晶体生长设备行业现状

晶体生长设备行业现状定制化抛光材料为未来发展趋势定制化发展有望给国产企业带来更多机遇，国内CMP抛光材料企业可以凭借本土化优势与国内晶圆制造商展开深度合作，专注于具有专用性产品的研发。专用化、定制化有望成为CMP材料制造商产业升级趋势。CMP：半导体平坦化核心技术，国内龙头放量在即CMP，又名化学机械抛光，是半导体硅片表面加工的关键技术之一。CMP是半导体先进制程中的关键技术，伴随制程节点的不断突破，CMP已成为0．35μm及以下制程不可或缺的平坦化工艺，关乎着后续工艺良率。CMP采用机械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺，与普通的机械抛光相比，具有加工成本低、方法简单、良率高、可同时兼顾全局和局部平坦化等特点。其中化学腐蚀的主要耗材为抛光液，机械摩擦的主要耗材为抛光垫，两者共同决定了CMP工艺的性能及良率。（一）CMP系统复杂，抛光液和抛光垫为核心CMP系统主要耗材可分为抛光液和抛光垫，分别占据抛光材料成本的49%和33%。其他抛光材料还包括抛光头、研磨盘、检测设备、清洗设备等。抛光液是一种由去离子水、磨料、PH值调节剂、氧化剂以及分散剂等添加剂组成的水溶性试剂。在抛光的过程中，抛光液中的氧化剂等成分与硅片表面材料产生化学反应，在表面产生一层化学反应薄膜，后由抛光液中的磨粒在压力和摩擦的作用下将其去除，最终实现抛光。抛光液可根据应用工艺环节、配方中磨粒、PH值的不同进行分类。根据配方中磨粒的不同，可分为二氧化硅、氧化铈、氧化铝磨粒等三大类。二氧化硅磨粒活性强、易于清洗且分散性及选择性好，多用于硅、SiO2层间介电层的抛光。缺点是硬度大，容易对硅片表面造成损伤，且抛光效率较低。氧化铝磨粒抛光效率高，但硬度强、选择性低且团聚严重，因此抛光液中常需加入各类稳定剂和分散剂，导致成本相对较高。氧化铈磨粒硬度低，抛光效率高，平坦度高，清洁无污染，但团聚严重，也需加入各类稳定剂和分散剂，且铈属于稀有金属，成本较高。根据PH值的不同，可分为酸性抛光液和碱性抛光液。酸性抛光液具有抛光效率高、可溶性强等优点，多用于对铜、钨、铝、钛等金属材料进行抛光。其缺点是腐蚀性较大，对抛光设备要求高，所以常选择向抛光液中添加抗蚀剂（BTA）提高选择性，但BTA的添加容易降低抛光液的稳定性。不同于酸性抛光液，碱性抛光液具有腐蚀性小、选择性高等优点，多数用于抛光硅、氧化物及光阻材料等非金属材料。碱性抛光液的缺点也较为明显，因为不容易找到在弱碱性中氧化势高的氧化剂，所以抛光效率较低。抛光垫是负责输送和容纳抛光液的关键部件。在抛光的过程中，抛光垫具有把抛光液有效均匀地输送到抛光垫的不同区域、清除抛光后的反应物、碎屑等、维持抛光垫表面的抛光液薄膜，以便化学反应充分进行、保持抛光过程的平稳、和晶圆片表面不变形等功能。（二）工艺制程持续升级，CMP市场稳定增长半导体行业高景气带动CMP市场稳定增长。伴随半导体材料行业景气度向上，CMP材料市场有望受下游市场驱动，保持稳健增速。2020年全球抛光液和抛光垫全球市场规模分别为13．4和8．2亿美元。中国CMP材料市场涨幅趋势与国际一致，2021年抛光液和抛光垫市场规模分别为22和13亿元。中国正全面发展半导体材料产业，CMP抛光产业未来增长空间广阔。先进制程为CMP材料市场扩容提供动力。随着芯片制程不断微型化，IC芯片互联结构变得更加复杂，所需抛光次数和抛光材料的种类也逐渐变多。在芯片制造过程中，需要将电路以堆叠的方式组合起来，制程越精细，所堆叠的层数就越多。在堆叠的过程中，需要使用到氧化层、介质层、阻挡层、互连层等多个薄膜层交错排列，且每个薄膜层所用到的抛光材料也不相同。此外，随着D存储芯片结构逐渐由2D转向3D，CMP抛光层数和所用到的抛光材料种类也在不断增加。根据美国陶氏杜邦公司公开数据，5nm制程中抛光次数将达25-34次，64层3DD芯片中的抛光次数将达到17-32次，抛光次数均较前一代制程大幅增加。伴随制程工艺的发展，CMP材料市场有望不断扩容，成长空间较大。半导体行业面临的机遇与挑战（一）半导体行业面临的机遇1、半导体国产设备进口替代趋势日趋明显我国半导体消费需求增长以及国产化进程有利于推动我国半导体产业快速发展，但我国半导体材料及设备市场大量依赖进口，极大影响了我国半导体产业的可持续良性发展。以硅片市场为例，随着全球通讯、计算、医疗、线上服务及汽车等终端市场持续快速发展，全球12英寸硅片市场份额大幅增加，成为半导体硅片市场主流的产品，预计到2022年市场份额将接近70%。目前，国内半导体级硅片厂商产出规模占全球市场份额不足10%，12英寸硅片主要依赖于进口。2022年8月，美国总统拜登签署《芯片和科学法案》（以下简称芯片法案），该法案包括部分对中国的投资限制条款。芯片法案禁止接受联邦奖励资金的企业，在对美国国家安全构成威胁的特定国家扩建或新建先进半导体的新产能。同时，禁止接受法案资助的企业在中国和其他特别关切国家扩建关键芯片制造。虽然目前仅对美国企业在中国的半导体产业投资有所限制，暂未对设备及材料有所规定及要求，但在国内半导体级硅片市场份额仍相对较低的背景下，随着国际贸易纷争不断，基于电子信息安全等因素考虑，对半导体材料及设备的国产化及国内技术自主可控提出紧迫要求。因12英寸硅片占国内硅片产能比重仅为20%左右，距全球市场12英寸硅片70%左右的占比仍存在较大差距，12英寸硅片将成为未来国内硅片市场份额增长的主要驱动因素，促进国内12英寸半导体级单晶硅炉需求量的提升，故12英寸硅片及半导体级单晶硅炉国内未来增速及进口替代空间巨大。此外，随着我国半导体产业发展阶段逐步走向成熟，基于服务的快速响应、无障碍沟通、产品性价比及自主可控等多方面考虑，国内半导体设备企业逐渐被各大半导体厂商接受并成为其重要选择。2、半导体下游应用和终端消费市场需求推动半导体设备需求增长近年来，随着人工智能、大数据、云计算、物联网、汽车电子及消费电子等应用领域的快速发展，全球半导体行业快速蓬勃发展。在工业自动化转型升级、自动化设备市场快速发展以及消费电子领域不断升级等环境下，催生了大量半导体相关器件的需求。此外，随着全球半导体行业正在进行第三次产业转移，受益于此，中国大陆作为全球最大的半导体终端产品消费市场，半导体产业规模不断扩大，越来越多的国际半导体企业向中国转移产能，持续的产能转移带动了中国大陆半导体整体产业规模和技术水平的提高，为半导体设备行业提供了巨大的市场空间和发展机遇。此外，随着半导体器件需求不断增长，作为半导体产业的核心原材料，硅片的尺寸和生产技术水平也在不断进步。基于成本因素的考虑，硅片尺寸越大，单位成本越低，故大尺寸的硅片逐渐成为主流，其需求也在不断增长。综上，旺盛的需求和产能转移推动了晶圆制造厂扩大资本开支，扩充产线产能，为半导体设备行业市场需求增长奠定基础。晶体生长设备作为晶圆制造的核心设备及起点，亦将受益于下游需求推动，迎来行业快速发展阶段。3、半导体行业得到国家持续性关注和政策支持作为关系国民经济和社会发展的基础性、先导性和战略型产业，半导体行业得到了国家的持续关注。作为数码电子产业、汽车产业、互联网产业的基础，半导体产业的发展水平与下游行业息息相关。在全球疫情影响下，半导体产业自身产能不足的矛盾日渐突出，已经对下游行业供应链稳定造成巨大影响。在国际竞争背景下，半导体产业的技术及生产水平，牵动众多对国民经济造成重大影响的行业。近年来，我国不断出台包含税收减免、人才培养、科研支持、投资鼓励、产业协同等方面在内的多项半导体行业支持政策，在良好的政策环境下，国家产业投资基金及民间资本以市场化的投资方式进入半导体产业，鼓励国内半导体行业内企业不断发展，刺激半导体产业整体规模快速增长，为半导体设备企业带来巨大发展机会。（二）半导体行业面临的挑战1、半导体行业基础仍较为薄弱近年来，虽然在政策和需求的驱动下，我国半导体行业发展迅速，在技术水平和产业规模上都有所提升，但与美国、欧洲、日本和韩国等发达国家市场相比仍有一定差距。一方面，由于起步较晚、基础相对薄弱，我国半导体产业整体相对落后，产业链有待进一步完善。同时，由于半导体设备总体规模不大，对零部件市场拉动时间较短，故半导体设备零部件配套能力较弱，部分核心原材料仍然依赖进口，其技术指标、交货周期、价格等均不可控，一定程度上限制了半导体设备厂商的发展。另一方面，我国半导体技术基础薄弱，特别在先进技术上与发达国家存在较大差距，国内半导体企业资金实力薄弱，技术投入不足，在与境外企业的竞争中，由于其在经营规模和市场认可度上存在优势，客户在选择供应商时仍会考虑行业巨头所带来的便捷性与可靠性，存在一定程度的惯性和粘性，国产半导体设备厂商在与其竞争过程中面临较大的压力和挑战，市场认可度仍待进一步积累。2、半导体行业高端技术和人才的缺乏半导体设备行业属于技术密集型行业，对于技术人员的知识背景、研发能力和应用经验积累均有较高要求。人才的培养需要一定的时间和相应的环境，同时需要扎实的基础学科知识，故现有半导体设备行业的人才和技术水平难以满足行业内日益增长的人才需求。此外，由于发达国家对半导体设备的核心技术、工艺以及人才流动限制较为严格，也在一定程度上制约了行业的快速发展。半导体设备行业发展情况作为半导体产业链的上游核心环节，半导体设备市场与半导体产业景气状况密切相关。2012年，由于受到全球宏观经济影响，半导体行业发展有所减缓，导致半导体设备行业相应受到抑制。随着经济的复苏，自2013年以来，半导体设备行业发展稳中有升。根据SEMI统计，2021年全球半导体设备行业市场规模为1，026．40亿美元，同比增长44．18%。随着下游应用领域的快速发展，半导体产业面临着新型芯片或先进工艺的产能扩张需求，为半导体设备行业带来广阔的市场空间。随着半导体产业的第三次转移，中国大陆半导体行业快速发展，带动半导体设备行业也随之发展。根据SEMI统计，中国半导体设备行业市场规模由2011年的36．50亿美元，增长至2021年的296．20亿美元，复合增长率为23．29%。在市场需求拉动、国家政策支持并引导资本扶持半导体设备企业的环境下，中国半导体设备行业发展进程有所加快，销售规模不断增长，半导体产业链得以不断完善。但目前半导体设备还主要依赖进口，整体国产率还处于较低水平，不仅严重影响我国半导体产业发展，也对我国电子信息安全造成重大隐患，半导体制造国产化势必带动设备的国产化，设备进口替代空间巨大。此外，全球贸易纷争不断的商业环境，促使社会各界重新审视半导体设备等高端制造领域进口替代的重要性，将进一步催化国内半导体设备的发展。虽然短期内为保证产品良率，半导体设备仍将以采购进口设备为主，但随着国产设备不断取得突破，持续通过客户验证且下游客户产能顺利爬坡后，国产化率有望得到显著提升。同时，加大晶圆厂投资力度及新建产能进程加快，进一步刺激对半导体设备采购需求，为半导体设备行业，尤其是国产半导体设备行业的发展奠定了广阔的市场。此外，除传统硅基晶圆制造外，以碳化硅为代表的第三代半导体材料产业链也愈发成熟，随着下游市场需求逐渐增多，将会带动其晶圆制造产线的建设，进一步加大对半导体设备的需求。综上，由于不同技术等级的芯片需求大量并存，决定了不同技术等级的半导体设备依然存在较大的市场需求，各类技术等级的设备均有其对应的市场空间，短期内将持续并存发展。同时，在国内半导体设备市场空间不断扩大的情形下，各半导体设备厂商迎来巨大的成长机遇。随着下游客户新建产线及更新升级，均有机会获得新的业务机会，使设备产品有机会获得验证和试用，为国内半导体设备企业开发新产品、扩大市场占有率构建有利的竞争环境，形成设备—工艺—产品良好的相互促进作用，使国内半导体产业进一步发展，缩小与国际产业水平的差距。国内半导体材料制造及晶体生长设备市场竞争格局截至目前，中国大陆半导体硅片厂商技术发展相对落后，国内主要硅片厂商以生产200mm（8英寸）及以下抛光片、外延片为主，300mm（12英寸）产能规模占比相对较低。目前国内8英寸和12英寸硅片合计产能分别约为月产183万片及54万片。随着国家及行业的政策不断支持，国内半导体产业链快速发展，硅片厂商的数量及技术水平不断发展，预计