半导体设备行业报告：薄膜工艺、刻蚀工艺、光刻工艺、清洗工艺（115页）

行业报告下载 2020年07月29日 06:54 管理员

半导体行业存在周期性，主要受两个因素影响，宏观经济和技术革新。1）宏观经济变化影响人们消费能力和意愿，通过下游市场需求影响整个行业景气度；2）技术革新通过刺激下游消费意愿甚至强制改变市场格局。以2020年为锚，5G商用化、数据中心、物联网、智慧城市、汽车电子等一系列新技术及市场需求做驱动，给予半导体行业新的动能。半导体设备对行业周期变化敏感，行业周期性变化必然伴随产能的增减和产品的迭代。产能变化对应设备数量的变化，工艺变化对应设备的迭代，新一轮增长周期有望带动设备需求。集成电路产业链主要包含电路设计、晶圆制造和封装测试三个部分，其中制造和封测环节与设备、材料息息相关。半导体设备总市值大概600亿美元，支撑全球上万亿的电子软硬件大生态。整个半导体行业呈倒三角结构，设备对整个半导体行业来说有放大和支撑作用，确立了整个产业可达到的硬性尺寸标准边际值。IC制造过程中，从前道到后道会经过上千道加工工序，涉及到的设备种类大体分9类，细分又可以划出数百种不同的机台。根据摩尔定律演进，每隔18-24个月芯片性能将提升一倍。半导体行业追赶摩尔定律主要依靠的是“行业基石”半导体设备不断的更新迭代，因此先进设备的开发进度主导整体发展速度。  制程工艺的研发和生产成本逐代上涨，28nm节点之后每代芯片流片成本提高约50%。先进制程高额的研发成本和资本投入提高了行业准入门槛，直接导致先进制程格局集中化。目前全球具备7nm以下芯片制造能力的公司只剩下台积电和三星，以及2021年有望重启7nm计划的英特尔和奋力赶超的国产龙头中芯国际。

制程差异化主要发生在前道FEOL工序，晶体管结构变化直接导致加工工序不同，进而对设备的需求量有很大影响。根据硅片供应商SUMCO统计， 2019年全球逻辑芯片使用65nm以内制程合计占比约85%，其中20nm以下高端制程芯片占比约50%。  对比分析多种不同工艺节点主流前道制程加工步骤，随节点推进，薄膜、刻蚀、光刻和清洗步骤明显增多。晶体管结构进化路线图：1）早期使用平面结构，各代制程差别并不大。2）22nm以下开始使用3D FinFET晶体管结构，导致部分加工步骤大幅度增多。目前FinFET结构已支持16/14nm和10/7nm两个工艺世代，台积电5nm工艺继续采用FinFET结构。3）5nm以下有望使用GAAFET结构。存储器占据整个半导体约1/4的市场空间，其技术变革会对设备需求有很明显的影响。根据WSTS2019年数据，全球半导体行业的整体规模在4000亿美元以上，存储器的市场规模超过1000亿美元。存储器市场又可以细分为DRAM、NAND和NOR，分别占比53%、42%和3%。  存储芯片制程演进：1）因为NOR的结构和市场需求限制，目前主流制程为平面46nm，技术推进缓慢；2）平面NAND制程到16nm时需要TLE或SAQP 工艺，当低于10nm节点需要至少在3个关键层AA、WL、BL使用成本昂贵的4重曝光工艺。为了降低成本，制造商开始使用全新的3D GAAFET结构，3D NAND对光刻要求放宽，主要挑战变成HAR孔刻蚀（STI、阶梯接触孔、channel孔）的蚀刻、清洁以及阶梯薄膜层正形沉积工艺。3）DRAM技术难点也是在HAR刻蚀（BWL沟槽、SNC孔、SN孔）、清洗、ZAZ绝缘层薄膜工艺。