全球数字经济发展如火如荼，半导体产业的支撑作用更加突出。物联网、人工智能、汽车电子、智能手机、智能穿戴、云计算、大数据和安防电子等应用领域的强劲需求推动半导体产业规模不断扩大，导致本轮半导体景气周期超预期持续。半导体技术的进步、半导体产业向中国大陆的转移、国产化趋势的明朗和加快，为国内半导体设备特别是核心设备的发展带来了更为广阔的发展空间、�/span>

一、半导体设备产业概览

（一）半导体设备分类

半导体设备主要指芯片制造专用设备。先进制程芯片的制造过程工序数以千计，而每一道工艺步骤均需使用不同的专用设备。工艺中使用的主要设备如下：

▱�/span>�?：半导体设备分类

▱�/span>�?：集成电路前道制造工艺七大流程对应主要设夆�/span>

（二）半导体设备市场规模

根据国际半导体产业协�?SEMI)数据显示�?020年全球半导体设备销售额约为711亿美元，同比增长19.2%。其中：

按地区分�?020年中国大陆、中国台湾、韩国三大地区占据了半导体设备市场约73%销售份额，其中：中国大陆销售额187.2亿美元，同比增长39.2%，约占全球份额的26%，位居全球第一位；中国台湾销售额171.5亿美元，约占全球份额�?4%；韩国销售额160.8亿美元，约占全球份额�?3%、�/span>

按设备种类分，前道工艺设备销售额�?12亿美元，约占全部设备市场份额�?6.1%；测试设备销售额60.1亿美元，约占全部设备市场份额�?.5%；封装设�?8.5亿美元，约占全部设备市场份额�?.4%。主要工艺设备涉及的市场份额如下９�/span>

▱�/span>�?�?020年各类半导体设备市场份额(亿美�? 资料来源：SEMI，Gartner，东兴证券研究所报告

由以上数据可见，薄膜沉积设备、刻蚀设备、光刻设备销售额高达438.9亿美元，约占半导体设备全部市场份额的61.73%，占前道工艺设备市场份额�?1.72%，是芯片制造的三大核心设备、�/span>

受益于下游需求的高度景气，半导体设备市场空间稳定增长。据SEMI预测� 2021年和2022年全球半导体设备销售额将分别达�?53�?013亿美元，同比增长34.1%�?.3%、�/span>

（三）半导体设备市场格局

1. 国外企业仍占市场主导地位

全球范围内的半导体设备龙头企业以美国、日本和欧洲公司为主，呈现出寡头垄断格局。半导体专用设备行业的国际巨头企业的市场占有率很高，特别是在光刻机、检测设备、离子注入设备等方面处于垄断地位、�/span>

2. 部分领域实现国产替代

由于国家政策大力支持和全球市场格局改善，国内半导体设备厂商产品线逐渐完善，逐步打破国外垄断，在部分领域实现了进口替代、�/span>

二、薄膜沉积设备行业概�?nbsp;

（一）薄膜沉积设备分籺�/span>

薄膜沉积是指在硅片等衬底上沉积待处理的薄膜材料，所沉积薄膜材料主要是二氧化硅、氮化硅、多晶硅等非金属以及铜等金属，沉积膜可为无定形、多晶的或者单晶。薄膜沉积设备主要负责各工艺步骤中的介质层与金属层的沉积，包括CVD(化学气相沉积)、PVD(物理气相沉积)和ALD(原子层沉�?等，其中ALD属于CVD的分支。按照沉积工艺不同，薄膜沉积设备分为CVD设备、PVD设备和ALD设备�?nbsp;

▱�/span>�?：薄膜沉积设备分籺�/span>

1. 物理气相沉积(PVD)设备

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition)是以物理机制来进行薄膜沉积技术，过程不涉及化学反应，主要包括蒸镀、溅镀、电弧等离子体镀膜、离子镀膜、分子束外延镀膜等几大类、�/span>

蒸镀是指在高真空腔体中通过电阻、电子束、高频感应、电弧和激光等蒸镀源对蒸镀材料进行加热，使之达到熔化、气化温度，使蒸镀材料的原子或分子从其表面气化逸出形成蒸汽流，入射到待蒸镀基板表面，凝结形成固态薄膜的的一种镀膜技术。蒸镀技术适用范围广，可在金属、半导体、绝缘体甚至塑料、纸张、织物表面上沉积金属、半导体、绝缘体、不同成分比的合金、化合物及部分有机聚合物等的薄膜，可以不同的沉积速率、不同的基板温度和不同的蒸气分子入射角蒸镀成膜，易于在线检测和控制薄膜的厚度与成分，因而可得到不同显微结构和结晶形�?单晶、多晶或非晶�?的纯度较高的薄膜、�/span>

溅镀通常指磁控溅镀，是指利用带电荷的粒子在电场中加速后具有一定动能的特点，在1.3×10^-3Pa的真空状态充入惰性气体，并在基材(阳极)和金属靶�?阴极)之间加上高压直流电，由于辉光放电(glow discharge)产生的电子激发惰性气体，产生等离子体，将金属靶材的原子轰出，沉积在基材上。与蒸镀相比，溅镀具有电镀层与基材结合力强、附着力高，电镀层致密均匀等优点，缺点是工艺成本相对较高、�/span>

分子束外�?MBE)是是一种特殊的真空镀膜工艺，即沿衬底材料晶轴方向逐层生长薄膜。该技术的优点是使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。MBE可制备几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成超薄层量子显微结构材料、�/span>

使用物理气相沉积(PVD)设备镀膜可以达成快速的沉积速率和准确的沉积厚度控制，制备的薄膜致密性好、粘结力强及纯净度高，因此是目前半导体工业所大量采用的薄膜制作方式。但相较于化学气相沉�?CVD)，物理气相沉�?PVD)在小线宽的薄膜沉积方面阶梯覆盖率(Step Coverage)较差、�/span>

2. 化学气相沉积(CVD)设备

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)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设备则由气相反应室、能量系�?加热或射�?、反应气体控制系统、真空系统及废气处理装置等组成。常用CVD设备如下，主要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：

�?）常压化学气相沉�?APCVD)是最早的CVD设备，结构简单、沉积速率高、�/span>

�?）次常压化学气相沉积(SACVD)由于反应腔环境具有特有的高温(400-550�?、高�?30-600Torr)环境，具有快速填�?Gapfill)能力，主要应用于沟槽填充工艺、�/span>

�?）低压化学气相沉�?LPCVD)由APCVD发展而来，由于其工作压力大大降低，薄膜的均匀性和沟槽覆盖填充能力有所改善，相比APCVD的应用更为广泛、�/span>

�?）等离子增强化学气相沉积(PECVD)由于等离子体的作用，化学反应温度明显降低，薄膜纯度得到提高，致密度得以加强，不伤害芯片已完成的电路，因此在从亚微米发展到90nm的IC制造技术过程中发挥着重要作用、�/span>

�?）金属有机气相沉�?MOCVD)技术主要用于制备半导体光电子、微电子器件领域的各种Ⅲ-Ⅴ族化合�?GaAs、GaN)和Ⅱ-Ⅵ族化合�?ZnSe)半导体单晶材料。目前，在化合物半导体量子阱、超晶格和异质结等低维结构的制备中，MOCVD越来越成为主要手段，并在化合物半导体LED、激光器、高频电子器件和太阳电池等领域具有规模化生产的能力、�/span>

3. 原子层沉�?ALD)设备

原子层沉�?ALD)是可以将物质以单原子膜形式过循环反应逐层沉积在基底表面，形成对复杂形貌的基底表面全覆盖成膜的方法。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处，但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联，因此该方式每次反应只沉积一层原子。在ALD工艺过程中，通过将不同的反应前驱体以气体脉冲的形式交替送入反应室中，因此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，对于多维结构体表面精确成膜需求具有不可替代的应用。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，因此在结构复杂、薄膜厚度要求精准的先进逻辑芯片、DRAM�?D NAND制造中，ALD是必不可少的核心设备之一、�/span>

（二）薄膜沉积设备特炸�/span>

1. 研制技术难度大

薄膜沉积设备设计需综合运用有机化学、无机化学、化学工程与工艺、半导体物理、等离子体物理固体力学、流体力学、电气控制及自动化、软件工程、机械工程等多个学科。设备的反应腔设计、腔体内关键件设计、气路设计、温度控制及射频控制需要同时对基础理论知识、整机设计思路和产线工艺均具有深刻理解。薄膜沉积设备还需针对集成电路制造不同技术路线及不同工序所需薄膜材料的物理、化学性质，进行差异化工艺开发，以实现不同材料的沉积功能，技术壁垒极高、�/span>

2. 产业化验证周期长

薄膜是芯片结构的功能材料层，会留存在完成制造、封测的芯片中，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生产的产品是否最终满足技术标准，因此晶圆厂验证时间较长、�/span>

3. 对先进工艺重要度髗�/span>

薄膜沉积设备是集成电路制造的核心设备之一。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90nm CMOS工艺 大约需�?0道薄膜沉积工序。在3nm FinFET 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�?0种，对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、�/span>

（三）薄膜沉积设备市场空闳�/span>

新建晶圆厂设备投资中，前�?晶圆制�?设备投资额约占总体设备投资�?0%，而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%�?020年全球半导薄膜沉积设备市场规模约�?72亿美元，2025年有望达�?40亿美元、�/span>

▱�/span>�?：全球半导体薄膜沉积设备市场规模

分类别来看，PECVD是薄膜沉积设备中占比最高的设备类型，占�?3%� PVD(含溅射PVD和电镀ECD)占比 23%，APCVD占比 12%，LPCVD和ALD设备占比11%，MOCVD占比4%，其他合计占�?%、�/span>

▱�/span>�?：全球各类半导体薄膜沉积设备市场规模占比

三、薄膜沉积设备市场展�?nbsp;

（一）半导体行业景气度带动设备需求增镾�/span>

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，依托庞大的终端应用市场需求，中国大陆半导体产业的规模持续快速增长，其中集成电路产业的发展尤为迅速，必将带动作为核心设备额薄膜沉积设备需求的增加。根据Maximize Market Research预计，全球半导体薄膜沉积设备市场规模�?025年将�?020年的172亿美元扩大至340亿美元，保持年复�?3.3%的增长速度、�/span>

（二）晶圆产线产能扩充拉动设备投资增功�/span>

根据SEMI�?020�?月发布的《全球晶圆厂预测报告》，2020年全球新建晶圆厂21座，其中中国大陆9座、中国台�?座；2021年全球预计开�?8个晶圆厂，其中包括中国大�?0座、中国台�?座。新晶圆厂从建立到生产的周期大概�?年，未来几年将是中国大陆半导体产业的快速发展期，将带来薄膜沉积设备的需求增长、�/span>

（三）摩尔定律作用促使设备需求旺盚�/span>

摩尔定律推动元器件集成度大幅提高，要求集成电路线宽不断缩小，导致生产技术与制造工序更加复杂。当技术节点向5纳米甚至更小方向升级时，普通光刻机受波长限制，精度已无法满足工艺要求。因此，集成电路的制造需要采用昂贵的极紫外光刻机，或采用多重曝光工艺，重复多次薄膜沉积和刻蚀工序以实现更小的线宽，使得薄膜沉积和刻蚀次数显著增加，集成电路制造企业需投入更多且更先进的光刻机、刻蚀设备和薄膜沉积设备、�/span>

（四）薄膜要求提高衍生新设备需汁�/span>

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，高深宽比沟槽孔洞填充能力强，沉积速度快的SACVD等新设备因此被引入产线、�/span>

（五）先进制程增加导致设备市场攀卆�/span>

近年来，晶圆制造的复杂度和工序量大大提升，以逻辑芯片为例，随着90nm以下制程的产线数量增多，尤其�?8nm及以下工艺的产线引入多重曝光技术后，工序数和设备数均大幅提高；在FLASH存储芯片领域，主流制造工艺已�?D NAND发展�?D NAND结构，内部层数不断增高；此外，随着5G通信技术、数据中心、智慧城市、汽车电子、人工智能等下游市场需求爆发，用于高性能数字电路或对低功耗集成电路的先进制程产线占比将进一步提高，均将带来薄膜沉积设备市场规模的稳步攀升、�/span>

全球电子化进程的加快导致我国半导体消费市场规模不断扩大，国家半导体行业鼓励政策不断推出，我国半导体尤其是集成电路行业迎来蓬勃发展期。同时，外部挑战也在倒逼我国半导体行业提高产业链发展水平。虽然目前我国半导体设备存在自给率低，需求缺口较大，先进制程和先进工艺设备与国际顶尖水平尚存在差距等问题，但随着晶圆厂产能紧缺，国内加速半导体产业发展布局，使国内厂商研发的半导体专用设备在本土晶圆产线获得工艺验证和应用机会。预计在内外部因素共同推动下，国内半导体生态圈将逐步完善，薄膜沉积设备行业也将持续实现高成长、�/span>