半導體設備材料行業(yè)分析：下游資本開支高峰期國產化率加速提升

半導體設備材料行業(yè)分析：下游資本開支高峰期，國產化率加速提升一、全球半導體設備市場景氣度持續(xù)，增速邊際減緩1、全球半導體設備市場

2021-22

年增長

45%/11%2021

年

1-9

月全球設備市場規(guī)模為

752

億美元，超過去年全年規(guī)模，同比

增長

45.5%，全年預計

1030

億美元。根據

SEMI數(shù)據，2020

年全球半導體

設備銷售額達

712

億美元，其中前道設備市場占比

86%為

612

億美元。

2019

年半導體行業(yè)進入下行周期，半導體設備市場也有所下降。2020

年由

于芯片供給緊張，全球晶圓廠商加大資本開支擴建產能，半導體行業(yè)重新

進入上行周期。2021

年前三季度中國大陸市場規(guī)模為

215

億美元，同比增

長

57%，占比提升至

29%，為全球第一大市場。北美和日本的半導體出貨量占據全球市場的

68%，2021

年以來，北美和日

本設備出貨額屢創(chuàng)月度新高。根據

SEMI數(shù)據，2021

年

1-10

月，北美半導

體設備出貨額為

351

億美元，同比增長

43.5%；日本的半導體設備出貨額

為

229

億美元，同比增長

30%。2021

年全年設備銷售額預計增長

45%，2022

年增速

11%。根據

SEMI最新預

測，預計

2021

年原始設備制造商的半導體制造設備全球銷售總額將達到

1030

億美元的新高，比

2020

年的

712

億美元的歷史記錄增長

45%，2022

年全球半導體制造設備市場總額將擴大到

1140

億美元，同比增長

11%。前

端晶圓制造半導體設備預計將在

2021

年擴大

44%達到

880

億美元的新記錄，

2022

年將增長

12.4%達到約

990

億美元，2023

年預計將略微降低

0.5%至

984

億美元。Foundry和

logic的設備需求占晶圓廠設備銷售總額的一半以上，2021

年

同比增長

50%達到

493

億美元，2022

年將持續(xù)增長

17%。DRAM/NAND設備市

場預計將在

2021

年飆升

52%/24%，分別達到

151

億/192

億美元，2022

年

預計增長

1%/8%，2023

年出現(xiàn)下降。2、技術升級帶來半導體設備需求快速提升大規(guī)模集成電路是平面工藝層層制備起來的，前段(frontendofline，

FEOL)工藝在硅襯底上制作

N型和

P型場效應晶體管，后段工藝(backendofline，BEOL)則建立若干層的導電金屬線，不同的金屬線之間用柱狀金

屬進行相連。FEOL中的關鍵光刻層是

FIN和柵極(gate)。BEOL的關鍵光

刻層是

V0/M1/V1/M2，其中

V0/V1

是通孔層，M1/M2

是金屬層，對光刻、

刻蝕的精度要求較高。隨著晶體管結構從平面晶體管到

FinFET，再到

GAA，集成電路制程持續(xù)發(fā)

展，制造成本呈指數(shù)級上升趨勢。平面晶體管制程技術發(fā)展到

22nm以下

后開始遇到源極漏極間距過近的瓶頸，英特爾在

2011

年率先轉向

22nmFinFET。FinFET的立體構造將漏極和源極由水平改為垂直，溝道被柵極三

面環(huán)繞，增厚絕緣層、增加接觸面積。隨著深寬比不斷拉高，F(xiàn)inFET逼近

物理極限，為了制造出密度更高的芯片，環(huán)繞式柵極晶體管（GAAFET，

Gate-All-GroundFET）成為新的技術選擇。集成電路制程越先進，產線投資規(guī)模越高。當技術節(jié)點向

5

納米甚至更小

的方向升級時，集成電路的制造需要采用昂貴的極紫外光刻機（EUV），或

多重模板工藝（重復多次刻蝕及薄膜沉積工序以實現(xiàn)更小的線寬），需要投

入更多且更先進的光刻機、刻蝕設備和薄膜沉積設備。根據

IBS統(tǒng)計，隨

著技術節(jié)點的不斷縮小，集成電路制造的設備投入呈大幅上升的趨勢，以

5

nm技術節(jié)點為例，1

萬片/月產能的建設需要超過

30

億美元的資本開支

投入，是

14nm的兩倍以上，28

nm的四倍左右。存儲方面，目前

DRAM1x/1y納米制程已成熟，國際龍頭在重點發(fā)展

1Z/1

α，并開始逐步導入

EUV及

HKMG以縮小線寬及加強外圍電路性能。三星

1Znm率先導入

EUV，

2021

年進入

1αnm技術新階段。3DNAND堆棧層

數(shù)越多，容量越大，存儲密度越高。2021

年，各先進大廠進入

192

層以

上制程，TechInsights預計到

2023

年將會達到

300

層以上。隨著

3DNAND層數(shù)不斷堆疊，設備投資金額持續(xù)增加。二、國內晶圓廠進入資本開支高峰期1、全球

2022

年新建

10

座晶圓廠，臺積電/英特爾大幅提升資本開支2022

年全球新建

10

座晶圓廠，未來在建的

29

座晶圓廠設備支出預計超過

1400

億美元。根據

2021

年

6

月

SEMI發(fā)布的《世界晶圓廠預測報告》，全

球半導體制造商將在

2020

年年底前開始建設

19

座新的高產能晶圓廠，并

在

2022

年再開工建設

10

座，以滿足市場對芯片的加速需求。未來

5

年這

29

座晶圓廠的設備支出預計將超過

1400

億美元。中國大陸和中國臺灣地

區(qū)將在新晶圓廠建設方面處于領先地位，各有

8

個。這

29

座晶圓廠每月可

生產多達

260

萬片晶圓(8

英寸等效)。2、國內晶圓廠進入資本開支高峰期，為國產設備廠商提供巨大市場空間國內的中芯國際、長江存儲、長鑫存儲、華虹集團等廠商在陸續(xù)進入加速

擴產期，產能快速增長，資本開支快速提升，為設備廠商帶來了巨大的訂

單機會。我們根據公開信息統(tǒng)計，目前中國大陸地區(qū)的晶圓代工廠、IDM廠等的

12

英寸目前規(guī)劃建成產能約

190

萬片/月，2021

年底已達產的產

能約

70

萬片/月，占比約

37%，未來潛在擴產產能為

120

萬片/月。8

英寸

規(guī)劃產能約

137

萬片/月，其中

2021

年底已達產的產能約

95

萬片/月，占

比約

69%，潛在擴產產能為

42

萬片/月。12

英寸晶圓廠：120

萬片潛在擴產需求。根據不完全統(tǒng)計，中國大陸

12

英

寸晶圓廠總規(guī)劃目標

190.5

萬片/月，2020

年已實現(xiàn)產能

44

萬片/月，

2021

年合肥晶合、長江存儲、華虹無錫大幅擴產，均實現(xiàn)月

5

萬片/月新

增產能，中國大陸合計預計新增產能

26.8

萬片/月，中芯國際在

2023

年開

始產能有望開始大幅擴張；2021

年底實現(xiàn)

70

萬片/月產能的建設，對應

2022-2025

潛在產能

120

萬片/月，預計

2022-2023

每年分別新增產能

34.5

萬片/月、37.5

萬片/月，同比增長

29%、9%。8

英寸晶圓廠：42

萬片/月潛在擴產需求。中國大陸

8

英寸晶圓廠總規(guī)劃目

標

137

萬片/月，2020

年已實現(xiàn)產能

76

萬片/月，2021

年預計新增產能

18.7

萬片/月；對應

2022-2024

潛在產能

42

萬片/月，預計

2022-2024

每

年分別新增產能

21.5

萬片/月、11

萬片/月、9.5

萬片/月。3、預計

2022

年國內內資晶圓廠設備需求規(guī)模增長

25%我們根據國內

12

英寸和

8

英寸的新增產能，以及各條產線不同制程對應不

同的資本開支計算，得到

2021-2023

年中國大陸內資晶圓廠的資本開支變

化情況。對于

8

英寸產能而言，海辰半導體投資

14

億美元釋放

11.5

萬片/

月

8

英寸產能，假設

8

英寸晶圓廠投資成本為

1.2

億美元（約

8

億元人民

幣）/萬片月產能。根據中芯國際招股說明書及

IBS，12

英寸

90nm-28nm的

投資成本為

4-8

億美元（約

26-52

億人民幣）/萬片月產能。我們測算

2021-2023

年

12

英寸中國大陸內資晶圓廠資本開支分別為

1103/1392/1572

億元，8

英寸的資本開支分別為

150/172/88

億元。一般的，資本開支中的

80%應用于設備購置，我們預計

2021-2023

年中國

大陸內資晶圓廠所需設備的市場規(guī)模為

1002/1251/1328

億元，同比增長

61%、25%、6%。三、國產替代加速，國產廠商迎歷史性機遇1、半導體設備為晶圓制造基石，中國大陸積累薄弱根據

SIA，對比半導體產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的資本開支及研發(fā)投入情況，美國

在研發(fā)最密集的產業(yè)環(huán)節(jié)中處于領先地位：例如

EDA和核心

IP、芯片設

計和制造設備。資本密集度更高的原材料和制造（包括晶圓制造以及組裝、

封裝和測試）主要集中在亞洲。中國大陸在

EDA、核心

IP、存儲器以及晶

圓制造設備的投入占比遠遠落后于美國。在

2019

年，中國大陸半導體產業(yè)

鏈投入占全球比例

9%，遠遠低于我們的半導體需求端占全球

24%的比例。國產設備采購比例仍處于較低水平（2020

年占采購總額的

7%），未來國產

設備發(fā)展空間廣闊。目前中國大陸的設備市場主要被國際公司壟斷，根據

芯謀研究，從

2020

年中國晶圓廠設備采購占比來看，來自美國采購的設備

占比超過

50%，日本

17%，荷蘭

16%，中國

7%，其他

7%。國際前五的半

導體設備公司銷售額占全球設備市場規(guī)模超過

70%，2020

年中國大陸在

AMAT、LamResearch、TEL、KLA下游客戶分布中均占比最高。中國本土的

半導體設備仍然占比較小，目前國內大概有將近

20

個半導體前端設備的

公司，隨著國內晶圓廠的擴產以及國產設備技術迭代，未來國產設備發(fā)展

空間廣闊。2、測算長存、華虹等

3

座晶圓廠設備國產化率

15%

左右，滲透率不斷提升國內在半導體設備各細分領域涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀公司，但與海外廠商相比技

術實力與收入體量相差仍比較大。海外龍頭公司利潤

AMAT、LamResearch等均為平臺型公司，國內廠商中北方華創(chuàng)、中微公司、盛美上海、萬業(yè)企

業(yè)等已陸續(xù)開始或已經實現(xiàn)橫向平臺化布局。北方華創(chuàng)為國內規(guī)模最大、產品覆蓋最廣的半導體設備公司，在氧化擴散/

熱處理、PVD、硅刻蝕和清洗機等均有布局，也已經實現(xiàn)國內主流晶圓廠

導入，公司爐管和

PVD設備具備較強的產品競爭力。中微公司的

CCP刻蝕機已經進入臺積電

5nm產線，為國內半導體設備技術

領先龍頭，在國內存儲廠以及代工廠中占比超過

30%。此外公司已橫向拓

展化學氣相沉積和量測設備等市場。盛美上海在清洗設備方面通過自研技術解決了兆聲波清洗的缺點，與國際

龍頭差異化競爭，爭奪高端市場，同時橫向拓展電鍍、立式爐，以及先進

封裝濕法設備。從國際招標網中我們統(tǒng)計長江存儲

、華力微、華虹無錫三家國內規(guī)模較大

的新建晶圓廠從

2016

年至

2021

年

11

月底期間公開發(fā)布的相關招標中標

公告?？傮w而言長江存儲、華虹無錫、華力集成設備國產化率（按照設備

臺數(shù)占比）分別為

16%/15%/13%。國產廠商的招標數(shù)量的滲透率在逐年提

升，以長江存儲為例，從

2018

年的

5%提升到

2021

年接近

20%。分設備類型來看，去膠、清洗、熱處理、刻蝕、CMP化學機械拋光領域國

產化率均可達到

20%以上，而薄膜沉積、過程控制、離子注入、光刻機等

國產化率較低。在去膠領域，屹唐股份收購的

Mattson公司是去膠領域細

分龍頭廠商，三家晶圓廠統(tǒng)計中數(shù)量占比超

70%；清洗領域盛美上海深耕

多年，兆聲波清洗技術獨特，占據國內出貨領先地位；氧化擴散/熱處理領

域北方華創(chuàng)出貨較多；刻蝕領域中微公司、北方華創(chuàng)以及屹唐股份在刻蝕

深耕多年。而國產化率尚低的領域均為技術壁壘較高環(huán)節(jié)，目前拓荊科技

布局

PECVD，北方華創(chuàng)布局

PVD領域，芯源微和上海微電子則在涂膠顯影

和光刻領域實現(xiàn)突破。四、供應鏈國產化加速，關注半導體設備零部件隨著半導體設備的國產滲透率逐漸提升，設備零部件重要性提升。設備零

部件的性能、質量和精度對設備的可靠性穩(wěn)定性有很大影響，也是我國在

半導體設備以及下游制造能力不斷突破的關鍵要素。國內半導體零部件產

業(yè)起步較晚，我國半導體零部件產業(yè)總體水平偏低，高端產品供給能力不

足，產品可靠性、穩(wěn)定性和一致性較差。美國制裁中國晶圓制造企業(yè)，部

分中國設備廠商也不得不屈從于美國禁令，其根源還是在關鍵零部件上依

賴美國。按照典型集成電路設備腔體內部流程來分，零部件可以分為五大類：電源

和射頻控制類、氣體輸送類、真空控制類、溫度控制類、傳送裝置類。按

照半導體零部件的主要材料和使用功能來分，可以將其分為十二大類，包

括硅/碳化硅件、石英件、陶瓷件、金屬件、石墨件、塑料件、真空件、密

封件、過濾部件、運動部件、電控部件以及其他部件。根據

VLSI的數(shù)據，2020

年全球半導體零部件領軍供應商前十中，包括蔡

司

ZEISS（光學鏡頭），MKS儀器（MFC、射頻電源、真空產品），英國愛德

華

Edwards（真空泵），AdvancedEnergy（射頻電源），Horiba（MFC），

VAT（真空閥件），Ichor（模塊化氣體輸送系統(tǒng)以及其他組件），UltraCleanTech（密封系統(tǒng)），ASML（光學部件）及

EBARA（干泵）。對比海外龍頭，國產設備零部件中電子/機械類產品的精度較低、材料加工

工藝要求不達標。零部件中比較復雜的電子和機械產品，開發(fā)技術難度較

大，精度要求高。例如

RFgenerator直接關系到腔體中的等離子體濃度和

均勻度，是

Etch、PECVD等重要機臺最關鍵的零部件之一，而國產

RFgenerator主要的技術問題在于電源電壓和頻率等參數(shù)尚不夠穩(wěn)定，較

AdvancedEnergy等國外企業(yè)有一定差距。此外，中國廠商強于機加工和

成型，但往往無法解決材料和