半导体设备行业深度报告：东风起，“芯芯之火”必燎原-20171226-华创证券-50页-3mb

半导体设备深度报告：东风起，“芯芯之火”必燎原

核心内容

本文聚焦于半导体设备行业，分析其在全球半导体产业转移背景下，尤其是中国大陆晶圆厂投建大潮带来的设备需求增长，以及国产设备企业的发展机遇与挑战。重点内容包括半导体行业格局、设备的重要性、市场格局、国产设备的突破与未来发展方向。

主要观点

1. 大陆迎来晶圆厂投建大潮，带来巨量设备需求

• 全球半导体行业在2016年下半年进入新一轮景气周期，销售同比增长约20%，全年预计突破4000亿美元。
• 大陆半导体行业正处于向中国转移的关键阶段，预计2017-2020年将至少新建26座晶圆厂。
• 晶圆产线中设备投资占比高达70%，已开建的17座晶圆厂已带来超4000亿设备需求，后续建设将使设备需求持续增长。
• 2018、2019年将是设备需求的高峰年。

2. 国家支持力度空前，国产设备迎来黄金发展期

• 当前半导体设备市场主要由美国、日本、荷兰的厂商主导，国产设备仅占全球市场约2%，大陆国产化率仅为11.5%。
• 国家通过《国家集成电路产业发展推进纲要》和大基金的支持，为半导体行业提供了强劲的政策与资金保障。
• 大基金投资主要集中在IC制造领域，为行业发展注入强大动力，推动国产设备行业进入快速发展阶段。

3. 国产设备已实现关键突破，关注细分领域龙头

• 国产设备企业在刻蚀机、薄膜沉积设备、清洗机、检测设备等关键领域取得突破。
• 65-28nm设备已实现量产，14nm设备开始进入生产线进行工艺验证，预计两年内可实现量产。
• 推荐关注的国产设备企业包括：
  • 北方华创（前道设备龙头）
  • 长川科技（检测设备龙头）
  • 晶盛机电（硅材料生长设备龙头）
  • 至纯科技（高纯工艺系统龙头）

4. 风险提示

• 行业发展不及预期
• 公司业务拓展不及预期

行业背景

一、半导体行业格局：垂直分工模式不断深化，中国已成重要下游市场

（一）半导体产品：集成电路占主要份额

• 半导体材料包括硅、锗、砷化镓等，其中硅是目前最主要的材料。
• 半导体产品主要包括集成电路（IC）、分立器件、光电器件、传感器，其中IC占80%以上。
• 2016年全球IC销售额为2767亿美元，占81.6%，光电器件、分立器件、传感器分别为9.4%、5.7%、3.2%。
• 随着光电器件市场快速增长，IC份额略有下降，但仍占主导地位。

（二）半导体不断向小制程发展，摩尔定律已近物理极限

• 半导体制程指晶体管连接导线的宽度，越小代表芯片性能越强。
• 目前28nm制程产品销售占比最高，20/16nm制程产品占比快速提升。
• 摩尔定律近年来放缓，且已逼近物理极限，主流观点认为硅基材料的极限为5nm。

（三）产业模式：产业分工趋势明显，垂直模式不断深化

• IDM模式被Foundry和Fabless模式打破，行业开始出现更明确的垂直分工。
• Fabless模式专注于设计，Foundry专注于制造，两者共同推动了行业分工。
• IDM公司逐步向Fab-lite模式转型，以提高效率和竞争力。

（四）产业变迁：半导体产业历经两次产业转移

• 第一次产业转移发生在70-80年代，日本借助工业级PC和美国技术，反超美国。
• 第二次产业转移发生在80-90年代，韩国凭借PC需求和政府支持，成为DRAM生产主要力量。
• 台湾凭借晶圆代工和封测优势，成为全球晶圆制造基地。

（五）产业格局：产业向中国转移，中国已成最大下游市场

• 中国是全球最大的消费电子生产国和消费国，成为半导体行业增长的主要驱动力。
• 2016年中国半导体销售额达1075亿美元，占全球31.7%，其中集成电路占23.6%。
• 中国半导体行业供需错配严重，大量依赖进口，自给率仅为36%。

半导体设备市场现状

二、半导体设备是产线最大投资项，市场被海外厂商主导

（一）半导体生产涉及设计、制造、封测三大环节，对应众多生产设备

• IC设计涉及EDA工具、逻辑设计、电路设计、光罩制作。
• IC制造包括光刻、刻蚀、薄膜沉积等关键步骤。
• 封装测试包括晶圆切割、焊线、测试等环节。

（二）设备是半导体产线最大投资项

• 随着制程缩小和集成度提高，晶圆生产线建设成本迅速上升。
• 90nm制程产线建设成本为20亿美元，20nm达到67亿美元，5nm预计160亿美元。
• 设备支出在产线总投资中占比70%-85%，其中IC制造设备占80%。

（三）设备市场被海外厂商主导

• 半导体设备市场高度集中，前十大厂商占71.4%，前五大占61.4%。
• ASML在光刻机市场占比70%，应用材料在离子注入机和PVD设备市场分别占70%和85%。
• 中国大陆半导体设备国产化率仅为11.5%，市场集中度较低，缺乏竞争力。

中国半导体设备行业前景

三、中国半导体设备行业迎来发展黄金机会

（一）半导体行业迎来新一轮景气周期，设备需求重回高增长区间

• 半导体行业经历三轮发展周期，2016年进入新一轮增长周期。
• 晶圆厂建设高峰期将带来巨大的设备需求，推动国产设备企业快速发展。

（二）政策支持力度空前，半导体行业迎来发展良机

• 国家政策与资金支持为半导体行业提供良好的发展环境。
• 大基金的设立为行业注入大量资金，推动技术突破和市场扩张。

（三）中国将迎来晶圆产线建设高峰期，带来巨大设备需求空间

• 2017-2020年，中国大陆将新增26座晶圆厂，带来设备需求空间。
• 12英寸晶圆成为主流，18英寸晶圆预计2020年后可实现量产。

（四）中国浮现了一批优秀的国产设备企业，产品已实现批量应用

• 北方华创、长川科技、晶盛机电、至纯科技等企业已在关键设备领域取得突破。
• 部分国产设备已进入中芯国际28nm产线，14nm设备正在进行工艺验证。

国产设备公司亮点

四、砥砺前行中的国产设备公司

• 北方华创：国内前道设备龙头，产品已进入中芯国际产线。
• 长川科技：检测设备龙头，专注于集成电路测试。
• 晶盛机电：硅材料生长设备龙头，具备自主生产能力。
• 至纯科技：高纯工艺系统龙头，应用于晶圆制造。
• 中微半导体：介质刻蚀设备国内王者。
• 上海微电子：国产光刻机的希望，已实现90nm制程。

图表与数据

• 图表1：半导体产品分类
• 图表2：集成电路销售额
• 图表3：半导体产品份额占比
• 图表4：28nm及以下制程占比超过50%
• 图表5：半导体芯片晶体管密度演进符合摩尔定律
• 图表6：1950s-2010s全球半导体产业链模式变迁
• 图表7：2015年全球十大Foundry晶圆代工厂
• 图表8：IDM/Fabless行业收入规模
• 图表9：Fabless收入占比不断提升
• 图表10：英特尔、三星开始向第三方提供代工服务
• 图表11：半导体历经两次产业转移
• 图表12：1984-2015年全球半导体产值份额
• 图表13：1975年半导体产值各地区占比
• 图表14：1955-1979年日美电视机产量
• 图表15：各国和地区DRAM市场份额变化
• 图表16：日本半导体相关租税政策
• 图表17：2015年DRAM市场竞争格局
• 图表18：韩国半导体行业国家支持政策
• 图表19：韩国财团引进国外先进技术
• 图表20：台积电营业收入
• 图表21：台湾是最大的晶圆制造基地
• 图表22：台湾半导体发展历史
• 图表23：中国半导体行业销售额
• 图表24：半导体销售市场分布
• 图表25：我国集成电路行业供需错配严重
• 图表26：我国每年进口大量集成电路产品
• 图表27：半导体制造设备种类、应用环节、设备功能及国内外生产公司
• 图表28：IC芯片制造核心工艺主要设备全景图
• 图表29：逻辑设计图
• 图表30：电路设计图
• 图表31：IC芯片电路图
• 图表32：光罩
• 图表33：单晶硅柱制造过程
• 图表34：全球300mm和450mm晶圆需求量预测
• 图表35：光刻原理图
• 图表36：刻蚀过程示意图
• 图表37：芯片内部层次结构
• 图表38：PVD设备原理图
• 图表39：芯片通过金线与外部电路相连
• 图表40：封装后的芯片
• 图表41：半导体技术节点生产线投资额
• 图表42：半导体技术节点生产线设备投资占比
• 图表43：半导体设备支出
• 图表44：晶圆制造设备占比达到80%
• 图表45：晶圆生产线设备成本占比
• 图表46：2016年前十大全球半导体设备公司
• 图表47：国外企业占各类半导体设备市场主要份额
• 图表48：全球半导体设备市场分布
• 图表49：国产设备占全球市场份额、大陆设备国产化率仍很低
• 图表50：中外十大半导体设备生产企业销售额对比

推荐公司及评级

公司名称及代码	评级
北方华创（002371）	无
长川科技（300604）	无
晶盛机电（300316）	推荐
至纯科技（603690）	无

风险提示

• 行业发展不及预期
• 公司业务拓展不及预期