历半导体产业沉浮五十载引领技术变革二十年之应用材料

1、内容目录 HYPERLINK l _TOC_250019 写在前面：借第三次产业转移东风，国内半导体设备企业能否扬帆起航？6 HYPERLINK l _TOC_250018 发展历程：创新铸就行业引领地位，并购实现全盘解决理念 HYPERLINK l _TOC_250017 产品为王：设备涵盖数十道制造工序，服务贯彻芯片制造全过程 HYPERLINK l _TOC_250016 半导体系统：覆盖半导体制造的数十种设备，强劲推动营收增长10 HYPERLINK l _TOC_250015 显示器及相关产品：多重需求推动产品销量，中国成为该板块创收主动力12 HYPERLINK l _TOC_25

2、0014 务：迅速安装延长寿命预测性维护，八大服务提供高产品价值14 HYPERLINK l _TOC_250013 研发为核：从材料到服务，应用材料以创新驱动 时代17 HYPERLINK l _TOC_250012 材料工程方案：研发钴材料领跑变革，显著降低电阻及变异性17 HYPERLINK l _TOC_250011 内存技术：大数据物联网云计算驱动，产品创新引领行业19 HYPERLINK l _TOC_250010 EnduraClover System，助力物联网存储20 HYPERLINK l _TOC_250009 Applied Endura System，助力云计算存储2

3、1 HYPERLINK l _TOC_250008 方法，FabVantage实现多维价值22 HYPERLINK l _TOC_250007 运作为翼：内精服务内容，外拓并购版图，打造全新供应链关系24 HYPERLINK l _TOC_250006 远程技术支持：远程访问和深度学习帮助构建预测维护功能24 HYPERLINK l _TOC_250005 解决方案：头部重建工具包预测零件，升级供应链管理26 HYPERLINK l _TOC_250004 并购整合：多次战略性收购拓宽产品组成，巩固霸主地位28 HYPERLINK l _TOC_250003 设立新研究中心：集合学术和创业环境

4、，合作迎接摩尔定律挑战29 HYPERLINK l _TOC_250002 研发中心：瞩目新材料和结构的突破，支持多领域创业企业30 HYPERLINK l _TOC_250001 AppliedVentures：投资新兴的差异化、有价值、可持续的技术31财务为证：紧跟半导体产业发展趋势，2018财年营收高达 172.53亿美元32 HYPERLINK l _TOC_250000 对比为镜：从路线实施到产品布局，三大国内外巨头有何异同？34图表目录图 1：初创期：坚守创新，奠定基础（19671975）7图 2：内生成长期：抓住行业产能转移机遇，进行全球市场布局（19761996）8图 3：外延

5、扩展期：贯彻“全盘解决”理念，外延并购扩充业务范围（19972010）8图 4：领跑变革期：多款突破性产品，引领半导体行业变革（20112019）9图 5：应用材料依托材料工程向半导体、显示器及相关市场提供设备、服务和软件10图 6：应用材料的半导体系统产品线图 7：应用材料的半导体系统产品覆盖 制造、 封测环节图 8：2016-2018 财年应用材料的半导体系统下游客户情况12图 9：2016-2018 财年应用材料的半导体系统销售情况12图 10：应用材料的 AKTeBeamReview系统13图 11：2016-2018 年应用材料的显示及相关产品销售情况14图 12：应用材料的全球服务

6、在半导体工厂的整个生命周期中启用性能15图 13：应用材料的全球服务在半导体工厂各阶段的服务情况15图 14：应用材料的全球服务结果得到验证与认可16图 15：为持续提升器件性能，在最小、最关键的导电层需要的材料变17图 16：应用材料研发部使用5 级环形振荡器电路 模拟论证了钴的价值18图 17：应用材料集成的钴套件18图 18：物联网和工业4.0 带来了海量数据19图 19：摩尔定律缩放速度显著放缓19图 20：理想的半导体储存器19图 21：新的内存技术提高了边缘计算和云计算的计算效20图 22：制造新内存的独特挑战20图 23： Endura Clover System20图 24：E

7、nduraClover System的创新之处21图 25：制造新内存的独特挑战（ReRAM和 21图 26：应用材料的 Endura System21图 27：Endura System的创新之处22图 28：应用材料的 AGS部门升级服务软件以提高厂商生产效率22图 29：FabVantage的缺陷减小方法：系统地确定缺陷和根本原因23图 30：FabVantage咨询的缺陷减小方法23图 31：FabVantage减少缺陷的效果24图 32：应用材料技术支持的服务可以帮助显著提高产量、产量和成本25图 33：晶圆厂获取的大量数据为提高产量创造了机会25图 34：应用材料 服务的提供功能2

8、6图 35：应用材料的供应链服务概况27图 预测零件管(FPM)的目的是帮助最小化客户的工厂中断并确保以具有竞争力的成本提供最高质量的零件27图 37：1997-2007 年应用材料外延并购路线29图 38：应用材料的 研发中心30图 39：应用材料的 研发中心30图 40：应用材料与多方进行跨界合作31图 41：Applied 资 和 公司31图 42：Applied 的投资团队32图 43：1987-2018 财年应用材料年营业收入情况32图 44：1989-2019 年全球半导体市场规模33图 45：1987-2018 财年应用材料年净利润情况33图 46：1987-2018 财年应用材

9、料年营业收入情况33图 47：2004-2018 财年应用材料年营业收入构成情况34图 48：三大厂商成立时间对比34图 49：应用材料、拉姆研究的外延并购路线对比35图 50：2016-2018 中微、1991-1993 拉姆研究、1987-1988 应用材料营收情况（亿美元，财年）. 36图 51：2016-2018 财年三大厂商毛利率情况36图 52：2016-2018 财年三大厂商净利率情况36图 53：三大厂商刻蚀工艺及节点对比37表 1：应用材料的半导体业务板块的主要技术情况10表 2：2016-2018 财年应用材料的半导体系统在韩国和台湾的销售情况12表 3：应用材料的显示器业

10、务板块的主要技术情况13表 4：2016-2018 财年应用材料的显示器及绝热材料在中国和韩国的销售情况14表 5：应用材料的全球服务业务板块的主要技术情况14表 6：应用材料的全球服务业务板块提供的主要服务情况16表 7：2016-2018 财年应用材料的全球服务销售情况17表 8：应用材料 偏移控制的特征与优势26表 9：应用材料的 Smart 服务情况27表 10：应用材料的TKM服务情况27表 11：19972007 十年间应用材料发的 13 起并购情况28表 12：20082019 十年间应用材料发的 5 起并购情况29表 三大半导体设备制造商涉及领域35表 14：三大厂商刻蚀细分领

11、域布局36起航？历史上的两次半导体产业转移产生了两批国际巨头，20 世纪 70 年代，半导体产业从美国转移到日本，造就了富士通、东芝等世界顶级的半导体企业；20 世纪 80 年代中后期，半导体产业转移向韩国、中国台湾，三星、台积电等企业诞生。如今，中国已成为半导体产业第三次转移的核心地区，即将迎来半导体行业黄金发展期，中国半导体设备行业能否借第三次产业转移东风，快速崛起？以中微半导体为代表的国内半导体设备企业，成立时间较短，其优质客户源、品牌等优势尚未凸显，目前其技术、产品的真实发展情况是如何的？有何优势？ 又能否抓住浪潮，扬帆起航？(二)：深剖拉姆研究，从龙头老大细探蚀刻设备行业55%的刻找

12、寻国内半导体设备领域的发展机遇。应用材料(Applied Materials，AMAT)成立于 1967 年，于 1972 年在纳斯达克上市，总部位公司在 1992年成为全球最大的半导体设备制造商，并蝉联这一头衔至今。50 余年，五十初创期：坚守创新，奠定基础（19671977）应用材料成立于 1967 和其他四位共同创始人一1968 800-1200 2600 氧化硅卧式气相 系统仅三年内出货量就超过 台。1971 年，推出 740，是该行业第一个量产型的辐射加热外延系统，该系统的外观设计借鉴了“桶”的形状，这一创新1972 2000/ 2001 连续氧化硅反应系统，这一设备将（公司官方微信

13、）图 1：初创期：坚守创新，奠定基础（19671975）资料来源：公司官方微信， （19761996）1970-1990 年代半导体产业由美国向日本转移，应用材料抓住机遇布局日本市场，1976 年，吉姆摩根成为应用材料首席执1979 年，应用材料在日本的分公司成立， 1984 1990 年代半导体产业从日1989 年，应用材料在台湾设立办事处，1993 年，应用材料新竹技术中另一方面，该阶段应用材料仍然坚守创新，积极研发新产品。据公司官方微信公众号介绍， 1978 2100 氧化硅持续反应器；1981 年，AME8100 刻蚀系统的成1982 年推出的 7810/20 标志着其尖端技术水平达到

14、 微米；1987 4 月，Precision 5000 化学气相沉积系统诞生，这是世界上第一台单晶片多1994 30%图 2：内生成长期：抓住行业产能转移机遇，进行全球市场布局（ 19761996）资料来源：公司官方微信，公司官网， （19972010）20 90 otal outns）的理念，给整个半导体行业带来变革性影响，半导体企业不再仅仅着眼于销售系统，而是要致力于解决客户的图 3：外延扩展期：贯彻“全盘解决”理念，外延并购扩充业务范围（19972010）资料来源：公司官方微信， 领跑变革期：多款突破性产品，引领半导体行业变革（20112019）通过 40 余年的持之以恒的研发，应用材料

15、公司已走在时代的前沿，引领行业的变革。2010 年应用材料推出了突破性的产品Producer Eterna FCVD（可流动化学气相沉积）系统，能够用高品质的介电薄膜彻底隔离密集、复杂的晶体管结构。据公司官方微信公众号介绍，2014 年公司推出的 Endura Volta 化学气相钴沉积系统，使得铜互连工艺中可以集成很薄的钴衬垫层和选择性生长的钴覆盖层，从而将铜互连的可靠性提高了一个数量级。2015 年，应用材料推出了针对 3D 原子级精密制造的 Centris Sym3蚀刻系统，该系统成为公司上量速度最快的产品。2016 年，革命性的 Producer Selectra系统横空出世， 拥有极

16、致的选择性刻蚀，实现了前所未有的高选择比性能。2018 年，应用材料通过使用一种新材料(钴)作为晶体管接触和互联的新导电材料来帮助克服晶体管性能的主要瓶颈，创造行业里程碑。应用材料通过持续设备技术的创新，为下游客户的芯片制造带来一次次变革与突破，目前应用材料借助高度复杂的沉积、去除、改性和分析方法，已实现在原子级层面对材料进行处理。（来源于公司官方微信公众号）图 4：领跑变革期：多款突破性产品，引领半导体行业变革（20112019）资料来源：公司官方微信， 五十年来，应用材料坚守创新、抓住行业产能转移机遇，积极外延并购，不断推出新产品， 经历了初创期、内生成长期、外延并购期后，开始引领全球变革

17、。于 2018 财年其营业收入达 172.53 45.69 30%(应用材料在材料工程方面拥有广泛的能力，凭借着多样化的技术能力，为客户提供高性能、半导体系统事业部负责开发、制造和销售用于制造半导体芯片的各种制造设备，包括将集成电路转移到半导体器件的设备、晶体管互连、计量检测及封装等设备。全球应用服务事业部负责包括集成解决方案、用于提升生产效率的优化设备及备件制造、用于服务及再制造的早期生产设备、以及半导体、显示器和太阳能产品中的工厂自动化软件。面板显示产品事业部负责由制造液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)、电视、智能手机等面向消费者的设备，以及加工柔性基板的设备组成。图 5：应

18、用材料依托材料工程向半导体、显示器及相关市场提供设备、服务和软件资料来源：公司官网，公司年报， 半导体系统：覆盖半导体制造的数十种设备，强劲推动营收增长应用材料的半导体系统部门主要负责开发、制造和销售用于制造半导体芯片的各种制造设备， 包括制版、晶体管互连、计量检测以及封装等设备。据 Bloomberg 统计，其半导体系统部门在 2018 财年实现 109 亿美元的营收，同比增长 19%。应用材料的制版系统和技术解决了当今最先进的半导体器件所面临的制版尺寸缩小和垂直叠加复杂性增加所带来的挑战；其晶体管互连技术，使三维晶体管的设备规模不断扩大；其计量检测的成像能力和算法采用光学和电子束技术，以满

19、足自对准双和四模式、极端紫外线层、测量密集型最佳邻近度校正、新的 3D 架构等先进的技术需求；其封装技术解决了由于多个集成电路芯片在一个封装中日益集成而带来的挑战；应用材料提供了先进的能力，使芯片制造商能够建立准确的统计过程控制，提高生产运行速度，并实现一贯的高产量，其新设备销售主要面向全球领先的集成设备制造商和铸造厂。表 1：应用材料的半导体业务板块的主要技术情况技术描述产品外延在单晶衬底上生长一层一定求的与衬晶向同的薄层晶层。 离子注入在真空系统中，用经过速的要掺的原的离照射体材，从选 择的（即被注入的）区域形成一个具有特殊性质的表面层（注入层。氧化/氮化提供了关键的氧化步骤如记门氧物，沟

20、隔和内氧化-为进的设备规模。快速热加工RTP 主要用于退火，它可以改变沉积薄膜的性质。应用材料的单晶片 RTP 系统快速热加工物理气相沉积(PVD)/ 隔离层、互连铜隔离层种子和金属硬掩膜。物理气相沉积(PVD)化学气相沉积CVD 用于在晶圆片上沉积介质金属膜。在CVD 过程，气含有材料的原子在晶圆片表面发生反应，形成一层固体材料薄膜。CMP 用于对晶圆片表面进行平面化，这是一个允许后续光刻的过程。VIISta 系统and SystemsVIISta 系统Endura 系统Endura, Centura 和 Producer Systems化学机械抛光Reflexion Systems电化学沉

21、积是一种将化学液体(电解质)中的金属原子沉积在浸入物体表面的过程。和平原子层沉积(ALD)ALD技术使导体或绝缘材料在纳米尺度结构中具有均匀覆盖的超薄膜生长。 System料。应用材料提供的系统蚀刻介质，金属和硅薄膜，以满足先进的加工要求。Centris and Producer Systems选择性去除选择性去除是一种新的刻技，旨去除定材不破晶圆上共同 Systems计量和检验成分的材料。Defect Analysis; Inspection8Inspection;Aera4 Inspection资料来源：公司年报， （L、物理气相沉积（P、化学气相沉积（C、刻蚀、（T（图 6：应用材料的半

22、导体系统产品线资料来源：Gartner，北方华创招股书， 图 7：应用材料的半导体系统产品线覆盖 IC 制造、IC 封测环节资料来源：半导体制造技术， 2018财年6个大客户共占半导体系统板块总营收的76左右。在 2018 和 图 8：2016-2018 财年应用材料的半导体系统下游客户情况逻辑及其他闪存动态随机存取存储器(DRAM)铸造厂201620172018资料来源：公司年报， 从营收和营业利润来看，近三年逐年增长，2018 财年应用材料半导体系统的营业收入同比增长近 15%，主要原因是内存和逻辑客户支出增加；该板块营业利润也同比增长近 15%， 主要是由于产品结构发生了有利变化。图 9

23、：2016-2018 财年应用材料的半导体系统销售情况12000营业收入（百万美元）营业利润（百万美元）100008000400020000201620172018资料来源：公司年报， 从销售区域来看，韩国和台湾是其半导体系统收入的主要来源地，近三年共占据半导体系统营收的 49%、59%、42%，两地营收占比在 2018 财年出现缩减。表 2：2016-2018 财年应用材料的半导体系统在韩国和台湾的销售情况201620172018韩国（百万美元） 1,1772,9622,886韩国营收占比（%）17%31%26%台湾（百万美元） 216526381895台湾营收占比（%）32%28%17%资

24、料来源：公司年报， 显示器及相关产品包括液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)，以及适用于电视、显示器、笔记本电脑、个人电脑、电子平板电脑、智能手机等显示技术产品和柔性基片的加工设备。半导体和显示器制造中使用的技术存在相似性，但最显著的区别是基板的尺寸和组成，显示器及相关表 3：应用材料的显示器业务板块的主要技术情况技术描述产品（年）LCD 显示基板在生产的许多阶段都经过检查，以最大限度地提高数组测试电子束阵列测试器缺陷检查缺陷在检查步骤中被识，并过扫电子微镜其他析检查，以确定缺陷的根和组。电子束回顾(EBR)化学气相沉积(CVD)物理气相沉积(PVD)在 CVD PVD 用于沉积高

25、质量的金属、合金、透明导体和薄膜半导体。在AKT PECVD SystemsAKT Aristo and PiVot Systems灵活的技术柔性涂层系统利用物理相沉、热发、学气沉积电束技术在柔性基体上沉积薄层金属。资料来源：公司年报， and Systems应用材料的 eBeamRevieweBeamReviewEBR)联 审查系统，解决了这些限制，而不需要打破面板。图 10：应用材料的 AKT eBeam Review 系统资料来源：公司官网， 2018 财年该板块的营业收入同比增长近 35%，反应出其产品结构较好。图 11：2016-2018 年应用材料的显示及相关产品销售情况营业收入（

26、百万美元）营业利润（百万美元）300025002000150010000201620172018资料来源：公司年报， 从销售区域来看，中国、韩国对其显示器板块收入的贡献率较大， 2016-2018 年中国、韩国共占据显示器板块营收的 78%、90%、88%2018 财年中国市场成为了应用材料显示器板块创收的主战场，80%的显示器板块营收。表 4：2016-2018 财年应用材料的显示器及绝热材料在中国和韩国的销售情况201620172018韩国（百万美元） 4499612004韩国营收占比（%）37%51%80%台湾（百万美元） 492750211台湾营收占比（%）41%39%8%资料来源：公

27、司年报， 全球服务：迅速安装延长寿命预测性维护，八大服务提供高产品价值93个地点， 4 表 5：应用材料的全球服务（AGS）业务板块的主要技术情况技术描述技术支持的服务综合服务产品组合，结服务术和具的体性承诺以优客户的厂生力。 工厂咨询专家使用先进的分析工解决客户厂生率影最大生产题。供应链保障计划备件产品组合提供的选，以衡库，成和风，以效地足工厂要求。子工厂设备应用子晶片解决方案降成本节约源，少环影响并符环境保署温气体放 报告规定。遗留的设备全面的 设备和升级组合，以满全方的生需求延长具寿。应用 200 设备支持各种设备的市变化新技，包模拟电源和。自动化软件应用 自化软组合调和线化厂的个方流设

28、和人为客户提供竞争优势。资料来源：公司年报， 应用材料提供一系列灵活的服务解决方案，以提高设备的正常运行时间和工厂效率，使晶圆厂能够专注于芯片生产，并降低每块晶圆的生产成本。应用材料全面的服务能力组合旨在帮有服务计划，以确保工具和工厂运行在最佳性能。图 12：应用材料的全球服务（AGS）在半导体工厂的整个生命周期中启用性能资料来源：公司官网， 咨询服务。图 13：应用材料的全球服务（AGS）在半导体工厂各阶段的服务情况资料来源：公司官网， 应用材料依托 50 多年的行业经验，从芯片制造厂的角度出发，提供以下维度的标准服务， 涵盖对设备的性能、工厂的管理、工厂的迁移、工具的维修等板块。这些服务标

29、志着应用材料从芯片制造厂的供应商到厂商的合作伙伴的转型。表 6：应用材料的全球服务（AGS）业务板块提供的主要服务情况服务名称提供价值包括内容应用性能服务（ 应用管理服务（应用标准服务配和清洗；系统软件升级易耗品应用材料认证专家，能够使用应用知识网络对重大维护事件提供纠正性维护支持预防性维修(PM)通过优化工具的预防性维护来提高操作效率预防性维护；劳动零件洗及修；件和工具包；计划优化点安排工程师灵活的应急服务支持；未包括在服务协议项下的设备或按需服务随需应服务规定小时费决急问题具有高灵性时段的收费工厂转换服务（ FTS）按时、按质、按预算完成搬迁工程资料来源：公司官网， 除此之外，应用材料的

30、AGS 部门还推出技术支持服务（TECHNOLOGY 和 结合技术专家和前沿服务技术，帮助客户发现问题并开发长期解决方案，这些技术支持能力FabVantage 咨询公司利用 深厚的技术根基和经应用全球服务的服务解决方案需求是由应用庞大且不断增长的制造系统安装基础驱动的，客户需要缩短斜坡时间、提高设备性能和产量、优化工厂产量和运营成本。影响 AGS 零部件和服务销售的行业状况，主要表现为半导体制造商晶圆启动量的增加和持续强劲的利用率、设备安装基础的增长、新工具的服务强度的增长以及公司销售更全面服务协议的能力。图 14：应用材料的全球服务（AGS）结果得到验证与认可资料来源：公司官网， 从营收和营

31、业利润来看，2018 财年全球服务板块均实现了增长，2018 财年应用材料全球服务板块的营业收入同比增长近 24%；营业利润也同比增长近 35%。表 7：2016-2018 财年应用材料的全球服务（AGS）销售情况201820172016营业收入（百万美元）3,7543,0172,589营业利润（百万美元）1,102817682资料来源：公司年报， 时代应用材料通过创新，引领半导体行业材料、技术、服务的变革。在材料上，应用材料研发出一系列使用钴作为导体制造晶体管接触孔和互联的产品，这是 20 多年来晶体管供电金属线的第一次变革；在存储技术上，应用材料开发出适用于物联网和云计算的 PVD 系统，

32、实现了快速、非易失性、低功耗、高密度等特征。在服务上，应用材料提供高级功能监视和微调流程以提高性能，并帮助客户转向更具预测性的操作，并提供一项新的缺陷减少服务，提供了一种专门的方法、流程专业知识、数据分析技术和诊断仪器，可以简化根本原因的识别。材料工程方案：研发钴材料领跑变革，显著降低电阻及变异性计算机时代由摩尔定律所代表，依赖于少数材料以及通过光刻实现几何尺寸缩小，从而提升优化需要更多新型的其它材料。尺寸缩小后，界面层在材料特征中的占比也越来越大，而在原子级层面设计材料成为需求的核心，同时也是重要挑战。新型材料需求的关键（。图 15：为持续提升器件性能，在最小、最关键的导电层需要的材料变化资

33、料来源：中国电子报，公司官方微信， / （10nmFinFET 晶体管全应用材料在创新材料工程方面的突破性进展就是研发出一系列使用钴作为导体制造晶体管接触孔和互联的产品，这是 20多年来晶体管供电的金属线的第一次变革，上一次变革是在 1997 年开始用铜做互联。图 16：应用材料研发部使用 5 级环形振荡器电路EDA 模拟论证了钴的价值资料来源：中国电子报，公司官方微信， 据公司官方微信披露，公司采用钴晶体管做接触孔会显著降低电阻和变异性，通过更低的功耗实现更多的晶体管固有性能，钴接触孔电阻低于 87%，变异性从超过 10 欧姆（标准化） 降至约 0.06 欧姆，进而导致成品率损失降低。虽然钴

34、突破了这一限制，但工艺系统上需要进行策略的改变。随着业界将器件结构微缩到极限尺寸，材料的性能表现会有所不同，因而必须在原子层面系统地进行工程，通常需要在真空环境下进行。为了能够在晶体管接触和互联使用钴作为新的导电材料，应用材料已在Endura平台上整合了多个材料工程步骤：预清洁、PVD、ALD 以及 CVD。图 17：应用材料集成的钴套件资料来源：公司官方微信， 此外，应用材料还推出了一套集成的钴套件，其中包括 Producer平台上的退火技术、ReflexionLKPrime平台上的平坦化技术、PROVision平台上的电子束检测技术。凭借这项经过验证的集成材料解决方案，客户可以缩短其产品投

35、放市场的时间，并提高 7 纳米制程及以下的芯片性能。新型内存技术：大数据物联网云计算驱动，产品创新引领行业Cisco、 Intel、 Western Digital 联合 出版的文章统计，到 2022 年，需要处理、存储和传输的数据将超过 兆字节，其中大约902018年全球产生的数据量大约有2.52019年有4.5，2023 年将达到，这给芯片带来性能、功耗和成本方面的挑战，当前的计算架构是不可持续的。实现新的人工智能和物联网应用所要求的计算性能和效率的提高，是半导体行业面临的最大的技术挑战，其中最关键的是新的内存技术需求。图18：物联网和工业4.0带来了海量数据图 19：摩尔定律缩放速度显著

36、放缓资料来源： model based on published by CiscoIntelWestern Digital 资 料 来 源 ：Computer Architecture: A Quantitative Approach, Sixth Edition, John Hennessy and David Patterson, December 2017，Bernstein， 为了提高内存和计算的功耗和性能效率，目前业界正在研究多种策略，包括针对边缘和存储(SoC)TSVs 的 、PCRAM 和 ReRAM 正在向成熟的市场应用水平迈进，其中 MRAM 主要用主要用于云计算，但新存储在

37、提高性能的同时也提高了能源消耗。图 20：理想的半导体储存器资料来源：公司官网， 对于 MRAM，主要的挑战是存储堆栈的沉积，这通常是用 PVD 技术完成的。要在 30 多个极薄的层中沉积 10 多种不同的材料，需要原子水平的精度和控制、无损伤蚀刻和封装。与MRAM 一样，PCRAM 也是通过新材料实现的，需要在 PVD 和蚀刻技术上进行创新，由于PCRAM 材料是由三种不同的元素组合而成的，较为复杂，对厚度均匀性要求较高，拥有允许成分调整和最小损伤的过程旋钮，对于材料如何改变相位极为重要。图 21：新的内存技术提高了边缘计算和云计算的计算效率资料来源：公司官网， 同时，这给半导体储存器的制造

38、带来了挑战。譬如 DRAM 需要 30+层叠加超薄薄膜(厚度为人类头发的 50 万分之一)，仅仅一个原子的一小部分的高度变化就能影响性能和耐力； PCRAM 和 ReRAM 要求对杂质和降解高度敏感的复合材料、精确的厚度和成分均匀性，并面临着难以控制的粗糙度和界面质量。EnduraCloverMRAM System，助力物联网存储计算机行业正在将物联网，将传感器、计算和通信整合到数百亿台设备中，这些设备将监控环境、做出决策，并向云数据中心发送关键信息。磁随机存取存储器(MRAM)是存储物联网设备软件和人工智能算法的首选存储器。MRAM 最终可能被用作 SRAM 在 3 级高速缓存中的替代品。M

39、RAM 可以集成到物联网芯片设计的后端互连层中，从而实现更小的模具尺寸和更低的成本。图22：制造新内存的独特挑战（MRAM）图 Endura Clover PVD资料来源：公司官网，资料来源：公司官网，应用材料的新 EnduraCloverMRAM PVD平台由 9 个独特的晶圆加工室组成，全部集成在原始的高真空条件下。这是工业上第一个 300 毫米的 MRAM系统，用于大批量生产，每MRAM记忆需要精确地沉积至少 30 层不同的材料， 其中一些材料的厚度是人类头发的 50 万倍。仅原子直径一小部分的工艺变化就能极大地影响器件的性能和可靠性。EnduraClover 平台包括车载测量和监测 M

40、RAM 层厚度的灵敏度，以确保原子水平的均匀性，而没有风险暴露在外部环境。图 24：Endura Clover MRAM PVD System 的创新之处资料来源：公司官网， AppliedEnduraImpulseSystem，助力云计算存储ReRAM)和 phase change RAM)是快速、非易失性、低功耗、高密度的内存，可以作为“存储类内存”来填补服务器 和存储之间不断扩大的价格性能差距。与 3D 内存类似，ReRAM 和 PCRAM 采用 3D 结构，内存厂商可以通过在每一代产ReRAM 和 PCRAM 还提供了编程和电阻率的中间阶段的可能性，允许在每个存储单元中存储多个比特的数

41、据。与 相比，ReRAM 和ReRAM 也是未来内存计算体系结构的一个主要候选，通过将计算元素集成到内存阵列中，帮助克服与 计算相关的数据移动瓶颈。图 25：制造新内存的独特挑战（ 和 PCRAM）图 26：应用材料的 Endura ImpulsePVD 资料来源：公司官网，资料来源：公司官网，Endura ImpulsePVD 平台用于PCRAM和ReRAM，包括多达9 个集成在真空下的工艺室，以及车载计量系统，可以精确地沉积和控制这些新兴内存中使用的多组分材料。图 27：Endura Impulse PVD System 的创新之处资料来源：公司官网， 服务模型进化：独创缺陷减小方法，Fa

42、bVantage实现多维价值FinFET 和 3D (IoT)越来越多的晶圆厂经理依赖先进的技术来检测、分类、诊断、控制和预测各种可能影响晶圆生产结果的故障模式，同时也会影响成本和生产率。应用材料提供高级功能监视和微调流程以提高性能，并帮助客户转向更具预测性的操作。这些技术支持的过程控制可能包括数据挖掘分析、主动故障检测和分类(FDC)、运行到运行控制和统计过程控制技术。;节约成本， 提高生产效率。图 28：应用材料的 AGS 部门升级服务软件以提高厂商生产效率资料来源：公司官网， FabVantage咨询团队减少生产晶圆片上的缺陷数量对晶圆厂的生产率和竞争力至关重要。实现所需的个位数缺陷计数

43、在 14 纳米技术节点和下面，制造商必须采取结构化方法根源检测和校正，利用缺陷知识库，广泛的设备设计和工艺的专业知识，和证明著名的方法(bkm),除了先进的计量、检验和分析。另外，许多因素都有影响减少缺陷的效果，包括硬件配臵和部件清洁度、工艺顺序和参数设臵、操作和维护程序、校准以及系统软件。图 29：FabVantage的缺陷减小方法：系统地确定缺陷和根本原因资料来源：公司官网， FabVantage咨询服务可以有效地改善基线性能,减少缺陷失控(OOC)事件,缩短 PM 从绿色到绿色的时间，并延长平均清洗间隔时间(MTBC)。图 30：FabVantage咨询的缺陷减小方法资料来源：公司官网，

44、 应用材料 FabVantage 咨询团队已经开发并成功演示了一种减少缺陷的方法，该方法采用结以保持改进的性能水平。这种减少缺陷的方法通过减少停机时间和提高 fab 成品率和产量来加快生产进度。图 31：FabVantage减少缺陷的效果资料来源：公司官网，公司内部数据， 工具的正常运行时间增加了 工具的产量增加了 蚀刻的产量增加了 5%；反射铜 的产量增加了 5%；fab 的循环时间增加了 5%；收益率与缺陷改进在探测技术和能力坡道增加 20%；收益率在新技术增加 33%等等。应用材料服务供应链的变革是在 21 世纪半导体产业变革的背景下发生的。处于领先地位的逻辑和内存公司继续在巨大的压力下

45、运营大型晶圆厂，以提高生产率和最大限度地利用投资资产。然而，令许多人感到意外的是，传统晶片厂的持续增长，它们正全力挤出越来越多的电力设备、传感器、模拟集成电路、离散体和其他用于物联网、通信、汽车、电力等市场的组件。随着这些技术和上市时间压力的不断升级，应用材料及其客户形成了战略合作伙伴关系，以解决更具挑战性的问题，从而在公司和许多客户之间达成了长期的服务协议。过去四年来，应用材料的服务业务以两位数的复合年增长率增长，越来越多的客户开始转向服务合同，据官网披露，其中超过公司服务业务收入的一半来自长期协议订阅收入。服务契约允许应用于全球范围内与客户合作，以主动管理他们的正常运行时间需求。这些服务合

46、同的一个关键原则是零部件的快速周转，能够在数小时内而不是数天或数周内将零部件送到客户手中。合同提供了一个更稳定的规划环境，使公司能够推动更有效的库存水平。远程技术支持：远程访问和深度学习帮助构建预测维护功能随着摩尔定律(Moores Law)AGS 提供的技术支持服务可以帮助客户在半导体工厂生命周期的每一步实现重要的产量、产量和成本改进。这些服务是在 4 特需求，精简全球业务，提供高效、低成本的解决方案。图 32：应用材料技术支持的服务可以帮助显著提高产量、产量和成本资料来源：公司官网， 应用材料的专有数字工具、算法和模型是专门针对其工具定制的，可以将原始数据转换为可AGS 的多变量室内健康指

47、数跟踪详细硬件活动的传感器。Moyne)说，深度学习是(Pd 图 33：晶圆厂获取的大量数据为提高产量创造了机会应用材料集成预测和预防操作的服务为 TechEdge 服务。通过将高度可定制的传统支持服务与先进的技术相结合软件、传感器和控制机制TechEdge 结合技术专家和前沿服务技术，帮助客户发现问题并开发长期解决方案，这些技术支持能力为应用服务提供了一个新的维度。图 34：应用材料 TechEdge 服务的提供功能资料来源：公司官网， 偏移控制是一种增值选项，通过提供更主动的“预测和预防”方法来补充现有的服Appliec 托管服务或应用性能服务(APS)的客户， 以帮助交付不属于这些标准服

48、务产品权限的额外工具性能。它使用 FDC 模型库专有技术来增加预测维护能力，并为已确定的合同承诺增加价值。表 8：应用材料 TechEdge 偏移控制的特征与优势特征优势独特而强大的 模型库增加线性产量先进的系统为过程问题的实时通知提供复杂的诊断和监控减少计划外停机时间提供量化效益的季度业绩分析提高产品质量和交付产品的能力团队结合业技工程师工艺家、具专进行决复过程题快速纠正良率工程确定的过程质量问客户执行和工程驱动的优先级，以关注关键的工厂问题提供量化效益的季度业绩分析提高产品质量和交付产品的能力资料来源：公司官网， 偏移控制记录了为客户提供非常具体的改进措施的价值案例。在一年的合同期内交付的

49、一些好处例子包括：对于每年在 12 个工具上报废 100 片晶圆的故障模式，报废晶圆的数量减少了 80%(UDT)减少 个工具的非计划停机时间为 (UDT)减少了 个工具的非计划停机时间为 237 小时。供应链解决方案：头部重建工具包预测零件，升级供应链管理每个客户都面临着独特的挑战，应用材料提供一系列的供应链服务，以保持工具和晶圆厂在最佳性能运行。从事务性备件到提供专家重建和预测部件管理的全面计划，公司充分优化的全球部件网络支持当今和未来半导体和显示器制造的额外复杂性。为了迎接挑战，应用全球服务(AGS)已经极大地改变了其服务供应链最大的、最复杂的半导体设备行业，实施新的信息技术，扩大其服务

50、的分销网络。4 每周从该公司的全球库存点发出超过 3 万份订单。为了服务供应链的演进，AGS 建立(BOM)，并试图描述每个部件的故障率。在此基础上，创建了一个统计模型来定义每个位臵所需的部件。一个一流的客户关系管理(CRM)工具被集成到这个过程中，为计划团队提供一个反馈循环。图 35：应用材料的供应链服务概况资料来源：公司官网， Smart Smart 确保为 头提供最高质量的重构，从而获得更好的工具性能。表 9：应用材料的 Head Smart 服务情况提供功能提供功能一个固定价格的综合解决方案， 使可预测的成本预测包括内容使用(1)应用材料认证的 OEM 零件和(2)零件编号，并根据客户

51、的具体情况更改频率，为每个客户定制材料清单场外头重建，节省宝贵的地板空间访问应用最佳实践和知识网络更可预测的成本，由于更严格的分配头部性能按照批准的重新构建流全面多点认证每一个抛光头，然后再上刀具往返工厂的交通工具资料来源：公司官网， 应用材料的全面工具包管理(TKM)计划降低了成本，优化了工具包和清洁物流。该计划提供了一套定制的认证备件，提供一流的清洗和涂层服务，以降低总拥有成本(CoO)。表 10：应用材料的 TKM 服务情况提供功能包括内容一个工具包管理解决方案与交钥匙备件，清洁和物流能力真正的备件工业领先先进料，延零件命，少颗和延平均洗时间清洗和涂层规工具包的可用性和基于客户预测的定制

52、服务水平承诺先进的纹理简化物流和行政管理任务，降低总体成本和部分管理灵活性领先的边缘表面预处理技术资料来源：公司官网， 为了提高对部件需求的可视性，应用材料最近提供的一个产品是预测部件管理(FPM)模型。在该模型中，客户与 AGS 的管理人员一起开发给定时期所需的部件和数量的预测。图 36：预测零件管理(FPM)的目的是帮助最小化客户的工厂中断，并确保以具有竞争力的成本提供最高质量的零件资料来源：公司官网， 并购整合：多次战略性收购拓宽产品组成，巩固霸主地位从 1967 到 1996 年的 30 年中，公司只有一次和核心业务相关的收购，即 1980 年收购英国Lintott Engineeri

53、ng, Ltd.，进入离子注入市场；并于 1985 年发布第一台全自动离子注入机Precision Implant 9000。1992 年应用材料超越东电电子（TEL）成为全球最大的半导体设备制造商，并蝉联这一头衔至今。在公司成为市场龙头后，加快了并购的步伐。从 1997 年至 2007 年，公司发生 14 起并购，主要为了进入新市场和完善产品组成。时间被收购公司收购目的表 11：时间被收购公司收购目的1997为了进入集成电路生产过程监测和控制设备市场进入新市场1997Orbot Instruments1997Orbot Instruments1998Consilium通过其 MES 系统提高

54、生产效率完善生产线1999Obsidian获得化学机械研磨技术完善产品线2000EtecSystems为了进入光罩生产市场和薄膜晶体管阵列测试领域进入新市场2001Oramir获得激光清洗半导体晶片技术完善产品线2001Schlumberger增加电子束检测能力完善产品线2003Boxer Cross加强开发集成解决方案完善产品线2004Metron Technology提高半导体服务能力增加市场份额2005SCP Global Technologies湿法工艺和硅片清洗部门增加市场份额2006Applied Films进入太阳能电池和相关设备市场进入新市场，完善产品线2007HCT 整形系统

55、公司成为生产太阳能和半导体晶片的晶片锯切工具的专家完善产品线2007Brooks Softw are获得管理与控制软件完善产品线1997 亿美元和 亿美元收购两家以色列公司 Opal 和 Orbot 开发和制; Opal 的主要产品是集成电路制造时用以验证临界尺寸的高速计量系统-，而 Orbot主要提供成品1998 年，应用材料为完善自己的生产线收购了 Consilium 公司通过其 系统提高生产效率， 1999 chemical mechanical planarization）技术，帮助应用材料推出新的产品线；收购 Applied Komatsu Technology，拓展平板显示制造业务

56、。2000 年，为了进入光罩生产市场和薄膜晶体管阵列测试领域，以换股并购的方式、发行约2900 万股收购了 EtecSystems 公司，EtecSystems 占据着当时全球掩膜板制造设备 80% 2001 2100 万美元收购以色列激光清洗技术的半导体晶片的供应商 Oramir 2003 年， 收购在线监测公司 Cross，加强开发集成解决方案。 2004 年，收购提供专业的原料管理、厂房清洁、专业设备和厂房维护等服务的 Metron 2005 Global 的湿法工艺和硅片清洗部门， 2006 Films 2007 整形系统公司，成为生产太阳能和半导体晶片的晶片锯切工具的专家；收购了半导

57、体和平板显示行业工厂管理和控制软件的领先供应商 Brooks Software，大幅扩展了晶圆厂范围的软件解决方案。图 37：1997-2007 年应用材料外延并购路线资料来源：公司官网，半导体行业视察，工业电子， 从 2008 2018 年成功并购同行国际电气。根据芯思想研究院（ChipInsights）的数据表明，2018 年应用材料的市占率为 的市占率为 高出 4 时间被收购公司收购目的2008Baccini扩大自身在太阳能面板制造设备市场的影响力增加市场份额2009Semitool lnc晶圆级封装（时间被收购公司收购目的2008Baccini扩大自身在太阳能面板制造设备市场的影响力增

58、加市场份额2009Semitool lnc晶圆级封装（WLP)和存储器产业向铜互连工艺的转变增加市场份额2011Varian重新回到电离子移植设备市场，获得生产太阳能电池板和发光二极管的技术进入新市场2016DRMSim拓展软件功能完善产品线2019国际电气加强公司在单晶圆处理系统上的领导地位增加市场份额资料来源：公司官网，半导体行业视察，工业电子， 2008 年 1 月，公司收购意大利一家生产太阳能电池所用的工具设计公司 Baccini，成功开拓2009 年，公司耗资约 3.64 亿 美元收购 Semitool 2011 年 5 月，公司以 亿美元的价格收购了半导体制造商 Semicondu

59、ctor Equipment Associates(2016 2019 年，公司收购国际电气，加强应用材料在单晶圆处理系统上的领导地位。2019 年 7 月 1 日，应用材料宣布将以 22 亿美元现金收购国际电气（KE）的所有流通股。国际电气是一家提供高生产力的内存批处理系统和服务的领先公司。它的铸造业务和逻辑客户补充了应用软件在单晶圆加工系统中的领导地位。国际电气在日本和亚洲拥有强大的客户关系、世界级的供应链和制造能力，以及一支优秀的员工队伍。交易完成后，国赛电气将作为应用半导体产品集团的一个业务部门运营，并继续将总部设在东京，在日本富山和韩国天安建有技术和制造中心。设立新研究中心：集合学术

60、和创业环境，合作迎接摩尔定律挑战应用材料通过位于硅谷的 Maydan 技术中心和新建的 META 中心提高研发能力，通过风险投资部门 Applied 研发中心：瞩目新材料和结构的突破，支持多领域创业企业2018 6 (Materials Engineering Accelerator, 中心)图 38：应用材料的 META 研发中心资料来源：公司官网， META 数据中心的主要目标是加快客户获得新的芯片制造材料和工艺技术，从而在半导体性能、功率、成本方面实现突破，新中心是对 Maydan 技术中心的拓展和补充。META 数据中心是一个独特的研发设施，主要是为材料创新和加快相关的工艺技术。通过该