摘要:早在2018年,中微公司的5nm等离子体的刻蚀机就通过了台积电验证,并用于全球首条5nm制程芯片生产线,是唯一进入台积电产线的国产刻蚀设备生产商。与此同时,在2020年,中微公司的电容性等离子体刻蚀设备CCP就可应用于64层的NAND量产,并于2022年突破1
2015年,美国商务部宣布解除一类半导体设备对中国的出口限制,即等离子体刻蚀设备,其商务部公告如下:
“在中国已有一家非美国的公司有能力供应足够数量以及同等质量的刻蚀机,因此继续实施出口管制已失去意义”。
1正站在下一个高速发展十年的起点
早在2018年,中微公司的5nm等离子体的刻蚀机就通过了台积电验证,并用于全球首条5nm制程芯片生产线,是唯一进入台积电产线的国产刻蚀设备生产商。与此同时,在2020年,中微公司的电容性等离子体刻蚀设备CCP就可应用于64层的NAND量产,并于2022年突破128层,同时现阶段正在开发能够涵盖200层及以上的极高深宽比的刻蚀设备。目前中微公司大致上能实现大于90:1的超高深宽比,处于全球第一梯队。未来市场的发展,存储领域NAND有望突破1000层,届时极高的深宽比参数将是决定存储产能扩展的核心瓶颈。
国产刻蚀机在存储领域近三年以来的数个重大技术突破,新财富产业研究院分析认为,对国内市场接下来的存储方面,即国产半导体刻蚀设备市场份额的预测大幅度扩张,持十分积极乐观的态度。现阶段存储器件NAND的芯片结构,从二维向三维结构转变,增加芯片的集成度不再只是缩小单层上的线宽而是增加堆叠的层数,进而在传统三大核心半导体设备的工艺需求之中,刻蚀机的重要性首次超越光刻机,等离子体的刻蚀成为最关键,以及需求最多的工艺步骤,设备价值规模占比估算已达7成以上,其次是薄膜沉积设备价值占比20%左右,在3D-NAND领域,设备价值占比最小的才是光刻机。
在当前主流工艺的刻蚀机需求当中,干法刻蚀占据全球90%以上的市场份额,湿法刻蚀虽然在刻蚀成本、刻蚀速度上有一定优势,但由于其刻蚀方向不可控,容易导致线宽损失和线路设计破坏,其目前主要用于干法刻蚀后的残留物清洗。
与此同时,根据等离子体生成方式的不同,干法刻蚀设备可分为电容性等离子体(CCP)刻蚀设备和电感性等离子体(ICP)刻蚀设备。具体来看,CCP通过上下电极板上施加射频电压来产生等离子体,利用高能离子对较硬的介质材料进行刻蚀,适用于氧化物、氮化物等高深宽比的介质刻蚀。相较之下,ICP则通过在感应线圈上施加射频电流,产生高密度等离子体,主要用于硅刻蚀和金属刻蚀,具有更好的刻蚀均匀性。现阶段刻蚀设备的全球市场方面,呈现出高度集中的寡头垄断格局,美国的泛林半导体(Lam Research)、日本的东京电子(Tokyo Electron)、以及美国的应用材料(Applied Materials),CR3合计占据全球刻蚀设备约90%的市场份额,三巨头之中又以泛林半导体的全球市场份额居首,占比接近50%。在2023年,全球刻蚀设备市场份额超200亿美元,其中CCP刻蚀设备市场约104亿美元,ICP刻蚀设备市场约100亿美元,两者市场份额接近。同样在中国市场,CCP和ICP设备的市场份额基本接近,合计占比全球市场份额近三分之一。
半导体设备行业的全球客户壁垒长久以来一直十分高企稳固,美国此次自2022年10月以来,进一步收紧对中国半导体产业的出口管制,旨在切断中国芯片制造与美国先进工具的联系,特别是针对如下半导体设备,即,涉及128层及以上的3D-NAND芯片制造、18nm及以下的DRAM芯片制造、以及14nm以下的逻辑芯片制造。
2023年3月,荷兰、日本相继加入美国对华芯片出口管制阵营,自此中国开始走出一条符合现阶段国情的国产半导体产业发展道路,各行业协会的国产替代政策相继出台,中国客户开始加速采购国产半导体设备,进而赋能自2023年以来,中微公司刻蚀设备的市场份额快速攀升。具体来看,中微公司在CCP刻蚀设备市场份额,已经从美国制裁之初的2022年10月约25%,快速攀升至2023年6月约60%,一年不到的时间其市场占有率增加近40%。反观制裁之前,国内主流存储原厂、以及晶圆代工厂的设备采购中标方,通常皆是以美国的泛林半导体的中标份额居首,此次国产替代政策的持续加速推进,于国内半导体设备厂商而言可谓是重大利好。与此同时,中微公司在ICP刻蚀设备市场份额也取得了显著进展,同样也是受益于美国泛林半导体的市场份额大幅下滑,进而从几乎为零快速攀升至2023年底约75%的市占率。值得关注的是,以中微公司目前的发展势头,新财富产业研究院分析认为,其未来的发展预期,很大程度上可以参照美国的应用材料的企业发展史。中微公司2024年前三个季度,营收55.07亿元,同比增速超36%,2012年至2022年高速发展期间,其十年的平均增速是35%,预计2024年全年营收将超80亿元,创历史新高。相较之下,美国的应用材料,其在高速发展的二十年期间,即,1996年至2016年,平均年增速是25%,年营收从1996年的不到10亿美元增长至2016年营收超100亿美元,其1996年的营收体量与目前的中微公司相当。现阶段的中微公司自2023年起,正站在下一个高速发展十年期的起点,进而可以借鉴美国应用材料的发展史为未来预期。
2产能大幅度扩建锚定下一个十年
中微公司的订单增长正在以前所未有的增速攀升。具体来看,2023年全年新增订单金额约83.6亿元,同比增长32%,增速十分显著。即便2020年以来,是过去30年全球宏观经济表现最疲软的五年,中微公司在2024年前三季度新增订单总额依旧创历史新高,高达76.4亿元,同比增长约52%,2024年全年预计新增总订单将首次超100亿,达到120亿元,上述订单中80%以上皆是以刻蚀设备业务相关。也正是在完全可预期的业绩快速增长的客观需求下,接下来中微的产能扩建已成为十分重要的战略规划。从2023年开始,中微开始推进多个产业化建设项目,这些项目包括位于南昌和上海临港的生产基地。南昌基地,约14万平方米的生产和研发基地,已于2023年7月正式投入使用,而上海临港约18万平方米的生产基地,也已基本完成建设,并于2024年8月投入使用。此外,上海临港滴水湖畔约10万平方米的总部大楼暨研发中心,也在顺利建设中,预计将于2025年投入使用。至此,上述的产能扩建,将赋能中微的厂房面积相对2022年而言扩大超15倍,达到45万平方米,进而产能扩建战略不仅增强了其在半导体设备市场的竞争力,也为中微锚定下一个十年的发展奠定了基础。
上海临港片区扩建规划:
上海临港生产基地:占地157亩约10万平方米,总建筑面积约18万平方米,总投资16.7亿元,为中微最大的生产制造基地,侧重集成电路关键设备刻蚀等生产制造,并于2024年8月正式投入使用。
上海临港总部大楼:临港滴水湖畔约10万平方米的总部大楼暨研发中心,集办公、研发、试验、服务等功能于一体,预计将在2025年投入使用。
2019年以来,上海市进一步推动科创中心建设,为集成电路产业的发展提供了良好的营商环境。2019年10月,临港管委会发布了《中国(上海)自由贸易试验区临港新片区集聚发展集成电路产业若干措施》,提出包括支持重大项目优先布局、支持核心技术和产品攻关、支持企业规模化发展等在内的十项政策措施,支持助力集成电路企业做大做强。
临港新片区设立以来,临港集成电路产业呈现爆发式增长,一大批龙头型、创新型企业集聚落地,园区内已集聚集成电路亿元以上规模企业40余家,覆盖芯片制造、设备制造、关键材料、芯片设计等集成电路产业链上各个环节,已形成产业集聚态势。
江西省南昌高新片区扩建规划:
南昌生产基地:占地130亩约8万平方米,总建筑面积约14万平方米,主要聚焦于制造MOCVD等设备,并于2023年7月正式投入使用。南昌中微半导体设备有限公司是中微公司的全资子公司,专注于MOCVD设备的研发与生产。
2019年以来,南昌市政府通过实施“8810”行动计划,持续发力电子信息产业,为中微公司的发展提供广阔的空间和舞台。南昌中微新厂的启用标志着南昌在电子信息产业高质量发展上迈出了重要一步,进一步巩固和提升了南昌在全国LED产业链中的关键地位。南昌市政府通过支持中微公司在当地发展,计划将其打造成全球最重要的高端MOCVD装备制造基地,并吸引国际一流的设备和材料厂商落户,进而形成产业集群。
中微公司在南昌设立新厂,增强了公司的研发和生产能力,还带动了相关产业链的发展。南昌高新区已经具备了LED产业链完整的布局,政府也成立了LED工作专班,对企业的一些项目落地、政策扶持以及人才引进起到了非常大的促进作用,这也使得南昌成为我国唯一具备LED产业链关键环节的城市。
具体进一步分析,中微公司在2024年新增订单中,存储客户贡献了最大的份额,整体先进制程(包括先进逻辑及存储)的占比超过70%。长江存储作为中国领先的3D-NAND Flash制造商,正在加速采用国产设备替代美系设备,进而显著提升了中微的订单量。根据十四五规划,长江存储的产能将逐步增加,从2021年的10万片/月增加到2025年的30万片/月,上述的满载产能12英寸30万片/月,其相关的投资项目共分成两期,一期、二期的投资金额合计1600亿人民币。长江存储的远期目标,预计是将产能提高至100万片/月,并计划于2030年完成,因此2024年之后预测还会有规模庞大的资本开支,也将继续利好中微公司设备订单的持续大幅度增长。
从整个半导体设备板块来看,截至2024年第三季度末,国内半导体设备公司的前三个季度合同负债总额为201.82亿元,同比增长14%,特别是中微公司的合同负债增速达到119%,遥遥领先于其他半导体设备公司。很显然,美国及其盟友对华半导体关键设备出口限制的升级,短期来看虽继续制约了中国半导体产业的发展进度,中长期来看却是进一步推动了中国加速半导体设备国产化的进程,持续利好设备板块。此次继续在国家大基金三期的带动之下,国内逻辑及存储厂将持续扩产,率先重仓成熟制程,前瞻性投入先进制程,进而形成国产半导体全产业链的正向发展闭环,国产半导体设备公司的订单及交付量预计在2030年之前皆有望维持很高的行业景气度。
来源:新财富杂志