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突破海外垄断拓荆科技:半导体薄膜沉积设备国产龙头扬帆起航

发布时间:2022-09-22 08:20:13 来源:华体会体育全站app官网 作者:华体会官网主页

内容简介:  公司主要产品包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备、原子层沉积(ALD)设备和次常压化学气相沉积(SACVD)设备三个产品系列,已广泛应用于国内晶圆厂14nm及以上制程集成电路制造产线nm 及以下制程产品验证测试。公司在2011年将首台 PEVCD 出厂到中芯国际验证。  2012年,公司推出12英寸多反应腔 PECVD 设备(PF-300T),并于2013年12月通过中芯国际产品线月获得中芯国际首台量产设备订单。公司首台ALD、SACVD 设备分别于2016、2019年出厂到客户端,产品系列逐步丰富。  公司先后承担并完...


  公司主要产品包括等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备、原子层沉积(ALD)设备和次常压化学气相沉积(SACVD)设备三个产品系列,已广泛应用于国内晶圆厂14nm及以上制程集成电路制造产线nm 及以下制程产品验证测试。公司在2011年将首台 PEVCD 出厂到中芯国际验证。

  2012年,公司推出12英寸多反应腔 PECVD 设备(PF-300T),并于2013年12月通过中芯国际产品线月获得中芯国际首台量产设备订单。公司首台ALD、SACVD 设备分别于2016、2019年出厂到客户端,产品系列逐步丰富。

  公司先后承担并完成验收“90-65nm 等离子体增强化学气相沉积设备研发与应用”、“1x nm 3D NAND PECVD 研发及产业化”等国家科技重大专项,奠定了公司在薄膜沉积领域的技术基础。目前,公司正在实施 ALD 相关(与长江存储合作)、先进工艺 PECVD 相关(与长鑫存储合作)的国家科技重大专项,预计将帮助公司进一步突破高端薄膜沉积设备市场。

  目前,公司是国内产业化应用的集成电路 PECVD 设备厂商,已配适 180-14nm 逻辑芯片、 19/17nm DRAM 及 64/128 层 FLASH 制造工艺需求,并研发了 Lok I、Lok II、ACHM、ADC I 等先进介质材料工艺;用于浅槽隔离、层间介质沉积的 SACVD 也开始产业化应用。在 ALD 设备方面,公司的 PEALD 已经得到产业化应用,Thermal ALD 正在研发中。

  公司股东背景丰富,管理层和员工持股平台通过一致行动协议绑定利益。截至2022年4月19日,公司第一大股东为国家集成电路基金,持股19.86%,第二大股东国投上海持股13.68%,第三大股东中微公司持股8.40%,其余重要股东包括中国科学院沈阳科学仪器(持股2.37%)、中芯晶圆股权投资旗下的苏州聚源(持股1.42%)、中车资本旗下的中车国华(持股1.28%)以及其他投资基金等。此外,公司核心管理层和 11 个员工持股平台与公司董事姜谦签署一致行动协议,构成一致行动人。

  公司核心技术人员都具有海外设备厂商的丰富工作经验,且部分核心人员都曾在美国诺发(Novellus Systems)工作过。美国诺发曾是全球 CVD 设备的重要供应商,在 PECVD 设备上具有领先地位,并于2012年被 Lam 收购。基于丰富的半导体设备产业经验,公司核心团队具有扎实的薄膜沉积设备设计与研发能力。

  公司营收高速成长。2021年公司实现营业收入 7.58 亿元,同比增长 74%,继续保持高速成长。2021年实现归母净利润 0.68 亿元,扣非归母净利润-0.82 亿 元。

  过去几年,公司扣非归母净利润一直为负的原因是公司保持了较大的研发投入,例如 2021 年公司研发费用为 2.88 亿元,研发费用率为 38%。持续的研发投入使得公司能保持竞争优势,我们预计研发费用率将随着营收体量增大而逐渐下降。2021年,PECVD 设备销售收入占公司营收的 89%,而 ALD 和 SACVD 目前占比还较小。

  2021年1-9月前五大客户营收占整体比例达到92%。这一方面是国内晶圆厂本身集中度较高,头部厂商产能占比大,而另一方面,拓荆前期主要给头部厂商进行验证,所以先在头部客户处上量。根据招标数据,今年拓荆科技也中标了积塔半导体、绍兴中芯等厂商的订单,预计公司客户结构将逐步多元化。

  公司在中国台湾地区建有办事处,未来也有望进军中国台湾市场。除了国内客户,公司已于 2020年取得国际领先晶圆厂客户的PECVD重复订单用于先进制程试产线,反映了公司未来走向海外市场的潜力。

  2021年,公司销售毛利率达到44%,且过去几年来,销售毛利率稳步上升。我们预计其中原因包括:随着公司技术水平、市场地位的提升,公司的议价能力有所提高,平均单价有所上升;公司的产品开始进入先进制程设备市场,而先进制程设备的市场价格较高,进而提高了毛利率;随着销售规模的增长,公司的规模经济效应开始显现,平均成本有所降低。

  2021年,公司销售了第二台SACVD,用于 2.5D 封装、3D 先进封装领域,使得 SACVD 业 务毛利率较高。

  随着市场地位提升、产品升级,公司 PEVCD 设备的销量和销售单价呈增长趋势。

  2021年1-9月,公司 PECVD 产量达 49 台,接近 2020 年全年产量。按照单个平台计算,2021年1-9月,公司 PECVD 平均单价达到 1400 万元,而 SACVD 目前还未起量,初期产品的客户定制化程度高,单价相对较高。

  一般来说,单个 PECVD 平台会搭配 1~3 个反应腔。按照平台+反应腔来计算,公司 2021 年 1-9 月的 PECVD 单价接近 380 万元,较之前有较大提升,其原因是公司 2021 年销售的机台中包括 LokⅠ先进工艺机台和 PF-300T ex 先进制程机台,提高了平均单价。

  近年来,公司研发费用总体呈快速上升趋势,从 2018 年的 1.08 亿元增长到 2021 年的 2.88 亿元。持续的研发帮助公司进一步提升现有设备的技术先进性,丰富产品种类,以及拓展更多的下游应用。随着公司营收规模的增大,销售、管理费用率在逐步优化。2019 至 2021 年销售费用率从 19%下降到 13%,管理费用率从 9%下降到 6%,公司费用管理能力不断增强。

  公司在手订单饱满。一般来说,合同负债反映公司预收客户款项但还未交付产品的金额,而存货中发出商品账面余额反映已发货但客户未验收的产品金额。由于公司生产的薄膜沉积设备需要客户现场进行安装、试运行、验证,所需的验收周期较长,因此发出商品占存货比重较高,且随着公司订单规模的增长而上升。发出商品金额以及合同负债的上升为公司后续业绩增长奠定了基础。(报告来源:远瞻智库)

  全球半导体设备销售额保持快速增长,中国市场占比预计将进一步提升。根据 SEMI 数据,2021年全球半导体设备销售额为1026亿美元,其中前道半导体设备销售额约为900亿美元(占比 88%)。SEMI 预测2022年全球前道半导体设备销售额将达到1070亿美元,同比增长 18%。

  近年来,受到中国晶圆厂扩产的推动,中国半导体设备销售额的全球占比一直在稳健提升。我们预测2022年中国半导体设备销售额全球占比提升到31%,使得销售额接近386亿美元,同比增长30%。

  半导体晶圆制造过程中涉及到众多设备,包括刻蚀、薄膜沉积、光刻、量测、清洗、CMP、离子注入、热处理等,其中前三者占前道半导体设备销售额比例达到 70%~80%,是主要的前道设备。

  根据集微咨询,预计中国大陆未来 5 年(2022年-2026年)还将新增 25 座 12 英寸晶圆厂,总规划月产能将超过 160 万片;截至 2026 年底,中国大陆 12 英寸晶圆厂的总月产能预计将超过 276 万片,相比目前提高 165.1%。随着中芯京城、中芯深圳、华虹无锡二期以及长江存储、长鑫存储的继续扩产,预计国内晶圆厂对制造设备需求将继续保持快速增长。

  从晶圆厂扩产所需设备数量来看,一般薄膜沉积、刻蚀、炉管需要数量较多,反映沉积、刻蚀步骤数占整体工序数比重较大。

  对比 8 英寸、12 英寸产线的设备需求数量,越先进制程产线所需的薄膜沉积设备数量越多。因为先进制程使得晶圆制造的复杂度和工序量都大大提升,为保证产能,产线上需要更多的设备。根据拓荆科技招股说明书,在 90nm CMOS 工艺,大约需要 40 道薄膜沉积工序。

  在 3nm FinFET 工艺产线 道薄膜沉积工序,涉及的薄膜材料由 6 种增加到近 20 种,对于薄膜颗粒的要求也由微米级提高到纳米级。从化学气相沉积(CVD)设备来看,台积电和中芯国际 1 万片 产能需要 CVD 设备在 30~40 台。

  薄膜沉积是指在硅片衬底上沉积一层待处理的薄膜材料,所沉积薄膜材料可以主要分为:介质材料(二氧化硅、氮化硅、多晶硅等)、金属材料(铜、钨、钛、氮化钛等)和半导体材料(单晶硅、多晶硅等)。

  薄膜沉积设备主要负责各个步骤当中介质层与金属层的沉积,具体包括化学气相沉积(CVD)设备、物理气相沉积(PVD)设备、电镀设备和原子层沉积(ALD)设备,其中 ALD 又是属于 CVD 的一种,主要应用于先进制程工艺节点。

  从沉积效果看,PVD 是指向性沉积,适合沉积金属材料,而 CVD 和 ALD 的沉积覆盖性较好,适合沉积介质材料,其中 ALD 对薄膜厚度控制精准度高,但沉积速度较慢。

  根据 Maximize Market Research 统计,2020 年全球薄膜沉积设备市场规模在 172 亿美元,并预计 2025 年达到 340 亿美元,复合增速为 14.6%。随着芯片结构复杂化,薄膜沉积设备在产线中占比也将提升。

  根据东京电子披露,薄膜沉积设备占FLASH 芯片产线%。随着 3D NAND FLASH 芯片的内部层数不断增高,对于薄膜沉积设备的需求提升的趋势亦将延续。

  PECVD 占据薄膜沉积设备核心地位。根据 Gartner 数据,在薄膜沉积设备市场中,PECVD 份额占比近三分之一,而其余占比较大的设备有 PVD(19%)、ALD (11%)、管式 CVD(12%)等。由于 PECVD 具有沉积速度快、工作温度低的优点,其在薄膜沉积设备中占据主要地位。

  化学气相沉积是通过导入气态原料,使其与衬底或者其他原料发生化学反应而生成固态沉积物的工艺过程。CVD 设备可以通过温度或等离子体来提高化学反应速率,使得其可以大体分为压力类和等离子体类。

  压力类 CVD 包括 APCVD、SACVD 和 LPCVD,反应腔压力依次减小,使得薄膜沉积的一致性和均匀性效果提升。

  等离子体 CVD 主要包括 PECVD、HDPCVD,其中 PECVD 有温度低、沉积速度快的优点,应用广泛;HDPCVD 使用能量更大的等离子源,提高了沟槽填充能力。

  相比 LPCVD,PECVD 的结构变得更加复杂,其中有基于热和压力的质量流量控制器(MFC)、用于产生能量的射频电源和射频匹配器、用于加热硅片的加热盘、各种控制气体的阀门等。

  在设计和 生产 PECVD 过程中,拓荆科技也积累了例如反应腔腔内关键件设计、等离子体 稳定控制、反应腔温度控制、气体高速转换系统设计等技术,并已申请相关专利。

  ALD 可以将物质以单原子膜形式一层一层地镀在基底表面。相对于传统沉积工艺,ALD 可 精确控制薄膜的厚度,制备的薄膜具有均匀的厚度和优异的一致性,台阶覆盖率高,特别适合深槽结构中的薄膜生长。

  目前自对准双重成像技术(SADP)工艺是解决较小尺寸栅极制造的一个方法。SADP 工艺使用 ALD 先沉积特定厚度的膜,然后通过多次刻蚀的方法留下 ALD 沉积膜的边缘,从而得到较小尺寸的栅极。按照辅助方式,ALD 还可以细分为热 ALD(Thermal ALD)和等离子增强 ALD (PEALD),分别利用加热、等离子体方式来加快薄膜沉积过程。

  薄膜沉积设备行业目前被海外厂商垄断。2019 年,在 CVD 市场中,应用材料(AMAT)全球占比约为 30%,泛林半导体(Lam)占 21%,东京电子(TEL)占 19%,三大厂商占据了全球 70%的市场份额;ALD 设备中,TEL 和 ASMI 分别占据了 31%和 29%的市场份额。

  根据 TEL 的数据,2021 年,其 CVD 全球份额为 44%,ALD 全球份额为 29%,显示国际龙头目前在薄膜沉积设备行业份额仍较高。

  国产薄膜沉积设备公司各有分工,拓荆瞄准高门槛的 PECVD 和 ALD。

  对比国内从事半导体薄膜沉积设备的公司来看,拓荆科技是目前领先实现集成电路用 PECVD 产业化应用的公司。在 LPCVD 上,由于技术门槛相对 PECVD 较低,目前国内有北方华创、盛美都已有产品,而中微在研发中。ALD 主要分为 PEALD 和 Thermal ALD,而目前拓荆和北方华创分别都有产业化应用。

  我们选取了国内部分主流晶圆厂作为样本,分析其薄膜沉积设备的招标以及中标厂商情况。 通过梳理发现,2021年,应用材料、Lam、TEL 和 KE(日立国际电气)这四家海外厂商仍占据了国内薄膜沉积设备近 70%的份额,而拓荆科技和北方华创以小份额紧随其后。

  2022年 1-5 月,我们统计发现拓荆科技在国内薄膜沉积设备中标份额快速上升到 14%,中标产品主要为 PECVD,而北方华创份额约 11%,中标产品以 PVD 为主。

  根据招标数据,拓荆科技的薄膜沉积设备已经多次中标长江存储、上海华力、华虹半导体、积塔半导体、武汉新芯等晶圆厂的项目,使得其份额实现快速提升。

  国产 ALD 设备仍待突破。2020年和2021年我们统计的晶圆厂样本分别招标 44、35 台 ALD 设备,其中 95%以上的份额被外资厂商获得。国产厂商中,北方华创在前两年各有 1 台设备中标。由于 ALD 设备一般用于先进制程,技术难度较高,所以目前如北方华创、拓荆科技产品都未放量。(报告来源:远瞻智库)

  募投项目将助力公司产能扩充以及新产品研发。2022年 4 月 19 日,拓荆科技公告 IPO 募集资金总额为 22.73 亿元,用于投资以下项目:

  1)高端半导体设备扩产项目。该项目将在沈阳市浑南区的现有生产场地上进行二期扩产,新增约 2600 平方米的设备厂房。

  2)先进半导体设备的技术研发与改进项目。该项目将面向 28nm 以下制程的 PECVD 设备型号以及平台架构开发,进一步拓展公司 PECVD 设备的应用范围。

  3)ALD 设备研发与产业化项目。该项目拟在上海临港建设新的研发及生产基地,开发面向 28nm-10nm 制程的 ALD 设备平台架构以及工艺机型。

  公司的第一台 ALD 设备在2018年于 ICRD 验证完成,而第一台 SACVD 设备(8 英寸)在2020年底被燕东微电子验证完成,说明公司已经突破 ALD 和 SACVD 基本技术,而且能够跑通一整套验证流程。截至2021年 9 月,公司有 3 台 ALD、5 台 SACVD 在客户处验证中,其有 3 台设备达到验证的第 4 步骤及之后,接近验证尾声。

  除在验证中设备外,公司与 ICRD 签署了 1 台 ALD 设备(FT-300T)、2 台 SACVD (SA-300T)设备的正式销售合同;与浙江创芯集成电路签署了 1 台 SACVD(SA-300T)设备正式销售合同。基于公司的产品开发历史和客户反馈,我们认为 ALD 和 SACVD 设备目前验证情况良好,预计即将跨越从 Demo 机台到量产销售机台的门槛,打开更大的市场空间。

  公司大部分专利和核心技术在现有产品上都可以适用,具备平台优势。截至2021年 9 月,公司在国内外和其他地区已授权专利共计 169 件,核心技术有 8 项,其中大部分专利和核心技术可以在 PECVD、ALD、SACVD 这三种产品上适用。例如,在 165 件专利中,公司有 65 件可以在所有产品上都适用;在 8 项核心技术中,薄膜工艺、反应模块架构、反应腔设计、气体输运控制、温度控制等 6 项核心技术也是在公司目前所有产品上都可以适用。

  公司研发项目瞄准先进制程、先进薄膜、更多应用领域,以及国际客户等多方面。

  根据公司的招股说明书,截至2021年 9 月 30 日,公司主要在研项目有 10 个,其中 7 个是 PECVD 相关、2 个是 ALD 相关,还有 1 个是 SACVD 产品。从公司的在研产品,我们可以看到,在 PECVD 上,公司有 4 个研究方向已经在产业化验证:

  3)拓展PECVD到先进封装领域,并计划打入国际先进客户产线)拓展PECVD应用领域到 LED 用薄膜沉积设备。

  除此之外,公司也在先进制程用薄膜沉积上进行前期设计研发。在 ALD 设备上,公司主要在研发面向高端存储应用的 PEALD 以及另一个细分品类(Thermal ALD),以完善对 ALD 产品的覆盖。

  拓荆主力产品大批量出货,新产品验证情况良好,预计将借国产化东风而在薄膜沉积设备大赛道中快速成长。

  我们预计在国产晶圆厂扩产的带动下,国内薄膜设备需求量将快速成长。拓荆科技目前布局了薄膜设备中的 PECVD、ALD 和SACVD,其中 PECVD 处于大批量出货、市占率提升的阶段,而 ALD 和 SACVD 目前都处于客户验证的后期,预计将实现突破并迎来批量订单。

  根据公司公告,截至2021年 9 月,公司在手销售订单超过 90 台,不含税金额超过 15 亿元(不包括 demo 订单),新增包括上海积塔、广州粤芯等 10 余家客户。未来可以期待公司将乘设备国产化东风,在薄膜沉积领域快速成长。

  3、SACVD:公司的 SACVD 已经在燕东微验证完成,且还在多个晶圆厂进入验证的中后期,预计后续将迎来客户的重复订单并实现批量销售。预计公司 SACVD 业务 2022/2023/2024 年将以 205%/34%/57%增长,实现营收 1.25/1.68/2.64 亿元,毛利率分别为 55%/45%/45%。

  我们选取了北方华创、中微公司、盛美上海、芯源微作为可比公司,因为它们和拓荆科技都是专注于半导体前道晶圆制造设备。

  从 PS 和 PE 估值对比来看,拓荆科技的估值会高于可比公司的平均值。我们认为拓荆科技专注于薄膜沉积设备,目前是国内领先将 PECVD 产业化应用的公司,且在布局 SACVD 和先进制程用 ALD 设备。