电子行业芯片国产化系列二：大陆自主晶圆厂投产进度、关键半导体设备国产化率分析

1、核心观点1、2019年Q2起大陆自主晶圆厂进入投产高峰，未来三年半导体设备需求迎来爆发式增长。根据2017年至 今大陆自主晶圆厂开工以及投产情况统计，测算未来19-22年半导体设备总投资在700美元左右，同比 2018年120亿美元有很大增长空间，且大陆自主晶圆厂国产化率友好度远高于2018年海外复制线，晶圆厂 本身扩产有降本的采购需求，有利于国产化率的提升，2018年国产化率不到5，提升空间巨大。2、分器件梳理半导体设备国产化进程：28nm以下中低端制程是目前国产设备角逐的主战场；功率 &Special工艺要求相对较低好验证，但与二手设备竞争激烈；存储器件工艺上具有一定难度，国产设备 积累较

2、少，但我们认为突破性价比高，主要基于：国内大力发展存储产业，新增产能较多；存储器 件结构大量相同单元叠加设备参数要求相对单一适宜批量生产；存储器同质化竞争激烈，存储企业必 须依靠规模效应体现竞争力将不断扩充生产线，一旦通过认证将为国产设备提供源源不断的订单需求。3、北方华创与中微公司引领国产替代，关键层设备在长存项目国产化率快速提升。根据公开招标数据显 示，长江存储历次规模化招标时点基本与新产品（32层/64层 NAND)研发节奏同步，并于2019年9月份开 启第三轮招标，预计为2021年10万片/月产能做准备。根据前两轮关键层设备招标情况分析，中微公司 28nm以下Dielectric刻蚀已

3、进入量产阶段，并率先通过14nm部分工艺验证；北方华创硅刻蚀设备19年3月 首次批量进入长存供应链，等离子刻蚀设备于10月实现重复中标。PVD领域北方华创在Hard Mask及Al- Pad环节已有订单突破，未来CuBS核心工艺验证通过将成为新的业绩增长点。同时北方华创在氧化扩散工 艺第二轮中标40台，占据主要市场份额。1投资策略：二期大基金启动设备环节重点受益，建议关注北方华创(002371.SZ)，中微公司(688012.SH) 风险提示：半导体行业景气度下行；半导体设备技术更新；半导体制造厂资本开支不及预期；中美贸易 摩擦加剧1、分器件看逻辑中低端制程及功率&Special领域国产设备突

4、破较快223300913/43348/20191114 10:29工艺制程国内自主Fab厂（括号内数字为Fab投资/亿元）Fab厂投资额合计（亿元）备注逻辑14nm中芯南方、中芯SN1&SN2、武汉宏芯2672中微公司率先通过部分工艺验证28nm华力微电子188总体产能过剩，未来新增产能预计不 多65-40nm粤芯，晶合316国产设备角逐的主战场其它中芯宁波（40）、中芯绍兴（58.8）、中芯天津（105）、中璟航天（60）、海辰（67.9）、 德淮（450）、粤芯（100）8823D-NAND紫光集团4565工艺具有一定难度，国产设备积累较 少，但突破性价比高：1、国内新增产能多为存储器2、

5、存储器结构相同单元叠加，对设 备参数要求相对单一3、存储器竞争力必须依靠规模效应 不断扩充生产线将给国产设备带来源 源不断的订单需求存储DRAM合肥长鑫550PCM江苏时代芯存130功率&Special士兰微、北京燕东、积塔、芯恩、赛莱克斯、中 车时代、富能、万国、大连宇宙766工艺要求低，好验证。但与二手设备 竞争激烈，图表1：逻辑中低端制程是国产设备角逐的主战场，功率&Special与二手设备竞争激烈，存储器国产设备积累少但突破性价比高资料来源：集成电路产业全书，方正证券研究所整理（不完全统计）2、大陆自主晶圆厂项目情况-中芯国际、华虹、紫光集团资料来源：方正证券研究所整理32330091

6、3/43348/20191114 10:29公司地点厂（名称/8或者 12英寸）主要产品技术节点投资金额月产能 (万片）生产状态更新时间（亿元）中芯国际上海12寸二厂Foundry14nm6757量产2019年6月北京12寸B2厂Foundry(B2A)40-28nm2242量产2013年CIS NAND(B2B)28nmN/A2量产2015/10/29北京12寸B3厂CIS55nm2633.5在建2016年10月宁波8寸晶圆厂N2：高压模拟、 射频前端、特种 半导体N/AN2：40N2:33万片N1投产2018年11月N2开工天津8寸晶圆厂LogicN/A9915设备搬入2018年7月公司地

7、点厂（名称/8或者 12英寸）主要产品技术节点投资金额月产能 (万片）生产状态更新时间（亿元）华虹宏力上海8寸厂N/AN/AN/A14N/AN/A无锡12寸晶圆厂特色工艺集成电 路芯片90-65/55nm1594投片2019年9月17日12寸晶圆厂逻辑芯片N/A477N/A规划N/A图表2：中芯国际Fab厂情况图表3：华虹宏力Fab厂情况2、大陆自主晶圆厂项目情况-中芯国际、华虹、紫光集团资料来源：方正证券研究所整理423300913/43348/20191114 10:29公司地点厂（名称/8或者12英寸）主要产品技术节点投资金额月产能(万片）生产状态更新时间（亿元）紫光集团南京12寸紫光南

8、京集 成电路基地项目3D NANDFlash/DRAM先进制程69310开工在建2018年9月30日12寸紫光南京集 成电路基地项目先进制程131120规划武汉12寸国家存储器 基地项目长江存储（一期） FAB1先进制程15852020年达到30(分三期），2030达到100投产2019年9月17号武汉新芯12 英寸集成电 路生产线先进制程107N/A投产2008年代码型闪存、三 维特种工艺和微 控制器等三大业 务平台11711.5设备搬入2018年12月28日成都12寸紫光成都集 成电路基地项目3D NAND Flash先进制程702.3110开工在建2018年10月重庆12寸DRAM存储芯

9、 片制造厂DRAM先进制程N/AN/A规划N/A图表4：紫光集团Fab厂情况3、以长江存储为例分析半导体设备招标国产化率情况长江存储科技有限公司（简称“长江存储”）由紫光集团与中国官方合资，2016年7月在中国武汉成立，是 一家专注于3D NAND闪存芯片的设计、生产和销售的IDM半导体公司。成立伊始，长江存储整合了成立10年 的武汉新芯集成电路制造有限公司。资料来源：方正证券研究所整理523300913/43348/20191114 10:29长江存储大事件2016年7月长江存储成立2017年5月长江存储1期规划建设提前封顶2018年4月长江存储3D NAND获得第一笔订单习近平同志考察武汉

10、新芯2018年8月武汉新芯启动2期扩产2018年底计划投产图表5：长江存储成立于2016年7月，是一家专注于3D NAND的设计、生产和销售的IDM企业资料来源：公司官网，方正证券研究所图表6：武汉新芯/长江存储自2014年起进行3D NAND研发3D NAND项目在 武汉新芯启动201420152016201720189L测试芯片验证成功32层测试芯片设计 完成7月长江存储成立第一代32层芯片设 计完成32L 64Gb MLC3D NAND闪存送样第二代64层芯片设 计完成32层芯片达到企业 级标准 64层芯片 试片成功3、以长江存储为例分析半导体设备招标国产化率情况623300913/43

11、348/20191114 10:29我们根据长江存储投产进度分析核心层设备招标节奏，纵向对比2015-2019Q3半导体设备国产化率变化。图表7：长江存储核心层设备招标节奏（纵坐标台数）资料来源：招标网，方正证券研究所2017年Q3完成32层芯片设计（T/O），2017Q4开始试产并开启首轮大规模招标，2018年5月21日ASML首台 光刻机入场（2017年11月中标，测算6-9个月设备交付并投入试生产），2018年Q4开始量产，2019Q1产能 爬坡到5000片/月，预计2019年底爬坡至2万片/月。2018年完成64层芯片设计（T/O），2019年Q1开启第二轮规模化招标，为2020年底6

12、万片的量产做准备。 C）2019年投片测试稳定并于9月17日公告64层NAND投产。9月份主设备密集招标，我们判断Q4有望开启64 层NAND设备招标，开始第三轮规模化招标。预计2021年10万片/月产能。2166101194620813710501501002002502017Q32017Q42018Q12018Q22018Q32018Q42019Q12019Q22019Q320K/月32层设计完成5K/月首台光刻机搬入64层设计完成3、以长江存储为例分析半导体设备招标国产化率情况723300913/43348/20191114 10:2921649419381884030204016014

13、012010080601802002017Q32017Q42018Q12018Q22018Q32018Q42019Q12019Q22019Q3以关键设备（光刻、沉积、刻蚀、清洗、氧化）中标数据为分析国产化率。图表8：长江存储核心层设备中标节奏（纵坐标轴台数）资料来源：招标网，方正证券研究所图表9：从长江存储中标数据看目前国内光刻机国产化率近乎为0823300913/43348/20191114 10:293、以长江存储为例分析半导体设备招标国产化率情况光刻中标时间产品名称梳理制造商地区2019/3/22248nm光刻机1ASML荷兰2019/3/22365nm光刻机2CANON INC.日本2

14、019/3/8浸润式扫描光刻机1ASML荷兰2019/3/8248nm 光刻机2ASML荷兰2018/8/23iline扫描光刻机1ASML荷兰2017/12/11紫外光步进光刻机2CANON INC.日本2017/12/11iline扫描光刻机12Canon Inc.日本2017/11/13iline扫描光刻机21ASML荷兰2017/11/9浸没式扫描光刻机2ASML荷兰2017/11/9Arf扫描光刻机2ASML荷兰2017/11/9Krf扫描光刻机2ASML荷兰2017/6/19i线步进式光刻机1CANON INC.日本2019年9月招标浸没式光刻机12019年9月招标248nm光刻机

15、3资料来源：招标网，方正证券研究所图表10：长江存储国产刻蚀机中标情况923300913/43348/20191114 10:293、以长江存储为例分析半导体设备招标国产化率情况刻蚀时间设备数量公司国产化率2019Q3-2019/7/26多晶硅等离子蚀刻设备1北方华创合计1其余22未开标-2018Q3-2019Q22019/4/4介质等离子孔洞蚀刻设备2中微2019/4/4介质等离子掩膜蚀刻设备2中微2019/4/4介质等离子氧化层蚀刻设备2中微2019/3/29硅槽刻蚀设备3北方华创2019/3/19氧化硅刻蚀1中微2019/3/19超深接触孔刻蚀1中微2019/3/19通孔（via）刻蚀设

16、备1中微2019/3/11接触孔刻蚀设备1中微2018/11/12通孔（via）刻蚀设备5中微2018/9/20介质等离子蚀刻设备1中微2018/9/14穿通阵列区接触孔刻蚀1中微2018/9/14氧化硅刻蚀1中微2018/9/14超深接触孔刻蚀1中微合计22累计招标100222017Q3-2018Q22018/4/17介质等离子蚀刻设备2中微2017/11/9接触孔刻蚀2中微2017/11/9顶层通孔刻蚀设备2中微2017/9/6等离子蚀刻机1Mattson2017/8/9等离子蚀刻机1中微合计8累计招标839.60资料来源：招标网，方正证券研究所3、28nm以下制程刻蚀机国产设备验证情况应

17、用名称刻蚀类型国产化进程参与公司Poly Gate/Metal Gate硅刻蚀/金属刻蚀验证北方华创/中微公司Hard Mask通常属于介质刻蚀验证北方华创STI介质刻蚀量产北方华创Spacer介质刻蚀/硅刻蚀（分工艺）验证北方华创Al-Pad金属刻蚀验证北方华创Contact介质刻蚀/硅刻蚀（分工艺）无Dielectric介质刻蚀量产中微公司1023300913/43348/20191114 10:29资料来源：方正证券研究所绘制（以28nm以下工艺制程为例）P+N-WellP-WellP+STIN+Poly Gate/ Metal GateSpacerN+图表11：刻蚀领域中微公司设备通过

18、验证的工艺占比超过40 ，为目前国内最高Etch(为保证稳定性，一般每台设备固定在一个工序使 用） AI-Pad HardMaskContact Dielectric图表12：长江存储国产PVD机中标情况1123300913/43348/20191114 10:293、以长江存储为例分析半导体设备招标国产化率情况PVD时间设备数量公司国产化率2019Q3-合计-3台未开标-2018Q3-2019Q22019/3/29氮化钛原子层沉积机台1北方华创合计1累计招标1952017Q3-2018Q22018/1/30铝垫物理气相沉积机台2北方华创合计2累计招标1216资料来源：招标网，方正证券研究所3

19、、28nm以下制程PVD机国产设备验证情况PVD应用示意图表13：北方华创领军国内PVD设备领域，已有15以上的工艺环节通过验证1223300913/43348/20191114 10:29资料来源：中国科技大学教学PPT,方正证券研究所绘制（以28nm以下工艺为例）应用名称薄膜国产化进程参与公司SilicideTi/Co/NiPt+TiN否ContactTi+TiN+CVD W研发中HKMGHfO2/TiN否Hard MaskTiN是北方华创CuBSTaN+Ta+Cu验证北方华创ECP电镀铜验证北方华创Al-PadTi+TiN+Al是北方华创P+N-WellN+P-WellHKMGP+AI-

20、PadHard MaskContact SilicideN+ CuBSECP图表14：从长江存储中标数据看目前国内CVD设备国产化率极低1323300913/43348/20191114 10:293、以长江存储为例分析半导体设备招标国产化率情况CVD时间设备数量公司国产化率2019Q3-合计-33台未开标-2018Q3-2019Q22019/3/25后端等离子体增强方式 氮氧化硅薄膜化学气相 沉积设备1沈阳拓荆2019/3/25后端等离子体增强方式 以硅酸四乙酯作反应物 的二氧化硅薄膜化学气 相沉积设备1沈阳拓荆2019/3/11前端等离子体增强方式 氮化硅薄膜化学气相沉 积设备1沈阳拓荆合

21、计3累计招标1591.882018/2/15后端等离子体增强方式 氮化硅薄膜化学气相沉 积设备2沈阳拓荆第二候选人2017Q3-2018Q2合计累计招标810资料来源：招标网，方正证券研究所图表15：从长江存储中标数据看目前国内氧化（含近似炉体）设备国产化率相对较高1423300913/43348/20191114 10:293、以长江存储为例分析半导体设备招标国产化率情况时间设备数量公司国产化率2019Q3-合计-1其余7未开标-2018Q3-2019Q22019/1/11高温快速热氧化加膜-退火设备1Mattson2019/5/17立式氧化炉管设备1北方华创2019/3/29立式常压氧化设

22、备8北方华创2019/3/29立式高温氧化加膜-退火设备-25北方华创2019/3/29气体驱离及源极氧化加膜-退火设备2北方华创2019/1/11立式常压氧化设备2北方华创2019/1/11立式高温氧化加膜-退火设备6北方华创2018/11/16立式常压氧化设备1北方华创合计27累计招标6442.202017Q3-2018Q22017/8/7快速热处理设备1Mattson合计1累计招标273.70氧化（含近似炉体）资料来源：招标网，方正证券研究所图表16：长江存储国产清洗设备中标情况资料来源：招标网，方正证券研究所1523300913/43348/20191114 10:293、以长江存储为

23、例分析半导体设备招标国产化率情况清洗时间设备数量公司国产化率2019Q3-合计-1其余7未开标-2018Q3-2019Q22019/4/412寸晶圆单片式晶背清洗机1清芯科技（中国香港）2019/4/412寸晶圆单片式清洗机1清芯科技（中国香港）2019/4/412寸晶圆单片式清洗机-21清芯科技（中国香港）2019/6/2812寸晶圆单片式晶背清洗机1盛美半导体2019/3/2912寸晶圆单片式轻聚合物化 学清洗机2盛美半导体2019/3/18单片清洗机1盛美半导体2018/9/1412寸晶圆单片式晶背清洗机1盛美半导体2018/9/1412寸晶圆单片式硅晶延前& 无定型碳后清洗机1盛美半导

24、体合计13累计招标32282017Q3-2018Q22018/3/27制程档控片蚀刻回收清洗机2北方华创2017/12/28单片式钨制程化学清洗机2盛美半导体2017/6/29单片清洗机1盛美半导体合计5累计招标2817.86图表16：长江存储国产清洗设备中标情况资料来源：招标网，方正证券研究所1523300913/43348/20191114 10:293、以长江存储为例分析半导体设备招标国产化率情况清洗时间设备数量公司国产化率2019Q3-合计-1其余7未开标-2018Q3-2019Q22019/4/412寸晶圆单片式晶背清洗机1清芯科技（中国香港）2019/4/412寸晶圆单片式清洗机1清芯科技（中国香港）2019/4/412寸晶圆单片式清洗机-21清芯科技（中国香港）2019/6/2812寸晶圆单片式晶背清洗机1盛美半导体2019/3/2912寸晶圆单片式轻聚合物化 学清洗机2盛美半导体2019/3/18单片清洗机1盛美半导体2018/9/1412寸晶圆