从AMAT成长历程看国内半导体核心层设备发展

证券研究报告2019年9月25日芯片国产化系列一从AMAT成长历程看国内半导体核心层设备发展——北方华创、中微公司深度对比研究方正新兴产业组长李疆执业证书编号：S1220518010003联系人范云浩核心观点投资逻辑1、半导体设备是芯片制造的基石，国产化亟待突破。半导体设备支撑电子信息产业发展，2018年销售额约640亿美元，日美荷占据前十大设备制造商地位，垄断了90%市场份额。我国本土产线半导体设备国产化率仍处于较低水平，整体水平不足15%，中美贸易摩擦凸显我国缺“芯”之痛，产业链支撑环节半导体设备国产化势在必行。2、存储芯片国产化带来历史性机遇，产业链上下游合作突破技术掣肘。2018年存储芯片出货占全球集成电路35%，用于存储芯片的设备投资占总市场55%。截止2019年9月24日，长江存储64层NAND与合肥长鑫DRAM相继投产，中芯国际、华虹、华力微等晶圆厂也进入扩产周期，产能爬坡有望拉升国产化率以降低整线采购成本。同时制造厂与设备制造商有望构建新合作模式，国内半导体设备商利用紧密贴合客户加大技术创新和服务。3、复盘全球半导体设备龙头AMAT.O，技术与产品为基，产业链整合与平台化战略为翼。公司初创期战略聚焦设备领域，成长期屡次抓住产能转移窗口布局台韩中，借6吋晶圆扩产潮推出Precision系列CVD与Endura系列PVD降本增效，市占率从87年4%跃升至99年的20%，成熟期通过产业链整合搭建了泛半导体设备平台扩大优势并向解决方案过度，市占率连续20年稳居第一。复盘总结从四个维度考察半导体设备商的成长性：管理层及股东背景决定了战略定位、工艺环节与平台化能力决定了成长空间、核心技术团队与研发支出奠定了市场竞争力。4、国内双寡头格局初定，北方华创(002371.SZ)平台化布局优势显著，中微公司(688012.SH)率先进入台积电供应链。北方华创背靠北京电控，以清华、北大、中科院为依托，布局集成电路、MEMS、LED、光伏领域，其中集成电路领域覆盖50%前道工艺环节，平台化布局优势显著。28nmPVD被中芯国际指定为baseline机台，14nm制程中6个工艺环节产品进入验证阶段。中微公司背靠上海创投，原AMAT副总裁领衔国际化团队创立，以介质刻蚀与MOCVD设备为突破口，其中介质刻蚀进入台积电7nm供应链，2018H2MOCVD占全球氮化镓基LED市场的60%，上市后通过参股方式进入检测工艺环节开启平台化战略。投资策略：二期大基金启动在即设备环节重点受益，建议关注北方华创(002371.SZ)，中微公司(688012.SH)风险提示：半导体行业景气度下行；半导体设备技术更新；半导体制造厂资本开支不及预期；中美贸易摩擦加剧目录——从AMAT成长历程看国内半导体核心层设备发展CONTENTS0102030405半导体设备产业支柱性地位应用材料（AMAT.O）经验探讨我们有别于市场的认知中微公司VS北方华创行业投资策略及风险提示国之重器，任重道远始于硅谷，问鼎全球红利来袭，转变之亟北广南专，巨星正冉风口已至，布局当时目录一国之重器任重道远半导体设备产业支柱性地位1.1半导体设备是半导体产业基石，并擎起整个电子信息产业数据来源：麦肯锡，方正证券研究所图表2：半导体设备是半导体产业的基石数据来源：方正证券研究所整理绘制图表1：半导体设备擎起整个电子信息产业半导体制造设备2018年销售额约640亿美金，占整个半导体产业价值链约14%（2018年全球半导体销售额为4688亿美金，SEMI）。根据半导体行业内“一代设备，一代工艺，一代产品”的经验，半导体产品制造要超前电子系统开发新一代工艺，而半导体设备要超前半导体产品制造开发新一代产品。因此，半导体设备做为整个产业链核心上游是半导体芯片制造的基石，擎起了整个现代电子信息产业，是半导体行业的基础和核心。软件，网络，电商，传媒，大数据等应用电子系统半导体制造半导体设备年产值几十万亿美元年产值几万亿美元年产值几千亿美元年产值几百亿美元图表3：硅片制造厂可以分为扩散、光刻、刻蚀、薄膜、离子注入和抛光6个独立厂区，每一区都包括数种晶圆制程相关设备数据来源：半导体制造技术，方正证券研究所整理绘制从原料裸晶圆（BareWafer）到成品会经过复杂的各个制程步骤，在硅片制造厂中完成制造。硅片制造厂可以分为6个独立的厂区，每一区都包括数种晶圆制程相关设备。在建新厂时，晶圆制造商会针对每个区所需要的制程步骤开除设备规格，然后进行生产线自动化系统上线、设备装机、制程调整和整合等工作，确认个产品的良率能够顺利达到要求。一个集体电路的制造需要数百道的步骤，便是在这6个厂区中循环往复，多层建构而成，将MOS原件和电路设计的导线如盖房子一样，分层堆叠在晶圆上。每道制程中的量产规格，包括量测数据和相关制程参数设定，是采购和验收设备的标准，也是每一家制造商的专利及核心技术的组成部分，制程技术必须要投过购买设备才能取得。1.1购买半导体设备是晶圆制造商获取制程技术的关键198719952000200720114吋——6吋生产效率和晶片性能大幅提升，适应PC和家电市场的大量需求。6吋——8吋手机和网络通讯自95年起，带动半导体产业成长至00年高峰。8吋——12吋00年互联网泡沫破灭，加之前一阶段大建厂房致产能过剩，出现两年衰退，04年跃起。存储器2017-2018年存储半导体泡沫的影响，半导体设备急剧扩产12吋厂扩产设备效率提升、良率增长，销售额没有线性增长。5μm5nm28nm成熟制程先进制程图表4：重大技术节点及终端需求爆发对半导体设备需求刺激明显数据来源：SEMI，方正证券研究所整理绘制1.1半导体设备市场驱动因素-终端需求、先进制程数据来源：SEMI，方正证券研究所整理绘制-100%-50%0%50%100%150%200%0100200300400500600700800900全球半导体设备销售额亿美元yoy198719952000200720111987-1995年4吋转换成6吋厂后，生产效率和晶片性能大幅提升，适应PC和家电市场的大量需求。1996-2000年手机和网络通讯自95年起，带动半导体产业成长至00年高峰。2000-2010年00年互联网泡沫破灭，加之前一阶段大建厂房致产能过剩，出现两年衰退，04年跃起。2019E-5G/IOT/AI2010-2018年智能手机设备效率提升、良率增长，销售额没有线性增长。家电个人电脑笔记本电脑智能手机+平板5G+AIOT图表5：5G+AIOT将驱动半导体设备市场新一轮增长1.15G、AIOT驱动半导体终端市场开启新一轮成长国家科技重大专项（02专项）专家组组长叶甜春曾多次公开指出：芯片的本质是制造产业，工艺是支撑。工艺的核心是设备和材料，设备和材料一直被卡脖子，很危险。国内的IC生产线主要采用的仍是进口设备，硬科技实力不足。我国装备和材料必须实现自主发展，建立起自己的工业体系。时间国家机构文件/行动主要内容/政策导向2017年1月美国总统科学技术咨询委员会《确保美国半导体的领导地位》指出中国的半导体的发展对美国已经构成了“威胁”2018年3月美国总统特朗普宣布对中国产品课税总金额达到600亿美元2018年4月美国商务部中兴事件禁止美国企业向中兴销售零部件，7月达成和解2018年8月美国国会国防授权法案限制政府采购华为、中兴、海康、大华生产设备2018年8月美国商务部宣布限制44家企业的技术出口包括航天科工、中国电科、部分关联和下属企业2018年9月美国总统特朗普扩大课税范围对中国的2,000亿货物加征10%的关税2018年10月美国副总统彭斯发表对中国政策的演说2018年11月美国商务部宣布制裁晋华禁止美国企业向晋华销售零部件2019年1月美国商务部对华为提出刑事指控2019年5月美国商务部宣布将华为加入实体名单图表6：中美贸易摩擦，特别是“中兴事件”，凸显了中国缺“芯”之痛，半导体国产化迫在眉睫资料来源：美国商务部官网，美国国会官网，方正证券研究所资料来源：SEMI，中国电子专用设备协会，方正证券研究所图表7：本土产线半导体设备国产化率仍处于较低水平，整体水平预计不足15%1.2为保证国内产业链安全，半导体设备国产化势在必行1.3半导体设备象征制造业明珠，海外市场大市值公司崛起图表8：海外半导体设备大市值公司崛起，相比较而言，我国半导体设备企业还比较弱小，成长空间巨大数据来源：Wind，Bloomberg,方正证券研究所（市值数据参考WIND2019/9/16日数据）半导体设备象征制造业明珠，我国半导体设备企业相较而言还比较弱小，未来承载着成为大国重器的历史使命证券代码厂商国家总市值（亿美元）总营收（18FY,亿美元）AMAT.O应用材料美国462.80172.53ASML.O阿斯麦荷兰1004.57125.138035.T东京电子日本309.99115.55LRCX.O泛林集团美国329.42110.77KLAC.O科天美国240.4440.376857.T爱德万日本75.4725.537735.TSCREEN日本30.3032.92TER.O泰瑞达美国95.3121.016756.T日立国际电气日本30.84—8036.T日立高日本75.7066.09证券代码厂商国家总市值（亿美元）总营收（18FY,亿美元）688012.SH中微公司中国55.162.30002371.SZ北方华创中国45.444.65300316.SZ晶盛机电中国25.153.53ACMR.O盛美半导体中国2.400.11300604.SZ长川科技中国9.860.30603690.SH至纯科技中国8.860.94非上市屹唐半导体中国-0.31非上市中科微电子中国--非上市沈阳荆拓中国--非上市上海微电子中国--数据来源：半导体制造技术，方正证券研究所整理绘制细分行业设备功能全球市场规模（2019E，亿美元）占制造设备市场比重海外厂商国内厂商氧化扩散炉氧化扩散炉是半导体生产线前工序的重要工艺设备之一，用于大规模集成电路等行业的扩散、氧化、退火和合金等工艺163%东京电子、日立、应用材料北方华创光刻机光刻机可以实现半导体器件在硅片表面的构建过程，是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的设备9818.20%阿斯麦、尼康、佳能上海微电子刻蚀机刻蚀机可以按照掩膜图形或设计要求对半导体衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或玻璃，贯穿整个晶圆制造的前后道制程12923.80%拉姆研究、东京电子、应用材料北方华创、中微半导体离子注入机离子注入机由离子源得到所需要的离子，经过加速得到高能量的离子束流，可用做半导体材料、大规模集成电路和器件的离子注入，用于表面改性和制膜等162.90%荷兰ASM、应用材料中电科装备薄膜沉积设备薄膜沉积设备可实现制备高纯。高性能固体薄膜功能14526.90%应用材料、东京电子、拉姆研究北方华创、沈阳荆拓CMP抛光设备CMP抛光设备可以实现晶圆表面的全局平坦化、能去除表面缺陷、改善金属台阶覆盖及其相关可靠性、使更小的芯片尺寸增加层数变为可能213.80%应用材料、尼康中电科装备清洗设备用于去除芯片制造中上一道工序所遗留的超微细颗粒污染物、金属残留、有机物残留物，去除光阻掩膜或残留366.60%迪恩士、SEMES、东京电子北方华创、盛美半导体过程控制设备在晶圆加工制造过程中对产品的性能进行精确评估，以确保产品满足规范要求7113.10%科磊半导体、日立、应用材料睿励光学、精测电子其他其他设备还包括涂胶显影设备、自动化设备和其他辅助设备81.60%——图表9：半导体设备细分领域众多，其中薄膜沉积设备与刻蚀设备价值占比超过20%1.3半导体设备细分领域众多，国内外市场参与者较多1.3全球市场竞争格局稳固，前端工艺环节CR3＞80%排名厂商销售额（亿美元）市占率排名厂商销售额（亿美元）市占率排名厂商销售额（亿美元）市占率排名厂商销售额（亿美元）市占率1应用材料11.611.60%1应用材料104.121.82%1应用材料85.219.91%1应用材料140.