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机械设备行业总结：从下游芯片技术演变看薄膜沉积设备价值量

核心内容

本报告分析了半导体行业的发展趋势及其对薄膜沉积设备需求的影响，重点探讨了逻辑芯片和存储芯片制造工艺的演进如何推动薄膜沉积设备价值量的提升。报告指出，随着芯片制程不断缩小和存储芯片向三维堆叠结构发展，薄膜沉积设备在晶圆制造环节中的地位日益重要。

主要观点

半导体行业增长态势

• 2021年全球半导体行业同比增长 26.2%，其中 IC产品市占率达83.29%。
• 2022年IC产业预计同比增长 18.2%，市场规模将达到 5473亿美元，市占比接近 85%。
• 集成电路（IC）主要由 逻辑器件 和 存储器件 构成，两者市占比均超过 30%，是半导体行业的核心。

芯片分类与应用

• 逻辑芯片 包括CPU、GPU、FPGA、ASIC等，广泛应用于计算、通信、人工智能等领域。
• 存储芯片 分为易失性和非易失性存储芯片，其中 DRAM 和 NAND Flash 是主要的存储产品。
• NAND Flash 由于其大容量、高写入速度等优势，被广泛用于U盘、固态硬盘等领域。

晶圆制造设备的重要性

• 芯片制造分为设计、前道晶圆制造、后道封装测试三个环节，其中 前道晶圆制造设备投入占比高达85.62%。
• 光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备是晶圆制造的“三大核心设备”，被称为“四大金刚”。
• 2021年，全球刻蚀设备、薄膜沉积设备、光刻设备分别占晶圆制造设备价值量的 21.59%、19.19%、18.53%。

关键信息

薄膜沉积设备的三大工艺

• CVD（化学气相沉积）：通过气态反应剂或蒸气化学反应生成薄膜，沉积速率快，但需要高温。
  • PECVD：广泛应用于逻辑芯片、DRAM、FLASH制造。
  • SACVD：用于逻辑芯片和DRAM制造。
  • MOCVD：主要用于LED芯片制造。
• PVD（物理气相沉积）：通过靶材蒸发并在沉积基体上形成薄膜，沉积速率较快。
• ALD（原子层沉积）：能够实现高深宽比、极窄沟槽开口的优异台阶覆盖率及精确薄膜厚度控制，特别适用于3D NAND Flash工艺。

制程精进与三维堆叠对设备需求的影响

• 逻辑芯片：随着制程从 90nm 向 5nm 发展，薄膜沉积工序数量显著增加，从约 40道 增加到 100道，设备需求也随之上升。
• 存储芯片（NAND Flash）：从 2D 向 3D 堆叠发展，层数不断增加，如 三星 从 24层 提升至 48层，长江存储 已量产 128层，并计划实现 232层。
• ALD设备需求增加：在3D NAND Flash工艺中，ALD设备的资本开支占比从 18% 提升至 26%，未来随着层数增加，ALD设备需求将进一步上升。

薄膜沉积设备市场前景

• 全球薄膜沉积设备市场预计将持续增长，2019年市场规模为155亿美元，2025年将达到340亿美元，年复合增长率约为 14%。
• 随着IC行业景气度延续，2023年市场规模预计达到576.82亿美元，年复合增长率 11.62%。

风险提示

• 高端技术人才短缺：薄膜沉积设备行业涉及多种学科知识，人才短缺可能影响技术革新。
• 晶圆厂建设进度不及预期：晶圆厂产能扩张缓慢将影响薄膜沉积设备需求增速。
• 国内半导体技术进步不及预期：中美技术“冷战”背景下，国内获取关键设备技术存在限制。

结论

随着芯片制程不断缩小和存储芯片向三维堆叠结构发展，薄膜沉积设备在晶圆制造环节中的价值量持续上升。尤其是ALD设备在3D NAND Flash工艺中的应用需求显著增加，成为推动薄膜沉积设备市场增长的重要动力。未来，随着IC行业景气度延续和技术迭代加速，薄膜沉积设备市场有望实现 千亿级规模，具备良好的发展前景。