688亿美元，年均复合增长率达到893%。2019年，受国际贸易环境恶化导致市场信心不足等因素影响，全球半导体市场出现下跌。2020年，受益于疫情催

2、生远程办公设备销量提振以及全球汽车产业复苏所推动的需求强劲反弹，全球半导体市场规模恢复增长态势。2021年，全球半导体市场规模进一步增长至4，743亿美元，发展态势良好。（二）半导体设备行业1、半导体设备发展基本情况及特点半导体设备主要包括前道工艺设备和后道工艺设备，前道工艺设备为晶圆制造设备，后道工艺设备包括封装设备和测试设备，其他类型设备主要包括硅片生长设备等。其中晶圆前道工艺设备整体占比超过80%，是半导体设备行业最核心的组成部分。从晶圆厂的投资构成来看，刻蚀设备、光刻设备、薄膜沉积设备是集成电路前道生产工艺中最重要的三类设备。其中，薄膜沉积设备投资额占晶圆厂投资总额的16%，占晶圆制造

3、设备投资总额的21%。2、半导体设备行业发展情况2013年以来，随着全球半导体行业整体景气度的提升，半导体设备市场也呈增长趋势。根据SEMI统计，全球半导体设备销售额从2013年的约318亿美元增长至2021年的1，026亿美元，年均复合增长率约为1577%。由于半导体专用设备行业对制造工艺和标准要求严格，行业进入的技术壁垒、市场壁垒和客户认知壁垒较高，全球半导体设备市场集中度较高。目前全球前十大半导体设备制造商主要集中在美国、日本和荷兰。根据VLSIResearch数据，2020年全球半导体设备前十名厂商合计实现销售收入708亿美元，市占率为7663%。中国半导体设备厂商因发展起步较晚，目前

4、尚未进入全球行业前列。从需求端分析，根据SEMI统计数据，2013-2021年半导体设备在大陆销售额的年复合增长率达到3107%。2021年，中国大陆半导体设备的销售额达到2962亿美元，同比增长5823%，发展势头强劲。2020年、2021年，中国大陆市场约占全球半导体设备市场比例分别为2630%、2887%。中国大陆已成为全球第一大半导体设备需求市场。二、 半导体薄膜沉积设备发展趋势（一）半导体行业景气度带动半导体薄膜沉积设备需求增长随着半导体行业整体景气度的提升，全球半导体设备市场呈现快速增长态势，拉动市场对薄膜沉积设备需求的增加。薄膜沉积设备行业一方面长期受益于全球半导体需求增加与产线

5、产能的扩充，另一方面受益于技术演进带来的增长机遇，包括制程进步、多重曝光与3DD存储技术，全球半导体薄膜沉积设备市场规模将因此高速增长。MaximizeMarketResearch预计全球半导体薄膜沉积设备市场规模在2025年将从2020年的172亿美元扩大至340亿美元，保持年复合133%的增长速度。（二）半导体薄膜沉积设备进口替代空间巨大近年来，在国家政策的拉动和支持下，我国半导体产业快速发展，整体实力显著提升，设计、制造能力与国际先进水平不断缩小，但半导体先进设备制造仍然相对薄弱。中国制造2025对于半导体设备国产化提出明确要求：在2020年之前，90-32nm工艺设备国产化率达到50%

6、，实现90nm光刻机国产化，封测关键设备国产化率达到50%。在2025年之前，20-14nm工艺设备国产化率达到30%，实现浸没式光刻机国产化。为推动我国半导体产业的发展，国家先后设立国家重大专项和国家集成电路基金，国家集成电路基金首期募资1，387亿元，二期募资超过2，000亿元。伴随着国家鼓励类产业政策和产业投资基金不断的落实与实施，本土半导体及其设备制造业迎来了前所未有的发展契机，而薄膜沉积设备作为半导体制造的核心设备，将会迎来巨大的进口替代市场空间。（三）薄膜要求提高半导体薄膜沉积衍生设备需求在晶圆制造过程中，薄膜发挥着形成导电层或绝缘层、阻挡污染物和杂质渗透、提高吸光率、阻挡刻蚀等重

7、要作用。由于芯片的线宽越来越窄、结构越来越复杂，薄膜性能参数精细化要求也随之提高，如先进制程的前段工艺对薄膜均匀性、颗粒数量控制、金属污染控制的要求逐步提高，台阶覆盖能力强、薄膜厚度控制精准的ALD设备因此被引入产线。（四）先进制程增加导致半导体薄膜沉积设备市场攀升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，则超过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

8、于薄膜颗粒的要求也由微米级提高到纳米级。只有薄膜沉积设备的不断创新和进步才能支撑集成电路制造工艺向更小制程发展。目前，半导体行业的薄膜沉积设备中，PVD设备与CVD设备均已初步实现国产化，而ALD设备作为先进制程所必须的工艺设备，在大规模量产方面国内厂商尚未形成突破。当技术节点向14纳米甚至更小的方向升级时，与PVD设备和CVD设备相比，ALD设备的必要性更加凸显。目前，基于供应链安全考虑，国内设备制造商正面临更多的机会。面对半导体设备向高精度化与高集成化方向发展的趋势，以及国产化进程加快的背景下，国产半导体ALD设备迎来前所未有的发展契机。目前主流应用的显示技术为LCD和OLED，在海兹定律

9、（即在给定的光波长下，每流明成本每十年降低10倍，每LED组件的发光量每十年提高20倍）驱动下，从中长期看，新型显示技术如柔性电子、Mini/MicroLED市场规模将快速提升。水汽穿透率（WVTR）是衡量膜层抗水氧的重要指标，由于显示器件被水和氧气渗透后极易发生老化变性，导致器件亮度和使用寿命出现明显衰减，因此需要使用阻水阻氧材料进行封装保护，其中可弯折的柔性OLED显示器对水汽较为敏感，其WVTR指标需要达到10-4g/m2/d以下。其他新型显示技术的WVTR至少也需要小于10-3g/m2/d的程度，才能保证在严苛环境之下的可靠度。考虑到新型显示技术对封装保护的更高要求，而ALD膜层拥有高

10、密度、无针孔、保型性能好、绝缘、阻水阻氧等特点，柔性OLED等新型显示技术开始使用ALD膜层来保证其稳定性。早期的LED加工工艺要求的精密度无法与集成电路相比，防水汽与防氧化也没有OLED那么严格，但随着芯片尺寸持续缩小的趋势与高功率密度芯片级别封装CSP的兴起，ALD技术优势逐渐体现，并进入新型显示行业的视线，ALD技术的市场需求将进一步扩大。三、 分选机市场空间分选机市场空间较大，探针台由日本企业垄断。不同于测试机，全球分选机的竞争格局相对分散，2020年前五大分选机厂商分别为科休、Xcerra、爱德万、中国台湾鸿劲、长川科技，市占率分别为21%、16%、12%、8%、2%。其中大陆企业只

11、有长川科技并且市占率仅为2%，未来的空间广阔。而探针台市场几乎由日本东京电子和东京精密两家占据，2020年两家企业在全球范围市占率分别为46%和42%，具有极高的进入壁垒。四、 光伏行业概览（一）光伏产业链情况光伏产业链从上到下依次为：晶体硅料的生产和硅棒、硅锭、硅片的加工制作；光伏电池片的生产加工；光伏电池组件的制作；光伏应用。行业产品主要用于光伏产业链的中游环节，为太阳能电池片厂商提供镀膜设备，用于在电池片正面或背面镀Al2O3和SiNX，是光伏电池片生产环节的关键工艺设备。（二）光伏行业发展概况2010年以来，全球太阳能光伏产业进入了高速发展期，太阳能光伏年装机容量快速增长，上游相关行业

12、也得到迅速发展。2011年至2021年间，全球年度光伏新增装机容量和累计装机容量大幅增长，其中，新增装机容量由2011年的322GW增加至2021年的170GW，增长超过5倍。IRENA根据巴黎协定制定的目标进行测算，从现在起至2050年，与能源有关的二氧化碳排放量需要每年减少35%左右，并在此后持续减少。因此，全球能源格局的深刻变革对于实现该协定的气候目标至关重要。随着清洁能源的使用和迅速发展，太阳能和风能将引领全球电力行业的转型，取代传统的化石燃料发电将成为可能。根据IRENA的预测，未来，风力发电将占总电力需求的三分之一以上，而太阳能光伏发电将紧随其后，占总电力需求的25%，这意味着在未

13、来十年内，太阳能光伏发电的全球总容量将从2018年的480GW，到2030年达到2，840GW，到2050年达到8，519GW。按年增长率计算，到2030年，太阳能光伏发电的年新增容量较2018年水平需要增加近3倍，达到270GW/年，到2050年，需要增加4倍，达到372GW/年。到2050年，太阳能光伏将有助于减少49Gt的二氧化碳年排放量，占实现巴黎气候目标所需能源部门总减排量的21%。我国太阳能光伏产业起步相对国外较晚，但受惠于全球光伏行业的高速发展，凭借国家政策的大力支持与人力资源、成本优势，发展极为迅速。截至2021年底，我国光伏发电装机量达307GW，同比增长21%，连续7年位居

14、全球首位；2021年新增光伏发电装机5488GW，同比增长139%，连续9年位居世界第一。2020年9月中国提出了努力争取2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的应对气候变化新目标。根据中国光伏行业协会预测，在碳达峰、碳中和目标下，十四五期间我国光伏市场将迎来市场化建设高峰，预计国内年均光伏装机新增规模在70-90GW。五、 半导体设备分类发展现状及驱动因素以产业链应用环节来划分，半导体设备可分为前道工艺设备（晶圆制造）和后道工艺设备（封装测试）两个大类。其中后道工艺设备还可以细分为封装设备和测试设备。设备中的前道设备占据了整个市场的80%-85%，其中光刻机，刻蚀机和薄膜设备是价值量

15、最大的三大环节，各自所占的市场规模均达到了前道设备总量的20%以上。因此，全球半导体设备前十名厂商之中，有多家是平台型企业，横跨多个半导体工艺环节。半导体产业链庞大复杂的特性，使得很难有某一家公司能够在所有设备领域做到全覆盖。来自全球各个国家的企业共享整个市场。从2021年的全球竞争格局来看，第一梯队top5的收入规模均在百亿规模左右或以上，排名前top10的公司营收体量也要在20亿美元以上。对比国内设备龙头北方华创2021年电子装备业务（包含集成电路业务和泛半导体业务）约为795亿元人民币的营收，我国半导体装备行业的营收规模距行业头部厂商仍存在较大差距，替代空间巨大。按照2021财年半导体业

16、务收入排名，全球前五大半导体设备厂商分别为应用材料242亿美元营收，ASML约211亿美元营收，东京电子171亿美元营收，泛林半导体165亿美元应收，柯磊82亿美元营收。分地区来看，排名前十的厂商中有五家日本公司，四家美国公司，以及一家荷兰公司。2021年全球营收排名前五的设备厂商均属于前道设备的应用厂商，与前道设备占据80%以上的设备市场相匹配。同时，前五大厂商中有三家是平台型（应用材料，泛林半导体，东京电子），横跨刻蚀，薄膜，清洗，离子注入等多个领域，对比来看，国内许多公司也在横向拓展业务领域以不断突破天花板，向平台型转型。比如，中微公司从刻蚀及化合物半导体外延设备延展到集成电路薄膜设备；

17、万业企业从离子注入设备延展到其嘉芯半导体子公司，覆盖除光刻机之外的几乎全部前道大类；盛美上海从清洗，电镀等业务逐步覆盖，炉管，沉积及其他前道品类。半导体设备行业波动性成长，产业链最下游电子应用终端发生新变化，产生新需求。半导体设备行业呈现波动性上涨的趋势。近二十年间半导体设备的周期性正在减弱，行业成长趋势加强。得益于各类电子终端的芯片需求，智能化，网联化，AIOT的发展，行业规模连续四年出现大幅度的正增长。2022年仍将维持较高增速，这在半导体设备发展历史上极为罕见。先进制程（5nm以下先进制程）的扩产和研发投入变得十分巨大，同时成熟制程的芯片需求量大大提升。根据ASML的财报显示，Arf光刻

18、机单价在6000万欧元左右，EUV光刻机单价在15亿欧元左右，而最新一代预告的3nm/2nm世代光刻机预计的单价将在3亿欧元以上，先进制成的研发和突破成本以指数曲线的形式上升。在先进制程未来2nm，1nm的发展方向愈发接近物理极限的同时，成熟制程经济效益在不断提高，车规MCU，超级结MOS，光伏IGBT等成熟制程芯片大量缺货，交付期延长，使得行业重新审视成熟制程产线的经济效益，台积电也在2022年提出在未来三年将成熟制程扩产50%。我国半导体设备厂商精准卡位12英寸成熟制程所对应设备，覆盖28nm/14nm以上节点成熟制程领域并不断完善。半导体设备处于产业链最上游环节，中游的芯片代工晶圆厂采购

19、芯片加工设备，将制备好的晶圆衬底进行多个步骤数百道上千道工艺的加工，配合相关设备，通过氧化沉积，光刻，刻蚀，沉积，离子注入，退火，电镀，研磨等步骤完成前道加工，再交由封测厂进行封装测试，出产芯片成品。芯片的制造在极其微观的层面，90nm的晶体管大小与流行感冒病毒大小类似。在制程以纳米级别来计量的芯片领域，生产加工流程在自动化高精密的产线上进行，对设备技术的要求极高。无论是设备的制造产线，还是晶圆厂的生产产线，所有芯片的生产加工均在无尘室中完成。任何外部的灰尘都会损坏晶圆，影响良率，因此对于环境和温度的控制也有一定的要求。在代工厂中，晶圆衬底在自动化产线上在各个设备间传送生产，历经全部工艺流程大

20、致所需2-3个月的时间，这其中不包括后道封装所需要的时间。通常来说，晶圆厂中的设备90%的时间都在运行，剩余时间用于调整和维护。前道工艺步骤繁杂，工序繁多，是芯片出产过程中技术难度较大，资金投入最多的环节。在芯片代工厂中的芯片的工艺制备流程：氧化、匀胶、曝光、显影、刻蚀、沉积、研磨、离子注入、退火。离子注入完成之后，继续沉积二氧化硅层，然后重复涂胶，光刻，显影，刻蚀等步骤进入另一个循环，用以挖出连接金属层（导电层）的通孔，从而使互通互联得以是现在晶圆中。实现这一功能的是使用物理气相沉积的方式沉积金属层。上述步骤在晶圆的生产制造中将重复数次，直到一个完成的集成电路被制作完成。最后，将制备好的晶圆

21、进行减薄，切片，封装，检测。完成后到的工艺流程，至此，一颗完整的芯片制作完成。半导体设备主要由七大设备零部件构成：光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、薄膜沉积设备、离子注入设备、机械抛光设备及封装、测试设备。六、 半导体设备行业发展现状（一）市场规模中国半导体设备的市场规模增速明显，从2017年的55418亿元增长至2019年的90570亿元。2020年，中国半导体设备市场亦保持快速增长趋势，销售额为126062亿元，同比增长达392%，成为全球第一大半导体设备市场；2021年，中国半导体设备市场连续增长，销售额为199335亿元，同比增长达581%，连续两年成为全球第一大半导体设备市场。2022年

22、中国半导体预计将继续增长，规模达到274515亿元。（二）市场结构从细分产品来看，光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备为半导体设备主要核心设备，分别占比24%、20%、20%。其次为测试设备和封装设备，分别占比9%、6%。（三）进口情况中国半导体设备行业整体国产化率的提升还处于起步阶段，目前国内半导体生产厂商所使用的半导体设备仍主要依赖进口。根据中国电子专用设备工业协会的统计，2021年半导体设备进口46894台，合计进口额114796亿元，同比分别增长843%和564%。（四）国产化率情况中国设备产业未来10年，第一步将迎接中国半导体产业对设备投资需求成倍的增长，同时目标将国产化率从平均5%10%，

23、提升到70%80%以上甚至更高；第二步中国设备技术能力与国际厂商同台竞技之后，实现打开国门走向世界。只有在设备上拥有核心技术升级与迭代能力，才能真正实现半导体制造上实现超越，国产化率是当务之急，也势不可挡。薄膜沉积是晶圆制造的三大核心步骤之一，薄膜的技术参数直接影响芯片性能。半导体器件的不断缩小对薄膜沉积工艺提出了更高要求，而ALD技术凭借沉积薄膜厚度的高度可控性、优异的均匀性和三维保形性，在半导体先进制程应用领域彰显优势。用于薄膜沉积的技术包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）。其中ALD技术是一种将物质以单原子膜的形式逐层镀在基底表面的方法，能够实现纳米量

24、级超薄膜的沉积。目前ALD技术可以细分为TALD、PEALD、SALD等，制备的薄膜类型包括氧化物、氮（碳）化物、金属与非金属单质等，涵盖介电层、导体和半导体。ALD反应的自限制性和窗口温度较宽的特征，使其生长的薄膜具有很好的台阶覆盖率、大面积均匀、致密无孔洞等优势，且厚度等沉积参数易于精确控制。ALD技术特别适合复杂形貌、高深宽比沟槽表面的薄膜沉积，被广泛应用于High-K栅介质层、金属栅、铜扩散阻挡层等半导体先进制程领域。2020年，全球ALD设备市场规模约占薄膜沉积设备整体市场的11%。从晶圆厂设备投资构成来看，薄膜沉积设备投资额占晶圆制造设备总投资额的比重约达25%。随着全球和国内晶圆

25、厂的加速建设和扩产，以及半导体器件结构向更细微演进，ALD设备市场空间广阔。根据SEMI，全球晶圆产能2022年将增长8%，2020年至2024年期间，中国大陆和中国台湾将分别增加8家和11家300mmFab厂，合计约占全球新增数量的50%。在Fab厂设备投资额构成中，前道晶圆制造设备占比高达80%，其中薄膜沉积设备投资额约占晶圆制造设备的25%。MaximizeMarketResearch统计显示，2017至2020年全球半导体薄膜沉积设备市场规模从125亿美元增至172亿美元，CAGR达112%，预计2025年可达340亿美元。根据Gartner统计，2020年ALD设备市场规模约占薄膜沉

26、积设备的11%，SEMI预测，受益于半导体先进制程产线数量增加，2020年至2025年全球ALD设备销售额CAGR将达到263%，远高于PVD和PECVD设备的增速，市场前景可观。半导体ALD设备市场由海外厂商高度垄断。2020年，我国薄膜沉积设备国产化率为8%，虽然较2016年的5%有所提升，但总体水平尤其是中高端设备的国产占比仍然较低。在国际市场，ASMI、TEL、Lam、AMAT等知名半导体厂商均提供ALD设备，其中ASMI为全球ALD设备市场龙头企业，公司在ALD技术领域持续深耕，通过跨国并购拓展并巩固了ALD业务，2020年ALD设备销售额市占率高达55%。在国内市场，经营薄膜沉积设

27、备业务的公司主要包括拓荆科技、微导纳米、中微公司、盛美上海、北方华创，目前具备半导体ALD技术产业化能力的企业仍然较少。建议关注在ALD设备领域取得较大进展的拓荆科技、微导纳米。七、 半导体薄膜沉积设备行业发展情况（一）薄膜沉积设备市场规模持续增长根据MaximizeMarketResearch数据统计，全球半导体薄膜沉积设备市场规模从2017年的125亿美元扩大至2020年的172亿美元，年复合增长率为112%。（二）薄膜沉积设备国产化率低我国半导体设备经过最近几年快速发展，在部分领域已有一定的进步，但整体国产设备特别在核心设备化上的国产化率仍然较低。半导体薄膜沉积设备行业基本由AMAT、A

28、SM、Lam、TEL等国际巨头垄断。近年来随着国家对半导体产业的持续投入及部分民营企业的兴起，我国半导体制造体系和产业生态得以建立和完善。半导体薄膜沉积设备的国产化率虽然由2016年的5%提升至2020年的8%，但总体占比尤其是中高端产品占比较低。（三）各类薄膜沉积设备发展态势从半导体薄膜沉积设备的细分市场上来看，根据Gartner统计，2019年全球半导体薄膜沉积设备中PECVD、PVD、ALD设备的市场规模占比分别为33%、23%和11%；2020年全球半导体薄膜沉积设备中PECVD、PVD、ALD设备的市场规模占比分别为34%、21%和128%。在半导体制程进入28nm后，由于器件结构不断缩小且更为3D立体化，生产过程中需要实现厚度更薄的膜层，以及在更为立体的器件表面均匀镀膜。在此背景下，ALD技术凭借优异的三维共形性、大面积成膜的均匀性和精确的膜厚控制等特点，技术优势愈加明显，在半导体薄膜沉积环节的市场占有率也将持续提高。