长存被制裁一年后，三星、SK海力士宣布3D NAND将迈入300层！

2022年，美光、SK海力士、三星等相继量产了232层3D NAND Flash，但是在美方的制裁之下，长存128层及以上NAND Flash的供应链受到严重阻碍。在此背景之下，这些国际大厂纷纷加速迈向300层，希望能主导未来3D NAND Flash的技术路线。

今年8月初，SK海力士公布了其最新的321层堆叠4D NAND Flash闪存样品。近日三星也被爆出将会在明年推出拥有超过300层堆叠的第9代V-NAND技术，未来的第10代V-NAND技术将可能达到 430层芯片。

值得一提的是，由于美方对于长江存储（YMTC）制裁导致供给侧产能的下降，原有的市场竞争机制被美国的行政令所打破，三星等海外存储器企业正在考虑重新涨价。据中国台湾媒体DigiTimes报道去年12月报道称，在YMTC被制裁后，三星马上就将其3D NAND Flash的报价提高了10%。

随着三星、SK海力士等大厂纷纷向更具竞争力的超过300层、400层堆叠的3D NAND Flash迈进，而长江存储受到制裁成本进一步提高，海外存储器企业很可能将进一步占领市场。

300层意味着什么? 更低的成本+高大的市场份额

自从NAND Flash闪存引入3D堆叠技术以来，随着堆叠的层数的持续攀升，使得NAND Flash的存储密度也在持续提升，单位容量的生产成本也越来越低。数据显示，每年单位面积下NAND Flash的密度都会增加约30%，使得每bit容量的成本每年可下降约21%。尽管未来NAND Flash堆叠层数的提升可能会面临很多制造工艺（比如高深宽比的刻蚀、键合等）上的挑战，但预计仍将可以继续扩展。

△图片来源：semianalysis

2022年5月，存储芯片大厂美光（Micron）发布了业界首个 232 层堆栈的3D NAND芯片。随后在2022年7月26日，美光宣布其232层堆栈的TLC闪存正式量产。这是全球首个量产的超过200层的闪存，也是业界密度最高的，达到了14.6Gb/mm2，单个die的原始容量为 1Tb（128GB），接口速度提升到2.4GB/s，写入速度提升了100%，读取带宽提升75%。2022年 12月15日，美光宣布其最新的基于232层堆叠的NAND Flash闪存芯片的SSD模组——美光 2550 NVMe SSD 已正式向全球 PC OEM 客户出货。

△图片来源：美光

今年6月8日，SK海力士宣布其在2022年8月开发完成的238层堆叠的NAND Flash芯片正式开始量产。据介绍，SK海力士238 层堆叠技术 NAND Flash芯片，与上一代 176层堆叠 NAND Flash芯片相比，最高传输速率提升了50%达2.4Gb/s，使得整体的平均读写速度提升了约20%，同时制造效率也提高了 34%，使得成本竞争力显著提升。

△图片来源：pc.watch.impress.co.jp

今年8月8日，SK海力士宣布，借助其最新发布的321层堆叠4D NAND Flash闪存样品，使其正式成为业界第一家完成300层以上堆叠NAND Flash闪存开发的公司。

据介绍，SK海力士321层堆叠的1Tb TLC 4D NAND Flash，相比上一代238层堆叠的512Gb 4D NAND Flash的单位容量提升了41%，延迟降低了13%，性能提升了12%，功耗降低了10%，并且生产效率也提升了59%。而其生产效率之所以能够大幅提升59%的原因在于，数据储存单元可以用更多的单片数量堆叠到更高，这使得在相同大小面积的芯片上达到更大储存容量，也进一步增加了单位晶圆上芯片的产出数量。

△图片来源：pc.watch.impress.co.jp

根据SK海力士公布的资料显示，其321层NAND Flash由三个deck（可以理解为单元串）堆叠而成，每个deck有107层堆叠。SK海力士现有的238层NAND Flash则是两个deck，每个deck为119层堆栈。

△图片来源：pc.watch.impress.co.jp

不过，目前SK海力士的这款321层NAND Flash还是样品，真正商用还需要进一步优化。根据SK海力士的计划，需要到2025年上半年才开始量产供货。

相比之下，三星的超300层NAND Flash进展则更快。三星在2022年底就已经开始批量生产采用第8代V-NAND技术的产品，为1Tb（128GB）TLC 3D NAND闪存芯片，达到了236层，相比于2020年首次引入双堆栈架构的第7代V-NAND技术的176层有了大幅度的提高。其所采用的双堆栈架构，即在300mm晶圆上先生产一个3D NAND Flash堆栈，然后在原有基础上再构建另一个堆栈。

根据最新曝光的资料显示，三星的超300层堆叠的第9代V-NAND将会沿用上一代的双deck架构。也就是说，三星的超300层3D NAND Flash将通过将两个150 层堆叠的deck堆叠在一起制成。尽管制造时间更长，但堆叠两个 150 层组件比构建单个 300 层产品更容易制造。不过目前三星并未披露其超300层NAND Flash的技术规格。

三星计划在2024年开始生产基于其超300层的第9代V-NAND技术的产品。三星还计划会在2026年推出430层堆叠的第10代3D NAND Flash，届时可能会采用三deck堆叠架构。此外，三星在今年FMS 2023 技术大会上还透露，其计划在2030年开发出1000层的V-NAND技术。

除了三星、SK海力士之外，美光、西部数据/铠侠等NAND Flash制造商也在积极向300层以上突破，因为如果他们不这么做，他们的单位存储容量的NAND Flash生产成本将会高于三星和SK海力士，从而使得他们在市场竞争当中处于劣势。根据预计美光将会在2025年量产超过300层的3D NAND Flash技术。而西部数据/铠侠目前拥有218层的 BiCS Gen 8 技术，至于何时会推出超300层的技术尚不确定。

更高的堆叠层数的3D NAND Flash，意味着单die的存储位元密度和容量都将大幅提升，同时单位容量的存储位元的制造成本也将得到大幅降低。这将直接为率先量产300层以上的3D NAND Flash芯片的三星和SK海力士带来更强的产品竞争力。

鉴于目前三星和SK海力士两家韩国厂商就已经占据了全球超过50%的3D NAND Flash市场，率先量产300层以上的3D NAND Flash也将有望帮助他们进一步提升市场份额，巩固他们在市场上的垄断地位。

需要指出的是，随着3D NAND Flash堆叠层数的持续提升，也将会面临技术架构及制造工艺上的挑战，比如在转向CBA架构（CMOS 键合阵列）以及在高深宽比的刻蚀、沉积等方面。

转向CBA架构

过去传统的NAND Flash制造是只使用一块晶圆，NAND 阵列和CMOS电路的集成要么是将CMOS电路放置在单元阵列旁边（CMOS Next Array 或 CAN），要么将CMOS电路放置在 NAND 阵列 (CUA) 下方。大多数 NAND 供应商在其最初的 3D NAND 工艺中实施 CAN 方法，然后在后续工艺中迁移到 CUA。仅美光和英特尔 (Solidigm) 在 32 层 3D NAND 路线图之初就实施了 CUA。随着3D NAND技术堆叠到128层甚至更高，外围CMOS电路所占据的芯片面积或将达到50%以上。为了解决这一问题，YMTC（长存）在2018年推出了全新的Xtacking技术，推动了高堆叠层数的3D NAND制造开始转向了CBA（CMOS 键合阵列）架构。

△图片来源：YMTC

CBA 架构则是通过将两块独立的晶圆分别制造NAND阵列和外围CMOS逻辑电路，然后将CMOS逻辑电路堆叠在NAND阵列之上，二者之间的垂直连接则需要相应的键合技术来实现，形成间距为10μm 及以下的互连，且不会影响 I/O 性能。另外，由于两种类型的芯片可以在不同的生产线上制造，因此可以使用各自优化的工艺节点分别生产，不仅可以缩短生产周期，还可以降低制造复杂度和成本。此外，CBA 架构也使得每平方毫米的存储密度、性能和可扩展性可以进一步提高。

但是，从传统的单片生产，转换到CBA 架构，需要增加对新的洁净室空间和设备的额外投资。尽管成本高昂，但随着使用传统方法实现 3D NAND 扩展变得越来越困难，所有主要3D NAND Flash供应商都将会转向CBA架构，升级混合键合技术。

作为率先转向CBA架构的YMTC来说，其在CBA架构方向上已经进行了大量的投资，不仅其自研的Xtacking技术已经进展到了3.0版本，其斥巨额投资的生产设施也是围绕着CBA架构的需要来构建的。2021年，YMTC还与Xperi达成DBI混合键合技术相关专利组合许可。这些方面的积极投入都成为了YMTC能够快速在数年时间内在3D NAND Flash技术上追平国际一线厂商的关键。

铠侠和西部数据是继YMTC之后首批采用CBA 架构技术大规模生产3D NAND Flash 产品的主要制造商，他们发布的BiCS8 就是基于CBA 架构。此外，SK海力士和美光也分别在2020年和2022年向Xperi（子公司Adeia）拿到了混合键合技术的授权。

根据Yole Intelligence今年7月发布的研究报告显示，其预计三星、SK海力士、美光和西部数据/铠侠都将在2026年量产基于CBA 架构的300层以上的3D NAND Flash。并预计三星将在2027年量产400层以上的3D NAND Flash。

△图片来源：Yole Intelligence

但是，从三星和SK海力士最新公布的信息来看，三星的300层以上的3D NAND Flash提前到了2024年量产，SK海力士也提前到了2025年上半年量产。这比Yole Intelligence的预测提前了一年。显然，在长存被制裁之后，三星和SK海力士进一步加快了迈向300层的进程。而这无疑将进一步扩大对于包括长江存储在内的其他竞争对手的竞争优势。

技术挑战之外

除了需要转向CBA架构之外，随着3D NAND Flash堆叠层数的持续提升，也对于高深宽比的刻蚀、沉积等制造工艺带来了更多的挑战，需要半导体设备厂商推出更为先进的制造设备来进行应对。

△图片来源：泛林集团

但是由于美方的持续打压，这也导致了国产NAND Flash厂商在迈向更高堆叠层数的3D NAND Flash将面临更大的非技术因素的挑战。

随着美国去年出台的半导体新规，以及联合日本、荷兰对于先进半导体设备的对华出口进行了限制，同时YMTC也遭遇了美方的直接制裁，不仅相关生产设备及零部件的获取受到了影响，而且此前购买的一些设备也面临不能交货或无法使用困境。即便是能够切换其他可以采购到的设备，也必然会影响到生产，并且会带来额外的成本。

作为转向CBA架构的领军企业及Xtacking技术开创者，此时YMTC不仅向300层升级发展受限（比如所需的先进的刻蚀设备采购受限），这将意味着难以通过进一步的技术升级来降低3D NAND Flash成本。同时，原有128层以上的继续生产也受限，当下的生存也面临较大压力。如果无法继续采用CBA架构，那么YTMC则需要另辟蹊径，这必然需要带来更大的研发投入和额外的生产设施投资。再叠加近两年来NAND Flash市场的需求和价格的持续下滑影响，对于YMTC带来了极大的成本压力和财务压力。

所幸的是，近期NAND Flash市场开始出现回暖迹象。TrendForce的数据显示，在下半年供应商大幅削减产量后，NAND Flash 现货价格不再出现低价交易，连续数周出现止跌趋势；本周现货市场 512Gb TLC wafer 现货上涨 0.28%，来到1.440 美元。三星近日也被传出将要对NAND Flash涨价8~10%的消息，国内的存储模组厂商也将配合涨价。这对于正处于困境当中的YMTC来说，也正是一个“回血”的机会。

近几年，在YMTC与三星等全球头部的存储厂商的积极竞争之下，成功将2TB的SSD价格从2000元打到了500元。可以说，在市场逆势之下，三星等头部大厂的降价竞争并未打败YMTC，但是来自美方的打压确实是给YMTC带来了非常大的生存压力。而手握Xtacking专利的YMTC在“CBA”的时代能否抗住供应链端的重重挑战和成本压力，应对友商300层以上产品的强力围攻？短期内我们恐怕还不能盲目乐观，先要看下半年存储价格的反弹机会长存是否能把握，毕竟先要生存，然后才能谈后续的发展。

编辑：芯智讯-浪客剑

半导体刻蚀机行业专题报告：国产替代空间充裕

（报告出品方/作者：东海证券，方霁）

1.半导体制造工艺发展不断对刻蚀行业提出挑战

1.1.刻蚀是半导体加工的核心环节之一

（1）半导体加工是指在一个晶圆上完整构造多层集成电路（Integrated Circuit，IC） 的过程。通过一系列特定的工艺，晶体管、二极管、电容器、电阻器等一系列元器件被按照 一定的电路互联并集成在半导体晶片上，封装在一个外壳里，使之能够执行特定功能，这也 就是人们常说的芯片。一般来说，集成电路上可容纳的元器件数目越多，芯片性能就越好。 一个先进的集成电路器件通常包含几十层的复杂微观结构，加工时需要一层一层地建造，总 计可以达到数百至上千个步骤，复杂的结构和步骤需求对半导体加工设备的成功率提出了极 高的要求。

（2）薄膜沉积、光刻和刻蚀是半导体制造的三大核心工艺。薄膜沉积工艺系在晶圆上 沉积一层待处理的薄膜，匀胶工艺系把光刻胶涂抹在薄膜上，光刻和显影工艺系把光罩上的 图形转移到光刻胶，刻蚀工艺是把光刻胶上图形转移到薄膜，去除光刻胶后，即完成图形从 光罩到晶圆的转移。一片晶圆的制造需要数十层光罩，通过不断循环这三个步骤，所有光罩 表面的图形被逐层转移到晶圆上，使其具备所需要的结构和功能，由此可用于后续封装测试。 在每一层的加工过程中，刻蚀工艺、被刻蚀的材料、以及操作深度等都可能有所不同。

1.2.刻蚀工艺方法多样，多种技术路线并行

（1）刻蚀设备是半导体器件加工的上游核心环节之一，上游零组件逐步国产化，下游 晶圆扩产逐步带动国产设备技术进步与占有率提升。1）刻蚀机产业链的上游为各类零件及 系统的生产供应商，主要分为预真空室、刻蚀腔体、供气系统、真空系统四大部分，各个环 节均涉及一定的核心零部件。目前国内已有多家厂商涉足相关核心零件的生产，未来有望实 现全方位的国产替代。2）产业链下游则为半导体器件生产厂商，根据其经营模式可分为 Fabless 模式下的晶圆制造商，及垂直整合模式下的制造商。前者受芯片设计厂商的委托， 提供晶圆制造服务，如台积电、中芯国际等。后者则独立完成集成电路设计、晶圆制造、封 测等全部环节，只有如英特尔、三星等少数大型企业采取此模式。

（2）当前，干法刻蚀占据市场规模的 90%左右，在图形转移中占据主导地位，湿法刻 蚀独具成本优势，二者各有用途、长期并存。刻蚀技术可分为干法等离子刻蚀与湿法化学浴 刻蚀两大类。1）干法刻蚀通常是通过等离子体或高能离子束对晶圆表面进行轰击，包括化 学性的等离子刻蚀、物理性的溅射刻蚀、以及物理化学性的反应离子刻蚀。干法刻蚀能实现 各向异性刻蚀，保证细小图形转移后的高保真性，因此一个完整的干法处理流程通常是器件 设计者的首要选择。2）湿法刻蚀则通过化学试剂与晶圆的接触进行腐蚀，在集成电路的加 工中对小于 3μm 的尺寸难以精确控制刻蚀的形貌，会对设定的线宽造成影响，但湿法刻蚀 在成本、速度等方面更具优势，常用于特殊材料层的去除和残留物的清洗。湿法刻蚀还可以 用于制造光学器件和 MEMS（微机电系统）等领域。

（3）根据被刻蚀的材料不同，刻蚀工艺又可分为介质刻蚀、硅刻蚀和金属刻蚀。在晶 圆加工的流程中，不同的材料被应用于不同部位。对一片晶圆的加工同时涉及到针对多种材 料的刻蚀工艺。对刻蚀设备的选择需要对材料及加工目的进行综合考虑。

在当前的应用中，电容性等离子刻蚀 CCP 与电感性等离子刻蚀 ICP 是最常见的刻蚀技 术，在不同材料领域都有所覆盖。

CCP：能量高、精度低，常用于介质材料刻蚀，诸如逻辑芯片的栅侧墙、硬掩 膜刻蚀、中段的接触孔刻蚀、后端的镶嵌式和铝垫刻蚀等，以及 3D 闪存芯片 工艺（氮化硅/氧化硅）的深槽、深孔和连线接触孔的刻蚀等。

ICP：能量低、精度高，主要用于硅刻蚀和金属刻蚀，如硅浅槽隔离（STI）、锗 （Ge）、多晶硅栅结构、金属栅结构、应变硅（Strained-Si）、金属导线、金属 焊垫（Pad）、镶嵌式刻蚀金属硬掩模和多重成像技术中的多道刻蚀工艺。

（4）在等离子刻蚀的基础上，业内新热点原子层刻蚀（Atomic Layer Etching，ALE） 在先进制程中应用场景广阔，有望成为未来趋势。ALE 是一种新的刻蚀工艺技术，能够将刻 蚀精确到一个原子层（0.4nm），要求刻蚀过程均匀地、逐个原子层地进行，并停止在适当的 时间或位置。其优点在于刻蚀选择性极高，且可以将对晶圆表面的损伤控制到最小。ALE 可 能的应用范围非常广泛，包括要求对硅表面零损坏的界面氧化物刻蚀及鳍状栅（FinFET）相 关刻蚀，要求去除极少量材料的鳍结构和浅槽隔离（STI）结构的修正，要求零残留物的侧 墙式多次成像工艺中的刻蚀等。以 FinFET 为例，随着行业从 10nm 向 7nmFinFET 发展， 鳍片之间的沟槽或间隙将缩小到 10 至 15 埃或 5 个原子宽。较现有技术而言，ALE 可以更 有选择性地去除部分原子，而不损伤周围结构。然而，目前的 ALE 设备距离理想应用仍有 一定距离，并不能完全实现零损坏。此外，其多转换步骤的循环方式造成刻蚀速率极低，这 在生产应用上也是一大弱点。更精确的调控能力、更低的等离子体流能量、更少的循环步骤 等都是 ALE 当前的发展方向。

1.3.先进逻辑与存储芯片技术对刻蚀性能与数量均有提升

（1）逻辑芯片领域，随着先进制程不断发展，栅极宽度越小，加工过程中对刻蚀步骤 的数量需求越高。更小的制程是集成电路研发生产的不懈追求。工艺越先进，晶体管栅极宽度纳米数越小，芯片的性能也将随之提升。当前国际上高端量产芯片从 7nm 向 5nm、3nm 甚至更小的尺寸发展，其核心工艺必须借助刻蚀机的多次刻蚀来实现。据国际半导体产业协 会测算，一片 7nm 集成电路所经历刻蚀工艺 140 次，较 28nm 生产所需的 40 次增加 2.5 倍。此外，更多的步骤、更小的尺寸以及不同的材料对刻蚀机的数量、精度、重复性等都提 出更高的要求。

（2）3D NAND 存储芯片堆叠层数不断增长，涉及的刻蚀步骤繁多，对设备的性能及数 量都提出需求。1）基于 NAND 闪存芯片的产品能够快速处理数据，是当今存储卡、USB、 固态硬盘等数字数据存储方式背后的核心元件。当下主流的 3D NAND 存储是在垂直层面上 增加存储单元，从而倍数扩张晶圆上的单元数量，增大存储容量；2）3D NAND 的构建极大 程度上依赖沉积和刻蚀工艺，无论是已经投入量产的 64 层和 128 层，还是正在研发中的超 300 层 3D NAND，都是增加了堆叠的层数，这对刻蚀设备的深宽比提出了要求；3）在现有 技术下，堆叠层数越高，重复工艺次数越多，沟道孔洞等非重复性节点单次操作耗时更长， 导致部分加工节点对刻蚀设备的需求可随堆叠层数的增加而同比例增长。3D NAND 的技术 发展将为刻蚀设备的需求带来新的增长动力。

（3）高深宽比刻蚀是 3D NAND 生产中的核心难点。在晶圆上交替沉积多层不同材料 形成的薄膜后，刻蚀设备要在其上蚀刻出狭长的垂直孔状结构，形成沟道孔。一片 3D NAND 晶圆上包含数十亿的沟道孔，每个孔的深宽比超过 40：1，即高度约为宽度的 40 倍。在实 际加工过程中，深度不足、上下宽度不一致、通道扭曲等都是常见的技术难点。要实现均匀 一致的沟道孔，生产层数更多的 3D NAND 产品，除芯片设计及加工流程上的改进外，也要 求刻蚀设备在高深宽比（High Aspect Ratio, HAR）特征上的不断提升。阶梯刻蚀则是在整 个 3D 堆叠上的每对介质膜边缘制造出等宽的“阶梯”，是将存储单元连接到器件底部的关键步骤。由于这一过程具有广泛的重复性，所以按严格的工艺控制和高吞吐率进行刻蚀至关 重要。

（4）堆叠层数的增加同时带来了对刻蚀设备数量需求的增长，在沟道孔洞等加工节点， 刻蚀设备用量与堆叠层数呈同比例增加。刻蚀设备的数量在 3D NAND 的生产所需设备中占 比较高，并且随着堆叠层数的增加，刻蚀设备用量不断攀升。以某种 3D NAND 技术路线为 例，在 150 k/月假定产能下堆叠层数由 32 层增加至 128 层，刻蚀设备占比由 34.90%升至 48.40%。就加工节点而言，沟道孔洞、阶梯、狭缝对刻蚀设备的需求受层数影响最大，阶梯 刻蚀的设备用量与堆叠层数完全呈同比例增长关系。除堆叠层升高带来的重复性步骤增加外， 待刻蚀膜厚增加带来的单次刻蚀加工时间延长也迫使工厂采购更多的刻蚀设备以维持产能。

2.受晶圆代工产业波动影响，需求恢复可期

2.1.半导体行业快速增长带动刻蚀设备需求

（1）半导体行业虽具有一定的周期性，但整体仍呈现快速增长态势，以 AI 和 5G 为代 表的技术创新将带来新需求，为半导体行业带来新的增长动力。根据 WSTS 数据，中国半 导体市场销售规模从 2014 年的 913.75 亿美元增长至 2021 年的 1925 亿美元，年复合增长 率为 11.23%。我国对半导体的需求随着信息技术的不断进步和消费水平的不断提高而同步 增长。2021 年，中国市场的半导体销售额占据全球市场总额的 34.6%。在以互联网、大数 据、云计算、物联网、人工智能、5G 等为代表的高新技术产业和战略性新兴产业的快速发 展下，中国及世界范围内对半导体器件的需求仍将不断扩张。

（2）中国刻蚀设备未来市场规模依然可期，短期内面临增速放缓压力。据华经产业研 究院统计，刻蚀设备市场规模在各类半导体设备中增速最高，2011-2021 年年复合增长率达 16.39%，2022 年中国刻蚀设备市场规模为 375.28 亿元，预计 2023 年有望达到 500 亿元， 在全球刻蚀设备增长遇冷的环境下，我国 2023 年刻蚀设备市场增速也有所放缓。根据 Gartner 统计数据，全球集成电路制造干法刻蚀设备市场规模在 2020-2025 年期间发生一定 波动，预计 2025 年市场规模约为 181.85 亿美元，年复合增长率约为 5.84%。但随着集成 电路技术不断发展，对刻蚀设备的性能和数量要求不断提高，以及当下核心设备国产化的主 流趋势，刻蚀行业前景依然可期。

2.2.当前晶圆代工产能扩张放缓，大陆市场有望迎来升温

（1）全球晶圆代工产业进入一定程度的增速放缓时期，预计 2024、2025 两年资本支 出增长率为-2.1%和-9.2%。据 Gartner 统计预测数据显示，全球晶圆代工产业在经历了一段 时间的快速增长后，迎来一定程度的周期波动，产线产能扩张减缓，资本开支投入呈下降态 势，预计 2026 年可能出现温和回升。2022 年，行业内贡献了超半数以上资本开支的台积电 两次宣布下调对当年资本开支的预算，由年初的 440 亿美元减到最终的 360 亿美元。

（2）中国大陆晶圆厂仍处于产能扩张阶段，12 英寸产线扩产空间较大，保障刻蚀设备 需求。据全球半导体观察不完全统计，大陆预计至 2024 年底将建立 32 座大型晶圆厂，包 括正在建设中的晶圆厂 22 座，以及未来中芯国际、晶合集成、合肥长鑫、士兰微等厂商计 划建设 10 座，其中在建或计划中 12 英寸晶圆厂共计 24 座，占扩产比例的 75%。具体产能 方面，大陆目前 12 英寸晶圆月产能 160.7 万片，规划月产能 423.3 万片，现有产能占比 37.96%，8 英寸月产能 99.1 万片，规划月产能 155 万片，现有产能占比 63.94%。长期来 看，12 英寸产线产能扩张空间可观。大陆晶圆代工巨头中芯国际、华虹公司均于三季度宣 布产能扩建计划，体现国内晶圆厂在当前国际环境下逆势扩张的强劲信心。晶圆代工行业扩 产计划的不断推进也为刻蚀设备的需求增长保证了充足空间。

（3）在产能分布方面，成熟制程芯片占七成以上，关注 28nm 及以上刻蚀设备的需求 增长。据 TrendForce 集邦咨询统计，2023-2027 年全球晶圆代工成熟制程（28nm 及以上） 及先进制程（16nm 及以下）产能比重大约维持在 3：1 左右。中国大陆由于致力推动本土 化生产等政策与补贴，扩产进度最为积极，预估中国大陆成熟制程产能全球占比将从今年的 29%成长至 2027 年的 33%。在此背景下，值得关注对 28nm 及以上刻蚀设备的需求增长。

3.寡头垄断格局，国产替代空间广阔

3.1.海外龙头主导刻蚀市场

刻蚀设备市场格局高度集中，海外三大厂商占据总市场份额的 90.24%，呈寡头垄断格 局。2020 年，刻蚀行业前三大厂商 Lam Research（LRCX）、东京电子(TEL)及应用材料 （AMAT）的市场份额分别为 46.71%，26.57%，16.96%。占据前十地位的中国企业包括中 微公司、北方华创、屹唐股份，占比分别为 1.37%，0.89%和 0.1%。就我国本土市场而言， 据智研咨询统计，现阶段中国刻蚀设备国产化率约在 20%左右，较全球份额相比有所提升。 究其原因，海外厂商普遍成立时间较早，在技术经验、客户资源、生态体系等方面均有较深 积累，国产厂商均在千禧年后成立，且主要客户均为国内晶圆厂，经验资源仍然欠缺。但在 当前国内厂商技术研发不断突破、国产替代趋势不断深入，这一寡头垄断格局终将迎来变革。 中国海关进口数据显示，自 2022 年起我国进口刻蚀设备数量有所下降，设备单价逐渐升高， 侧面反应国产刻蚀设备逐渐满足我国晶圆厂的生产需求，在出厂数量和技术水平上均有所提 升。

3.2.高技术壁垒决定高行业集中度

刻蚀设备工艺复杂，行业技术壁垒较高，我国厂商仍有追赶空间。刻蚀设备的研发涉及 等离子体物理、射频及微波学、结构化学、微观分子动力学、光谱及能谱学、真空机械传输 等多种科学技术及工程领域学科知识的综合应用。在高水平刻蚀机的研发生产过程中，核心 know-how 掌握、持续的研发投入与人才积累、多年的实验和实践经验积累、上游优质零部 件供给、下游头部客户评价反馈等因素缺一不可。我国刻蚀设备企业相对创立较晚，面对海 外寡头厂商的技术、经验、资源积累，仍有一定的追赶空间。

（1）刻蚀设备的研发需要持续的资金投入和研究积累。龙头地位的背后往往是持续多 年的研发投入积累。2022 财年，Lam Research 的研发费用为 16.04 亿美元，应用材料的研 发及工程费用为 27.71 亿美元。2022 年度，中微公司的研发费用为 6.05 亿元人民币，总研 发投入（包含资本化支出）9.29 亿元人民币，北方华创的研发费用为 18.45 亿元，总研发投 入（包含资本化支出）35. 66 亿元人民币。对比来看，我国刻蚀设备企业无论在历史投入积 累还是当下研发费用上，都还和海外龙头企业有一定差距。

（2）在先进制程领域，我国刻蚀设备厂商仍有追赶空间。作为半导体产业链上游的核 心环节之一，刻蚀设备的研发设计需要超前于芯片生产。1）逻辑芯片方面，中微公司自 CCP 发家，正处于追赶研发 5nm-3nm ICP 刻蚀设备的阶段，北方华创则专注 ICP 刻蚀，目前 14nm 刻蚀设备已在客户端得到验证并量产，同时于 2022 年首次推出 CCP 刻蚀设备，完善 产品结构；2）存储器刻蚀方面，国内当前仅有中微公司针对 128 层 3D NAND 进行相关研 发，相比之下，国际存储厂商已开发出超 200 层的存储器结构，东京电子（TEL）于 2023 年 6 月宣布已成功开发 400 层堆叠 3D NAND 闪存芯片通孔技术。在长江存储等芯片公司 被列入实体清单的大背景下，国内先进存储刻蚀设备的研发更显得尤为重要。

（3）中国等离子刻蚀设备已打破海外垄断，具备一定的国际竞争力。2015 年 2 月，美 国商务部工业安全局评估中国已有企业有能力量产同等水平的干法等离子刻蚀设备，原出口 管制条例不再具有实际意义，由此取消相关限制。中微公司的介质刻蚀设备已进入台积电 7nm-5nm 生产线，是唯一一家进入台积电产线的国产刻蚀设备生产商。两个案例均侧面证 明我国部分刻蚀机已经达到国际领先水平，可以和海外龙头企业同台竞技。

3.3.Lam Research ：专注刻蚀的海外龙头

（1）专注刻蚀设备研发，外延并购拓展产品平台。Lam Research 成立于 1980 年，次 年推出首款支持 1.5μm 制程的刻蚀设备 AutoEtch，是历史上第一款单晶圆片的等离子刻蚀 机。1997 年前后，公司曾试图拓展产品线，发展 CVD 和 FPD 领域，但由于业务过度分散 化，并未收获预期效果。1998 年，公司将注意力转回到刻蚀领域，至今已先后推出 Kiyo 系 列，Flex 系列，Syndion 系列等行业领先产品。自 2006 年起，Lam Research 多次通过外 延并购方式扩充产品布局，最终奠定其半导体设备龙头地位。公司于 2006 年收购全球最大 高纯度硅元件和组件供应商 Bullen Semiconductor（现为 Silfex, Inc.），2008 年收购全球领 先晶圆清洁和干刻设备供应商 SEZ AG（现为 Lam Research AG），2012 年与以 33 亿美金 与表面沉积公司 Novellus Systems 合并，自此布局薄膜沉积与表面加工业务，2017 年收购 MEMS 自动化软件供应商 Conventor，依靠仿真技术助力设备研发与创新，2022 年公司收 购 SEMSYSCO，拓展其在先进封装领域的清洗和电镀设备组合。

（2）快速布局海外市场，实现全球龙头地位。公司自 1985 至 2000 年期间，先后在欧 洲、韩国、中国大陆、中国台湾、新加坡、日本及印度设立办事处或研发中心，实现美、欧、 亚三洲布局，基本覆盖半导体设备主要市场。如今，亚洲市场已成为 Lam Research 的核心 收入来源。自 2020 年起，中国大陆及中国台湾的收入贡献占比快速增长，超越韩国和日本 成为公司的头号客户市场。受国产替代和地缘政治影响，2023 财年中国大陆收入占比在过 往三年中由 35.13%下降至 25.61%，收入金额也由 2021 财年的 51.38 亿美元下降至 2023 财年的 44.62 亿美元。中国台湾、日本以及美国本土的收入提升使得公司在 2023 财年收入 仍有 1.2%的增长。地域上的多元布局确保公司不必过分依赖单一市场，更有助于公司树立 全球范围内的领导地位。

（3）存储器件相关设备占据主导地位。2019 年，存储相关设备带来的收入占公司总营 收高达 70%，后虽有所回落，但仍占据过半比例。这一方面得益于先进存储器对薄膜、刻蚀 用量较大，且对刻蚀设备的要求越来越高，另一方面也体现公司在存储领域逐步确立的市场 领导地位。

（4）总结 Lam Research 的历史经验可知，注重产品研发，外延并购实现产品互补， 关注海外市场布局，以及对下游应用趋势的判断是刻蚀设备公司成功的关键。对于我国刻蚀 企业而言，1）可加大研发投入以不断推陈出新；2）通过外延并购寻求新的增长动力，关注 可实现产品互补与协同的表面处理、沉积行业，以及可以提升设备水平的工艺流程细分领域； 3）关注全球半导体晶圆代工产业分布，实现多国家布局；4）关注逻辑芯片、存储芯片、先 进制程、成熟制程等细分应用场景，根据下游需求及时调整产品生产研发的重点方向。

4.公司介绍

4.1.中微公司：国产刻蚀设备先进制程领导者

（1）中国半导体刻蚀、MOCVD 设备龙头，客户覆盖海内外知名厂商。中微公司成立 于 2004 年，2019 年成功登陆科创板。公司主要业务是开发加工微观器件的大型真空工艺设 备，包括等离子体刻蚀设备和薄膜沉积设备，其产品覆盖了半导体集成电路制造、先进封装、 LED 生产、MEMS 制造等领域。

1）刻蚀设备方面，公司主要产品关注 CCP 与 ICP 两大技术路线。在逻辑集成电路制 造环节，公司开发的 12 英寸高端刻蚀设备已运用在国际国内知名客户 65 nm 到 5 nm 及下 一代更先进的芯片生产线上；同时，公司根据先进集成电路厂商的需求，持续开发 5 nm 及 更先进刻蚀设备用于若干关键步骤的加工，并已获得行业领先客户的批量订单。在 3D NAND 芯片制造环节，公司的等离子体刻蚀设备可应用于 64 层和 128 层的量产，满足更高 深宽比的刻蚀设备正在研发中。公司主要客户包括台积电、英特尔、联华电子、格罗方德、 海力士、意法半导体、华力、华虹、中芯国际、博世、长江存储、长鑫存储等。

2）MOCVD 方面，设备主要应用于 LED 外延片及功率器件的生产。 用于蓝光 LED 的 Prismo A7®设备已在全球氮化镓基 LED MOCVD 市场中占据领先地位。用于 Mini-LED 生产的 MOCVD 设备 Prismo UniMax®，具有行业领先的高产能和高灵活性的特点，已在领 先客户端开始进行规模化生产。公司 MOCVD 设备的主要客户包括三安光电、晶元光电、华 灿光电、乾照光电、三星、兆驰股份等知名 LED 企业。

（2）充足订单保证短期增长空间，积极扩张产能以填补晶圆厂扩产需求。自 2020 年起，中 微公司合同负债快速增长，2023 上半年度预收销售商品款金额 18.05 亿元，已接近 2022 全 年的 21.95 亿元水平，公司在手订单充足，侧面反应晶圆厂需求旺盛。2020-2022 年，公司 产品生产数量分别为 295 腔、491 腔、708 腔，2021 年增长率为 66.44%，2022 年增长率 为 44.20%。2023 年七月，用于生产 MOCVD 设备的中微公司南昌新厂正式落成启用。预 计在未来两年内，公司将建成共计 45 万平方米的生产和研发基地，面积是当前上海总部的 15 倍。

（3）业绩稳步增长，盈利能力可观。得益于公司产品打磨成熟，市场认可度不断提升， 2018-2022 年间，中微公司营业收入逐年快速增长，增速水平稳步提升。2022 年，公司营 业收入达 47.4 亿元，同比增长 52.51%。利润端方面，公司 2022 年归母净利润 11.7 亿元， 同比增长 15.73%。增速较往年有所下降，主要系 2022 年非经常性损益上年同期减少约 4.37 亿元所致。非经常性损益变动主要包括政府补助减少，以及因股权投资产生的公允价 值变动收益和处置收益较去年有所下降。2022 年扣非后归母净利润为 9.19 亿元，同比增 加约 183.44%，反应公司产品良好的竞争优势。

（4）盈利水平不断提升，费率控制成效显著。2018-2022 年间，中微公司毛利率不断 上升，2022 年达到 45.74%。公司净利率水平总体呈上升态势，在 2022 年的短暂波动后， 2023 年有望继续提升。各项费用方面，公司的销售费用与管理费用得到有效控制，在过去 五年间费率呈不断减少趋势。此外，公司持续加强技术与产品研发投入，研发费率（未计入 资本化研发投入）占比稳定在 12%-13%之间，增强核心技术的积累和新产品的更新迭代的 同时，也提高了公司的市场竞争力。

（5）刻蚀设备仍是主要收入来源，MOCVD 设备收入逐步提升。公司主营业务按产品 可分为专用设备、备品备件、服务收入三大类。专用设备即为公司所生产的半导体加工设备， 其中刻蚀设备收入占比最高，且呈现逐年快速增长态势。2022 年，公司刻蚀设备收入 31.47 亿元，占总收入比重 66%，MOCVD 设备收入 7.00 亿元，占总收入比重 15%。

（6）公司主要关注要素：1）逻辑芯片刻蚀领域，公司产品在 65nm-5nm 芯片生产线 上已得到广泛应用，公司的 CCP 刻蚀设备在国际先进 5nm 芯片生产线及下一代更先进的生 产线上也实现了多次批量销售；2）存储器件刻蚀领域，公司设备已在 64 层、128 层的 3D NAND 生产中得到广泛使用，高深宽比刻蚀已在客户端验证具有刻蚀 60:1 深宽比结构的能 力；3）MOCVD 设备方面，公司 LED 相关 MOCVD 设备已达到国际领先水平，装机量稳步 提升。

4.2.北方华创：半导体加工一体化方案供应商

（1）国内主流高端电子工艺装备供应商，打造平台式一体化布局。1）北方华创由七星 电子与北方微电子战略合并而成，其前身涉及数座老牌国营电子厂的资源整合。公司深耕于 芯片制造刻蚀领域、薄膜沉积领域近 20 年，现已成为国内领先的半导体高端工艺装备及一 站式解决方案的供应商。2）通过内生研发与外延并购，公司业务版图不断扩展。目前，公 司主营半导体装备、真空装备及锂电装备，以及精密元器件业务，为半导体、新能源、新材 料等领域提供解决方案。

（2）半导体设备实现全平台布局，刻蚀方面，公司在国产 ICP 刻蚀技术方面具备领先 地位。1）在半导体工艺装备领域，北方华创的主要产品包括刻蚀、薄膜、清洗、热处理、 晶体生长等核心工艺装备，广泛应用于逻辑芯片、存储芯片、先进封装、第三代半导体、半 导体照明、微机电系统、新型显示、新能源光伏、衬底材料等工艺制造过程，覆盖除光刻外 全部前道工艺；2）刻蚀设备方面，公司于 2005 年推出我国第一台自主研发的干法刻蚀设备，如今在 ICP 领域已具备领先地位，应用于集成电路领域的硅刻蚀机已突破 14nm 技术， 进入主流芯片代工厂。2022 年，公司首次推出 CCP 刻蚀产品，并实现了对硅刻蚀、金属刻 蚀、介质刻蚀全领域覆盖。

（3）半导体相关设备成公司核心收入来源，充足在手订单反应成熟制程扩张趋势。公 司年报显示，2022 年，北方华创 77.99%的收入来自于全资子公司——北京北方华创微电子 装备有限公司，其主要业务为半导体设备。2019-2023H1 期间，公司预收销售商品款稳定增 长，截止 2023 年 H1，公司有在手订单 85.86 亿元，较 2022 全年相比增长 19.27%。旺盛 的订单需求反应下游晶圆厂扩建预期，也保障了北方华创在短期内的业绩增长动力。作为应 对，北方华创积极扩产，其在建工程中的“半导体装备产业化基地扩产项目（四期）”预计 将用于集成电路设备、新兴半导体设备、LED 设备及光伏设备生产。

（4）营收与利润水平快速增长，跨入“百亿级”发展新阶段。2022 年，公司营业收入 达 146.9 亿元，首次迈入百亿级阶段。在当前半导体周期波动背景下，这一提升更体现公司产品实力及合理的产品布局。利润端方面，2022 年公司归母净利润为 23.53 亿元，同比增 长 118.37%，盈利能力增长强劲。

（5）费用把控成效明显，规模效应逐步体现。自 2018 年以来，北方华创毛利率在 36%- 43%之间波动，净利率自 8.5%稳步提升至 20.39%，销售费率稳定保持较低水平，管理费率 与研发费率持续下降。自并购重组以来，得益于公司各项产品趋于成熟，管理水平不断提升， 公司进入低费率、高增长阶段。

（6）公司主要关注因素：1）刻蚀设备领域，公司实现硅刻蚀、金属刻蚀、介质刻蚀的 全覆盖。其中硅刻蚀与金属刻蚀设备均用于集成电路制造，在 200mm 硅片，90-40nm 集成 电路、40-14nm 集成电路、28-14nm 集成电路等领域均有广泛应用。介质刻蚀主要应用于 LED 半导体照明领域；2）在真空及锂电装备领域，北方华创研发的晶体生长设备、真空热 处理设备、气氛保护热处理设备、连续式热处理设备、磁控溅射镀膜设备、多弧离子镀膜设 备在材料热处理、真空电子、新能源光伏、半导体材料、磁性材料、新能源汽车等领域取得 广泛应用；3）在精密电子元器件领域，北方华创研发的石英晶体器件、石英微机电传感器、 高精密电阻器、钽电容器、微波组件、模拟芯片、模块电源等产品，应用于高铁、智能电网、 通信、医疗电子、精密仪器、自动控制等领域，推动元器件向小型化、轻量化、高精密方向 发展。

4.3.屹唐股份：关注刻蚀设备业务拓展及上市进程

（1）收购海外资产，面向全球经营的干法去胶与快速热处理龙头。屹唐股份成立于 2015 年，于 2016 年以约 3 亿美元总价收购总部位于美国硅谷的半导体设备公司 Mattson Technology, Inc.（MTI），由此形成总部位于中国北京，以中国、美国、德国三地作为研发、 制造基地，面向全球经营的半导体设备公司，主要从事集成电路制造过程中所需晶圆加工设 备的研发、生产和销售，面向全球集成电路制造厂商提供包括干法去胶设备、快速热处理设 备、干法刻蚀设备在内的集成电路制造设备及配套工艺解决方案。2020 年，公司获国家高 新技术企业称号。2021 年，公司 IPO 过会并提交注册，目前仍在排队中。

1）Gartner 统计显示公司 2020 年干法去胶设备市占率全球第一，高达 31.29%，国内 市场依然占据绝对领先地位。全球集成电路制造干法去胶设备领域呈现多寡头竞争的发展趋 势，主要参与者包括屹唐股份、比思科、日立高新、Lam Research、泰仕半导体等，其 2020 年全球市场份额分别为 31.29%，25.90%，19.16%，11.93%，5.28%。在中国大陆的干法 去胶市场，屹唐股份依然占据领先地位。2020 年，长江存储通过招投标采购的 27 台去胶设 备中，屹唐股份产品占比为 88.89%；华虹集团通过招投标采购的 11 台去胶设备中，屹唐股 份的产品占比高达 90.91%。公司的去胶设备产品主要客户包括台积电、三星电子、中兴国 际、长江存储、格罗方德、美光科技。

2）快速热处理设备全球市场份额 11.50%，位列第二。根据 Gartner 统计数据，全球前 五大厂商占据快速热处理设备的全球所有市场份额，应用材料与屹唐股份占据其中前两名的 位置，市占率分别为 69.72%和 11.50%。公司在该领域的主要客户包括台积电、三星电子、 中兴国际、长江存储等。

3）刻蚀设备占比较低，仍处于技术追赶阶段，产品已进入头部晶圆厂生产线。公司刻 蚀设备生产销售占比相对较低，2018 年-2021 年 H1 期间，公司刻蚀设备产量占比不足全部 产品产量的 10%，销量占比不足 5%。2020 年，公司共售刻蚀设备 8 台，为报告期内数量最高点，当年全球市占率为 0.10%。产品方面，屹唐股份现有两款刻蚀设备，主要覆盖存储 芯片的制备。2007 年推出 ParadigmE 系列，2020 年推出高选择比刻蚀和原子层级材料移 除设备 Novyka 系列，二者目前均已研发至先进 10nmDRAM 芯片和 256 层 3D 闪存芯片制 造，公司在干法刻蚀领域仍处于追赶国际先进水平阶段。目前，公司刻蚀设备的主要客户为 三星电子和长江存储。

（2）境外收入占比过半，国内收入不断提升。2018-2020 年期间，随着公司业务拓展效果 的显现，中国大陆收入占比有所上升，由 21.12%上升至 42.12%，大陆晶圆厂商对公司产品 的认可度不断上升。

（3）营收与利润增长迅速，净利润水平较行业龙头相比仍有较大提升空间。公司 2020 年 营业收入 23.13 亿元，较去年同期相比增长 46.96%。2021 年上半年度，公司归母净利润 0.95 亿元，是报告期内最高值。2019-2021H1 年间，公司归母净利润水平快速提升，转负 为正，但其数值较中微公司、北方华创等国内半导体设备龙头企业仍有一定差距。

（4）净利率扭负为正，各项费用把控稳定。市场开拓过程中，公司毛利率下降至 33%上下， 但得益于各项费用控制成果显著，2019-2021H1 期间，公司净利率由负转正，达 6.72%。 公司管理费用与销售费用均降至 10%以下，研发费用相对较高，体现公司持续注重研发投 入，关注长期研发技术积累优势。

（5）公司关注因素：1）屹唐股份仍处于 IPO 排队状态，关注上市动态；2）干法去胶及快 速热处理设备龙头，产品可用于 90nm-5nm 逻辑芯片、10nm 系列 DRAM 芯片、 32 层到 128 层 3D 闪存芯片制造中若干关键步骤的大规模量产；3）干法刻蚀领域，推出原子层表面 处理设备，并有相关技术改进研发课题进行中。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。「链接」

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