2022年中国前道半导体设备市场规模现状及国产化研究报告（46页）.pdf

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1、2022 年深度行业分析研究报告 内容目录内容目录 前道半导体设备：半导体制造核心工艺设备前道半导体设备：半导体制造核心工艺设备 . 5 前道设备为投资重点，供给端高度集中于美、日、欧头部厂商 . 6 2022 年全球半导体设备市场规模有望再创新高 . 8 前道设备规模近千亿美元，Memory 和 foundry 扩产是投资主推力 .11 本土需求、外部因素催生本土扩产强周期，国产前道设备进入快车道 . 14 前道设备细分赛道梳理：前道设备国产化曙光渐显前道设备细分赛道梳理：前道设备国产化曙光渐显 . 19 光刻： ASML 光刻机一枝独秀，芯源微领衔涂胶/显影国产替代 . 19 刻蚀机：泛林

2、、TEL、应材占比九成，中微、北方华创份额逐步提升 . 25 薄膜沉积设备：北方华创、拓荆科技多线突破 . 29 清洗设备：多家本土公司稳健起步，有望率先国产替代 . 35 CMP 设备：供给高度集中于 CR2，华海清科实现商业量产破局 . 38 离子注入机：美、日把持，万业凯世通即将规模化进入国内头部大厂 . 40 热处理设备：应用材料市占第一，屹唐 RTP 领先，北方华创取得突破 . 44 eWcZyXkZnVdWzWrQpOqQ9P8Q7NnPnNmOoMlOmMnPfQqRoQaQmMzQxNpNrNwMrQrN 图表图表目录目录 图图 1：集成电路产业链分工模式及代表企业：集成电路产

3、业链分工模式及代表企业 . 5 图图 2：全球前：全球前 25 大半导体企业大半导体企业 . 5 图图 3：前道晶圆制造主要工艺：前道晶圆制造主要工艺 . 5 图图 4：晶圆制造设备（前道设备）占半导体设备超：晶圆制造设备（前道设备）占半导体设备超 85%份额份额 . 6 图图 5：前道设备分类及市场规模：前道设备分类及市场规模 . 6 图图 6：全球前三大前道半导体设备龙头市值和业绩情况：全球前三大前道半导体设备龙头市值和业绩情况 . 7 图图 7：2005 年年-2022 年全球半导体设备销售额与半导体销售额增长率比较年全球半导体设备销售额与半导体销售额增长率比较 . 8 图图 8：全球半

4、导体销售额：全球半导体销售额 . 8 图图 9：2011 年年-2022 年全球半导体设备市场规模与增速年全球半导体设备市场规模与增速 . 9 图图 10：北美半导体设备月销售额北美半导体设备月销售额 . 9 图图 11：日本半导体设备月销售额日本半导体设备月销售额 . 9 图图 12：全球半导体设备市场份额（按地域）全球半导体设备市场份额（按地域） . 10 图图 13：中国大陆、中国台湾、韩国半导体设备市场增速中国大陆、中国台湾、韩国半导体设备市场增速 . 10 图图 14：全球前端晶圆厂设备支出全球前端晶圆厂设备支出 . 11 图图 15：存储器制造厂和存储器制造厂和 foundry 资

5、本开支领先资本开支领先 . 11 图图 16：全球晶圆制造产能（折合千片全球晶圆制造产能（折合千片 8 寸晶圆寸晶圆/月）月） . 12 图图 17：CMOS 器件微缩技术路线图器件微缩技术路线图 . 12 图图 18：先进制程设备投资大幅增长：先进制程设备投资大幅增长 . 12 图图 19：成熟制程晶圆需求趋势：成熟制程晶圆需求趋势 . 13 图图 20：成熟制程晶圆需求驱动力结构：成熟制程晶圆需求驱动力结构 . 13 图图 21：先进存储器工艺快速演进：先进存储器工艺快速演进 . 14 图图 22：我国是全球半导体最大的市场：我国是全球半导体最大的市场 . 14 图图 23：中国半导体企业

6、在全球半导体中占比较低：中国半导体企业在全球半导体中占比较低 . 15 图图 24：中国芯片国产化率低：中国芯片国产化率低 . 15 图图 25：数字经济规模前十大国家：数字经济规模前十大国家 . 15 图图 26：中国：中国新能源汽车渗透率快速上升新能源汽车渗透率快速上升 . 15 图图 27：中国半导体行业股权投融资情况：中国半导体行业股权投融资情况 . 16 图图 28：中国半导体设计企业数量：中国半导体设计企业数量 . 16 图图 29：2020-2021 年中国进入芯片设计行业的知名业外企业年中国进入芯片设计行业的知名业外企业 . 16 图图 30：全球存储芯片月产能：全球存储芯片月

7、产能 . 17 图图 31：2021 年中国大陆新开工晶圆制造项目年中国大陆新开工晶圆制造项目 . 17 图图 32：中国主要本土晶圆制造资本开支预测（仅包含中芯国际、华虹、长存、长鑫等主中国主要本土晶圆制造资本开支预测（仅包含中芯国际、华虹、长存、长鑫等主要项目）要项目） . 18 图图 33：全球晶圆制造产能（折合千片全球晶圆制造产能（折合千片 8 寸晶圆寸晶圆/月）月） . 19 图图 34：光刻机总体结构和关键性能光刻机总体结构和关键性能 . 20 图图 35：光刻机工作原理图光刻机工作原理图 . 20 图图 36：光刻机光源及图形技术演进光刻机光源及图形技术演进 . 20 图图 37

8、：2020 年全球半导体晶圆制造光刻机份额占比年全球半导体晶圆制造光刻机份额占比. 21 图图 38：2020 年全球球晶圆前道制造光刻机市场份额年全球球晶圆前道制造光刻机市场份额. 21 图图 39：2021 年年 ASML 营收拆分营收拆分 . 22 图图 40：2021 年年 ASML 光刻机出货量拆分光刻机出货量拆分 . 22 图图 41：ASML 研发费用及研发费用率研发费用及研发费用率 . 22 图图 42：上海微电子上海微电子 IC 光刻机系列光刻机系列 . 23 图图 43：旋转涂布光刻胶示意图旋转涂布光刻胶示意图 . 24 图图 44：显影示意图显影示意图 . 24 图图 4

9、5：2013-2023 年全球前道涂胶显影身背销售额年全球前道涂胶显影身背销售额 . 24 图图 46：2020 年全球球晶圆前道制造涂胶显影机市场份额年全球球晶圆前道制造涂胶显影机市场份额 . 24 图图 47：KS-C300 12 寸集束型涂胶显影机寸集束型涂胶显影机. 25 图图 48：KS-FT200/300 系列堆叠式高产能前道涂胶显影机系列堆叠式高产能前道涂胶显影机 . 25 图图 49：半导体刻蚀示意图半导体刻蚀示意图 . 25 图图 50：刻蚀工艺区分刻蚀工艺区分 . 26 图图 51：电容性等离子体刻蚀反应腔：电容性等离子体刻蚀反应腔 . 27 图图 52：电感性等离体刻蚀反

10、应腔：电感性等离体刻蚀反应腔 . 27 图图 53：10nm 工艺多重工艺多重模板工艺原理模板工艺原理 . 27 图图 54：2D NAND 及及 3D NAND 示意图示意图 . 27 图图 55：全球前道集成电路制造刻蚀设备市场规模全球前道集成电路制造刻蚀设备市场规模 . 28 图图 56：全球前道集成电路制造刻蚀设备市场份额全球前道集成电路制造刻蚀设备市场份额 . 28 图图 51：中微公司刻蚀机产品：中微公司刻蚀机产品 . 29 图图 52：北方华创：北方华创 12 寸刻蚀机产品寸刻蚀机产品 . 29 图图 59：PVD、CVD 及及 ALD 成膜效果成膜效果 . 30 图图 60：C

11、VD 设备分类设备分类 . 30 图图 61：APCVD 沉积过程示意图沉积过程示意图 . 31 图图 62：LPCVD 沉积示意图沉积示意图 . 31 图图 63：PECVD 沉积过程示意图沉积过程示意图 . 32 图图 64：ALD 技术及应用技术及应用 . 32 图图 65：PVD 溅射工艺示意图溅射工艺示意图 . 32 图图 66：全球薄膜沉积设备市场规模及预测：全球薄膜沉积设备市场规模及预测 . 33 图图 67：全球前道薄膜沉积设备市场结构：全球前道薄膜沉积设备市场结构 . 33 图图 68：全球前道薄膜沉积设备市场份额全球前道薄膜沉积设备市场份额 . 34 图图 69：全球前道全

12、球前道 PECVD 设备市场份额设备市场份额 . 34 图图 70：全球前道全球前道 ALD 设备市场份额设备市场份额 . 34 图图 71：全球前道全球前道 PVD 溅射设备市场份额溅射设备市场份额 . 34 图图 72：北方华创部分薄膜沉积设备：北方华创部分薄膜沉积设备 . 35 图图 73：全球前道：全球前道 PVD 溅射设备市场份额溅射设备市场份额 . 35 图图 74：半导体清洗贯穿各工艺环节：半导体清洗贯穿各工艺环节 . 35 图图 75：半导体清洗类别：半导体清洗类别 . 36 图图 76：主要湿法清洗设备比较：主要湿法清洗设备比较 . 37 图图 77：全球：全球前道单片清洗设

13、备市场份额前道单片清洗设备市场份额 . 37 图图 78：全球前道槽式清洗设备市场份额：全球前道槽式清洗设备市场份额 . 37 图图 79：CMP 抛光模块示意图和作业原理图抛光模块示意图和作业原理图 . 39 图图 80：2020 年全球前道年全球前道 CMP 设备市场份额设备市场份额 . 39 图图 81：华海清科华海清科 12 寸寸 CMP 设备设备 . 40 图图 82：华海清科：华海清科 8 寸寸 CMP 设备设备 . 40 图图 83：离子注入示意图离子注入示意图 . 40 图图 87：离子注入机结构图离子注入机结构图 . 41 图图 88：离子注入机工作原理图离子注入机工作原理图

14、 . 41 图图 86：离子注入机类型（按能量高低）离子注入机类型（按能量高低） . 42 图图 87：离子注入机类型（按束流大小）离子注入机类型（按束流大小） . 42 图图 88：2019-2020 年全球晶圆前道制造离子注入机市场规模年全球晶圆前道制造离子注入机市场规模 . 42 图图 89：2020 年全球球晶圆前道制造离子注入机市场份额年全球球晶圆前道制造离子注入机市场份额 . 43 图图 90：应用材料半导体离子注入机类型应用材料半导体离子注入机类型 . 43 图图 91：应用材料半导体离子注入机产品线应用材料半导体离子注入机产品线 . 43 图图 92：FinFET 离子注入工艺

15、离子注入工艺 . 43 图图 93：凯世通凯世通 iStellar-500S 大束流离子注入机大束流离子注入机 . 44 图图 94：热处理设备主要应用的工艺步骤热处理设备主要应用的工艺步骤 . 44 图图 95：应用材料：应用材料 VANTAGE RADIANCE PLUS RTP . 45 图图 96：应用材料：应用材料 VANTAGE VULCAN RTP . 45 图图 97：热处理设备主要应用的工艺步骤热处理设备主要应用的工艺步骤 . 46 图图 98：屹唐屹唐 Helios RTP 设备设备 . 46 图图 99：屹唐屹唐 Millios 毫秒级退火设备毫秒级退火设备 . 46 表

16、表 1：全球前道工艺设备公司排名：全球前道工艺设备公司排名 . 7 表表 2：主要晶圆代工厂：主要晶圆代工厂 12 寸成熟制程扩产计划寸成熟制程扩产计划 . 13 表表 3：光刻机曝光光源、设备类型发展沿革光刻机曝光光源、设备类型发展沿革 . 20 表表 4：2020 年全球半导体光刻机出货量年全球半导体光刻机出货量 . 21 表表 5：湿法刻蚀和干法刻蚀对比湿法刻蚀和干法刻蚀对比 . 26 表表 6：半导体制造工艺中污染物种类、来源及主要危害半导体制造工艺中污染物种类、来源及主要危害 . 36 表表 7：盛美上海集成电路设备产品线：盛美上海集成电路设备产品线 . 38 表表 8：离子注入法对

17、比热扩散法优势离子注入法对比热扩散法优势 . 41 表表 9：前道设备公司对比前道设备公司对比 . 47 前道半导体设备：半导体制造核心工艺设备前道半导体设备：半导体制造核心工艺设备 半导体制造分为前道工艺（半导体制造分为前道工艺（Front End）和后道工艺（）和后道工艺（Back End） ，其中前道） ，其中前道工艺指在晶圆上形成器件的工艺过程，也称晶圆制造，后道工艺指将晶圆上的工艺指在晶圆上形成器件的工艺过程，也称晶圆制造，后道工艺指将晶圆上的器件分离，封装的工艺过程。器件分离，封装的工艺过程。当前半导体产业界 IDM（垂直整合）和“fabless+foundry+OSAT”分工两大

18、模式中，IDM 和 foundry 具备前道工艺生产线， 其中头部代表企业如 IDM 英特尔、 三星、 海力士、 美光、 德州仪器， foundry如台积电、联电、格罗方德、中芯国际、华虹半导体等。 图图 1：集成电路产业链分工模式及代表企业：集成电路产业链分工模式及代表企业 图图 2：全球前全球前 25 大半导体企业大半导体企业 资料来源: 各公司官网，国信证券经济研究所整理 资料来源:IC Insights，国信证券经济研究所整理 前道制造工艺通过物理、化学工艺步骤在晶圆表面形成器件，并生成金属导线前道制造工艺通过物理、化学工艺步骤在晶圆表面形成器件，并生成金属导线将器件相互连接形成集成电

19、路。将器件相互连接形成集成电路。前道工艺共有七大工艺步骤，分别为氧化/扩散（Thermal Process） 、光刻（Photo-lithography） 、刻蚀（Etch） 、离子注入（Ion Implant） 、薄膜生长（Dielectric and Metal Deposition） 、清洗与抛光（Clean & CMP） 、金属化（Metalization） ，通过循环重复上述工艺，最终在晶圆表面形成立体的多层结构，实现整个集成电路的制造。由于制程提升，晶圆上集成的器件和电路复杂度和密度随之提升，先进逻辑芯片和存储芯片需要上千道工序去完成芯片的制造。 图图 3：前道晶圆制造主要工艺：前

20、道晶圆制造主要工艺 资料来源:TEL，国信证券经济研究所整理 前道设备为投资重点，供给端高度集中于美、日、欧头部厂商前道设备为投资重点，供给端高度集中于美、日、欧头部厂商 半导体前道制造设备是半导体制造设备的投资重点。半导体前道制造设备是半导体制造设备的投资重点。根据半导体制造中前道工艺（晶圆制造）和后道工艺（封装测试）之分，应用于集成电路领域的设备通常可分为前道工艺设备和后道工艺设备两大类，其中前道设备市场占半导体设备主要市场份额，根据 SEMI 数据，2020 年全球晶圆制造（前道）设备市场占比为 86.1%，后道封装及测试设备分占 5.4%和 8.5%，预计 2021-2023 年该比重

21、也将维持在 86%左右。 图图 4：晶圆制造设备（前道设备）占半导体设备超：晶圆制造设备（前道设备）占半导体设备超 85%份额份额 资料来源:SEMI，国信证券经济研究所整理 薄膜生长、刻蚀和光刻设备为半导体前道制造核心设备，其市场规模最大。薄膜生长、刻蚀和光刻设备为半导体前道制造核心设备，其市场规模最大。对应主要工艺，半导体前道设备主要包括氧化/扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、机械抛光设备等，其中光刻、刻蚀和薄膜生长设备市场规模最大。根据 Gartner 数据，2020 年全球半导体前道薄膜生长、刻蚀和光刻设备市场规模分别为 139.2 亿美元、136.9

22、 亿美元和 135.4亿美元，分别以 21.5%、21.1%和 21.9%市占率位居前三。 图图 5：前道设备分类及市场规模：前道设备分类及市场规模 资料来源:Gartner，盛美上海招股书，国信证券经济研究所整理 60%80%100%20202021E2022E2023E晶圆制造设备封装设备测试设备 全球半导体前道设备由美、日、欧企业主导供给端，中国厂商市场占比较低。全球半导体前道设备由美、日、欧企业主导供给端，中国厂商市场占比较低。根据 Gartner 数据，2020 年前十大前道半导体设备厂商中 3 家来自美国，总计市占率 40%；4 家来自日本，市占率 19.5%；荷兰的 ASML 由

23、于其在浸润式DUV 光刻机及 EUV 垄断地位，以 18.1%市场份额占据全球第二。中国主要前道半导体设备厂商北方华创、屹唐旗下 Mattson、中微公司和盛美总计仅占全球 1.5%市场份额。 表表 1：全球前道工艺设备公司排名全球前道工艺设备公司排名 排名排名 公司公司 国家国家 2020 年营收年营收(亿美元）亿美元） 市场份额市场份额 1 Applied Materials 美国 120.8 18.6% 2 ASML 荷兰 117.6 18.1% 3 LAM Research 美国 97.2 15.0% 4 Tokyo Electron 日本 87.1 13.4% 5 KLA 美国 41

24、.9 6.5% 6 Screen 日本 16.8 2.6% 7 SEMES 韩国 14.0 2.2% 8 Hitachi High-Tech 日本 12.1 1.9% 9 ASM International 荷兰 12.0 1.8% 10 Kokusai Electric 日本 10.5 1.6% 22 北方华创北方华创 中国 3.4 0.5% 24 MATTSON（屹唐）（屹唐） 中国 2.6 0.4% 25 中微公司中微公司 中国 2.6 0.4% 35 盛美盛美 中国 1.5 0.2% 资料来源:Gartner，国信证券经济研究所整理 扩产周期内，半导体设备龙头有望迎戴维斯双击。扩产周期

25、内，半导体设备龙头有望迎戴维斯双击。根据历年财报数据，2016 年至 2021 年，全球前道半导体设备龙头应用材料、ASML 和泛林营收分别增长1.1、2.1、1.5 倍，净利润增长 2.4、3.3、3.3 倍，同期（2016 年 12 月 31 日至 2021 年 12 月 31 日） ，市值分别增长 3、5.8、4.9 倍。 图图 6：全球前三大前道半导体设备龙头市值和业绩情况：全球前三大前道半导体设备龙头市值和业绩情况 资料来源: Applied Materials，ASML，Lam Research，Wind，国信证券经济研究所整理 2022 年全球半导体设备市场规模有望再创新高年全球

26、半导体设备市场规模有望再创新高 半导体设备行业随半导体整体需求呈显著周期成长性。半导体设备行业随半导体整体需求呈显著周期成长性。半导体下游需求的周期性成长是半导体设备行业周期性主要因素，根据 SEMI 和 WSTS 数据，2005年至 2020 年二十一年间，有十九年全球半导体设备销售额同比增长方向与全球半导体销售额同比增长方向相同，且设备增长/下降幅度均显著高于半导体销售额幅度，显示更强弹性。 图图 7：2005 年年-2022 年全球半导体设备销售额与半导体销售额增长率比较年全球半导体设备销售额与半导体销售额增长率比较 资料来源: SEMI，WSTS，国信证券经济研究所整理 2022 年全

27、球半导体销售额有望再次突破新高。年全球半导体销售额有望再次突破新高。根据 WSTS 的数据，全球半导体销售额由1999年的1494亿美元提高到了2020年的4404亿美元， 预计2021、2022 年还将分别增长 19.7%、8.8%，达到 5272 亿美元、5734 亿美元。 图图 8：全球半导体销售额全球半导体销售额 资料来源:WSTS，国信证券经济研究所整理 -100.0%-50.0%0.0%50.0%100.0%150.0%200.0%全球半导体设备销售额同比增长率（%）全球半导体销售额同比增长率（%）-25%-15%-5%5%15%25%35%45%01002003004005006

28、00700全球半导体销售额（十亿美元）YOY 2022 年全球半导体设备销售额有望连续刷新历史记录。年全球半导体设备销售额有望连续刷新历史记录。 根据 SEMI 预计， 2021年原始设备制造商的半导体制造设备全球销售总额将达到 1030 亿美元的新高，比 2020 年的 710 亿美元的历史记录增长 44.7%。 预计 2022 年全球半导体制造设备市场总额将扩大到 1140 亿美元，有望连续第三年创历史新高。 图图 9：2011 年年-2022 年全球半导体设备市场规模与增速年全球半导体设备市场规模与增速 资料来源: SEMI，国信证券经济研究所整理 从供给端来看，从供给端来看，2021

29、年北美半导体设备销售额单月连续创历史新高，日本半导年北美半导体设备销售额单月连续创历史新高，日本半导体设备销售额大幅增长。体设备销售额大幅增长。根据 SEMI 数据，2021 年北美半导体设备销售额为429.93 亿美元，相较 2020 年、2019 年的 297.83 亿美元、242.89 亿美元增长44.4%和 77.0%，其中 1-7 月连续刷新单月历史新高。根据 SEMI 和 SEAJ 数据， 2021年日本半导体设备销售额达到30767.56亿日元 （约合267.1亿美元） ，较 2020 年和 2019 年增长 37.1%和 51.3%。 图图 10：北美半导体设备月销售额北美半导

30、体设备月销售额 图图 11：日本半导体设备月销售额日本半导体设备月销售额 资料来源: SEMI，国信证券经济研究所整理 资料来源: SEMI，SEAJ，国信证券经济研究所整理 -20%-10%0%10%20%30%40%50%0204060801001202011201220132014201520162017201820192020 2021E 2022E全球半导体设备销售额（十亿美元）同比增长率（%）0510152025303540452019-012019-032019-052019-072019-092019-112020-012020-032020-052020-072020-092

31、020-112021-012021-032021-052021-072021-092021-11北美半导体设备销售额（亿美元）05001,0001,5002,0002,5003,0003,5002019-012019-032019-052019-072019-092019-112020-012020-032020-052020-072020-092020-112021-012021-032021-052021-072021-092021-11日本半导体设备销售额（亿日元） 从需求端来看，中国大陆、中国台湾和韩国成为全球前三大半导体设备市场。从需求端来看，中国大陆、中国台湾和韩国成为全球前三大半

32、导体设备市场。根据 SEMI 及 SEAJ 数据， 2020 年中国半导体设备销售额从 2005 年的 13.3 亿美元增加到 2020 年的 187.2 亿美元，占全球比例由 12%提升到 26%，首次成为全球半导体设备第一大销售市场。 2021 年前三季度中国半导体设备销售额为211.1 亿美元， 占比 30%， 继续维持全球第一。 中国台湾和韩国占比 24%和 23%分列第二三。北美、欧洲、日本占比从 2005 年 17.5%、9.9%、24.9%分别下滑至 7.5%、3.0%和 8.6%。 图图 12：全球半导体设备市场份额（按地域）全球半导体设备市场份额（按地域） 资料来源: SEM

33、I，国信证券经济研究所整理 中国大陆自 2013 年本土和外资的晶圆代工、存储器项目以及封测项目同时新建、扩建推动设备市场总体保持快速增长；中国台湾主要由台积电对先进制程不断投入拉动设备投资； 韩国设备投资主要由全球存储巨头三星和海力士拉动，因此设备市场规模随存储需求波动，且波动幅达较大。 图图 13：中国大陆、中国台湾、韩国半导体设备市场增速中国大陆、中国台湾、韩国半导体设备市场增速 资料来源: SEMI，国信证券经济研究所整理 0%20%40%60%80%100%其他地区中国大陆中国台湾韩国欧洲北美日本-100%-50%0%50%100%150%200%250%300%350%2005 2

34、006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020中国大陆中国台湾韩国 前道设备规模近千亿美元，前道设备规模近千亿美元，Memory 和和 foundry 扩产是投资主推力扩产是投资主推力 2022年全球前道晶圆厂设备支出有望连续第三年创历史新高。年全球前道晶圆厂设备支出有望连续第三年创历史新高。 根据SEMI数据， 2019 由于存储器投资合理回落造成负增长外，在 2016 年至 2021 年全球前道晶圆厂设备支出呈现总体持续增长趋势（CAGR 18%） ，并于 2020 和 2021 年连续创历

35、史新高（635 亿美元、914 亿美元） 。SEMI 在其季度世界晶圆厂预测报告（World Fab Forecast） 中强调， 全球前端晶圆厂设备支出预计将在 2022年同比增长10%， 达到超过980亿美元的历史新高， 标志着连续第三年的增长。 图图 14：全球前端晶圆厂设备支出全球前端晶圆厂设备支出 资料来源: SEMI，国信证券经济研究所整理 从资本开支来看，存储芯片制造商（主要为从资本开支来看，存储芯片制造商（主要为 IDM）和）和 foundry 是主要投资方。是主要投资方。根据 Omdia 数据， 2009 年至 2016 年， 存储芯片制造商平均每年资本开支占比为 33.7%

36、,在 2018 年存储芯片扩产最高峰时攀升至 60.3%，对应 666 亿美元资本开支，Omdia 预计 2022-2025 年存储芯片资本开支将触底后逐步回升，占据年均 43.9%资本开支， 对应 520 亿美元/年。 全球 foundry 资本开支占比从 2009年 20.4%提升至 2020 年 24.1%， Omdia 预计 2022 年-2025 年 foundry 资本开支占比将提升至年均 33.1%，对应 390 亿美元/年。SEMI 则预计 foundry 部分占 2022 的总支出的 46%，超过 memory 的 37%。 图图 15：存储器制造厂和存储器制造厂和 foun

37、dry 资本开支领先资本开支领先 资料来源: Omdia，国信证券经济研究所整理 -10%0%10%20%30%40%50%02004006008001,0001,200201620172018201920202021E2022E全球前端晶圆厂设备支出（亿美元）同比增长率（%）0%10%20%30%40%50%60%70%010203040506070全球Foundry资本开支（十亿美元）全球存储器制造资本开支（十亿美元）Foundry 占比（%）存储器制造占比(%) 从从晶圆产能增长看，本轮产能扩产幅度最大亦为晶圆产能增长看，本轮产能扩产幅度最大亦为 foundry 和存储器制造商。和存储器

38、制造商。根据 SEMI 数据， 截止 2021 年第三季度， 全球 Memory 和 foundry 月产能为 768.9万片和 821.6 万片折合 8 寸晶圆，较 2019 年第一季度分别增长 58.6 万片和114.8 万片折合 8 寸晶圆，分别占全行业新增产能的 21.9%和 42.9%。 图图 16：全球晶圆制造产能（折合千片全球晶圆制造产能（折合千片 8 寸晶圆寸晶圆/月）月） 资料来源: SEMI，Bloomberg，国信证券经济研究所整理 先进制程推动先进制程推动 foundry 单位产能设备投资大幅增长。单位产能设备投资大幅增长。在摩尔定律的推动下，元器件集成度的大幅提高要求

39、集成电路线宽不断缩小，导致生产技术与制造工序愈为复杂， 制造成本呈指数级上升趋势。 例如采用昂贵的极紫外光刻机 （EUV） ，或采用多重模板工艺，重复多次薄膜沉积和刻蚀工序以实现更小的线宽，使得薄膜沉积和刻蚀次数显著增加，意味着集成电路制造企业需要投入更多且更先进的光刻机、刻蚀设备和薄膜沉积设备等，造成巨额的设备投入。根据 IBS 统计，随着技术节点的不断缩小，集成电路制造的设备投入呈大幅上升的趋势。以 5 纳米技术节点为例， 其投资成本高达数百亿美元， 是 14 纳米的两倍以上，28 纳米的四倍左右。 图图 17：CMOS 器件微缩技术路线图器件微缩技术路线图 图图 18：先进制程设备投资大

40、幅增长先进制程设备投资大幅增长 资料来源: IMEC，国信证券经济研究所整理 资料来源:IBS，中芯国际招股书，国信证券经济研究所整理 05,00010,00015,00020,00025,00030,000OtherOptoMicroMEMSMemoryLogicFoundryDiscreteAnalog05,00010,00015,00020,00025,000每5万片晶圆产能的设备投资（百万美元） 新兴应用的推陈出新扩大了新兴应用的推陈出新扩大了 foundry 成熟制程、特色工艺的市场需求。成熟制程、特色工艺的市场需求。特色工艺主要包括图像传感器、指纹识别、特殊存储、嵌入式非易失性存储

41、器、功率分立器件、模拟和电源管理 IC、高压、射频和微机电系统等，一般以 28nm 及以上工艺制造。特色工艺多数具备产品研发投入较低,不依赖于先进设备和先进技术,以及产品门类繁多等特点。特色工艺正得到全球主要晶圆代工厂的关注，成为半导体制造领域的另一个重要发展机遇。 根据根据 Yole 数据显示，成熟制程的需求增长主要由电源管理、数据显示，成熟制程的需求增长主要由电源管理、CIS、射频器件等、射频器件等需求驱动。需求驱动。随着 5G、新能源汽车、物联网的渗透率提升将带动射频器件、CIS芯片和电源管理芯片市场规模提升，加大成熟制程的晶圆需求。根据 Yole 预计到 2023 年全球成熟制程晶圆需

42、求为 6640 万片（以 8 英寸计） ，其中电源管理芯片消耗最多占比为 57%， 其次为 CIS 芯片占比为 27%， 射频器件占比为 11%，而增速最快的主要为射频及 CIS 芯片需求。 图图 19：成熟制程晶圆需求趋势：成熟制程晶圆需求趋势 图图 20：成熟制程晶圆需求驱动力结构成熟制程晶圆需求驱动力结构 资料来源: Yole，国信证券经济研究所整理 资料来源: Yole，国信证券经济研究所整理 全球成熟制程强需求促使全球成熟制程强需求促使全球主要晶圆代工企业进入成熟制程扩产周期。全球主要晶圆代工企业进入成熟制程扩产周期。IHS Markit 预测，28nm 及以上成熟制程 2025 年

43、市场规模可达 431 亿美元，主要应用于 MCU、移动设备、物联网、汽车电子等领域。应对新兴领域成熟制程芯片需求提升，台积电、联电、格芯、力积电、中芯国际、华虹半导体等全球主要晶圆代工企业正在进行或规划成熟制程产能扩充。 表表 2：主要晶圆代工厂：主要晶圆代工厂 12 寸成熟制程扩产计划寸成熟制程扩产计划 公司公司 地点地点 投资额投资额 制程节点制程节点 规划月产能规划月产能 台积电台积电 南京 28.87 亿美元 28/22nm 40 千片 日本熊本 70 亿美元 28/22nm 45 千片 高雄 - 7/28nm - 联电联电 台南 36 亿美元 28nm - 格芯格芯 新加坡/美国/德

44、国 60 亿美元 - - 力积电力积电 铜锣 2780 亿新台币 - 100 千片（两期） 中芯国际中芯国际 北京 76 亿美元 28nm 及以上 100 千片 深圳 23.5 亿美元 28nm 及以上 100 千片 上海临港 88.7 亿美元 28nm 及以上 40 千片 华虹华虹 无锡 - 55nm 及以上 95 千片（2022 年底） 资料来源: 各公司公告、国信证券经济研究所整理及预测 05001000150020002500300035004000电源管理CIS射频器件MEMS2023E2017CAGR=6.75%CAGR=12.78%CAGR=11.84%CAGR=4.13%电源管

45、理, 45%CIS, 22%射频器件, 9%MEMS, 4% 存储芯片方面，存储芯片方面，DRAM 工艺节点进入工艺节点进入 10 纳米级别及纳米级别及 3D NAND 层数增长推动层数增长推动产能扩充的资本开支和设备投资不断增长。产能扩充的资本开支和设备投资不断增长。DRAM 方面， DRAM 最小特征尺寸（内存单元阵列激活区的“半间距”的尺寸）自 2017 年开进入 10nm 级别，目前已进入 1znm 节点，随着节点的不断缩小如同先进逻辑制程一样设备投入亦大幅增长。NAND 方面，随着 3D NAND 取代 2D NAND 成为主流，并且层数不断推进至 192 层，薄膜沉积和刻蚀等工序制

46、造工艺步骤大幅增长，设备投入相应不断增长。 图图 21：先进存储器工艺快速演进：先进存储器工艺快速演进 资料来源: ASML，Micron，Lam Research, 国信证券经济研究所整理 本土需求、外部因素催生本土扩产强周期，国产前道设备进入快车道本土需求、外部因素催生本土扩产强周期，国产前道设备进入快车道 中国是全球最大的半导体市场，但国产化率较低。中国是全球最大的半导体市场，但国产化率较低。我国是全球半导体销售规模最大的市场，根据 SIA 的数据，2020 年全球半导体市场规模为 4360 亿美元，中国半导体市场规模为 1512 亿美元，占比 35%。中国半导体本土企业，相比海外公司有

47、着地理位置、文化交流等优势，能够更好的为本地客户提供支持。 图图 22：我国是全球半导体最大的市场我国是全球半导体最大的市场 资料来源：SIA、国信证券经济研究所整理 32%32%34%35%35%29%30%31%32%33%34%35%36%05010015020025030035040045050020162017201820192020全球半导体市场规模（十亿美元）中国半导体市场规模（十亿美元）中国占比 与市场规模全球第一形成鲜明对的是我国半导体产能不足，自给率明显偏低。与市场规模全球第一形成鲜明对的是我国半导体产能不足，自给率明显偏低。根据 IC Insights 的数据，2020

48、年中国半导体企业仅占全球半导体 5%的份额，其中 IDM 低于 1%，Fabless 相对占比较高，为 15%。从国产化率来看，2020年中国芯片市场规模为 1430 亿美元，中国制造的芯片价值 227 亿美元，占比15.9%，但这里面还包括了海外半导体大厂在中国大陆设立的厂商。若仅考虑总部在中国的企业，国产化率仅 5.8%，未来国产替代空间广阔。 图图 23：中国半导体企业在全球半导体中占比较低中国半导体企业在全球半导体中占比较低 图图 24：中国芯片国产化率低中国芯片国产化率低 资料来源：IC Insights、国信证券经济研究所整理 资料来源：IC Insights、国信证券经济研究所整

49、理 从来料加工驱动逐步过渡到本土创新驱动，复杂国际环境下半导体供应链安全从来料加工驱动逐步过渡到本土创新驱动，复杂国际环境下半导体供应链安全至关重要。至关重要。随着中国进入经济升级的时代，我国数字经济规模已超过 5 万亿美元（中国信通院，2020 年数据） ，5G、AIoT、新能源汽车等应用创新逐步走在世界前列，我们认为国内半导体需求增长推力从过去以来料加工、组装电子产品的“世界工厂”模式驱动过渡到本土创新驱动。因此，在中美贸易摩擦升级和全球新冠疫情影响下，作为电子信息关键元器件的半导体供应链安全至关重要。 图图 25：数字经济规模前十大国家：数字经济规模前十大国家 图图 26：中国中国新能源

50、汽车新能源汽车渗透率快速上升渗透率快速上升 资料来源: 中国信通院，国信证券经济研究所整理 资料来源: 中国汽车工业协会，国信证券经济研究所整理 50%30%2%9%8%1%64%1%18%1%1%15%55%21%7%6%6%5%0%10%20%30%40%50%60%70%美国南韩台湾欧洲日本中国IDM份额Fabless份额全球IC份额10%13%14%15%15%16%14%16%16%15%16%19%0%5%10%15%20%25%050100150200250中国IC市场规模（十亿美元）中国IC生产规模（十亿美元）国产化率13.075.202.44 2.391.761.170.80