(报告出品方/作者:浙商证券,鄢凡、曹辉)
一、国产半导体设备先锋,以设备为核心构筑泛半导体平台
1.国有控股半导体设备龙头,四大业务板块布局泛半导体赛道
北方华创由七星电子和北方微电子于年战略重组而成,经过多年内生外延发展,北方华创已经成为我国产品线最全面的半导体设备行业龙头,是当前设备领域国产替代的主力军。
七星电子:公司成立于年,产品包括集成电路制造设备和电子元器件两大类:1)集成电路制造设备包括薄膜沉积设备、清洗机、立式氧化炉等半导体设备,以及光伏设备、锂离子电池设备等泛半导体设备,主要应用于集成电路、太阳能电池、TFT-LCD以及电力电子等行业;2)高精密电子元器件类产品主要应用于包括航空航天在内的特种行业,公司为国内军工电子元器件研发生产的骨干企业。
北方微电子:公司成立于年,重点发展刻蚀机、PVD和CVD三大类集成电路设备,设备市场应用领域涵盖IC制造、先进封装、半导体照明(LED)、微机电系统(MEMS)、功率半导体、光通讯、化合物半导体等应用领域。
北方华创:年两大公司同一实际控制人北京电控启动资产重组,将北方微电子整合为七星电子的全资子公司。年合并之后公司产品种类和应用领域实现较大拓展,在电子装备和电子元器件两大行业不变的前提下,已有业务重新整合划分成半导体设备、真空装备、新能源锂电装备和高精密电子元器件四大业务板块。之后公司于年和年收购美国Akrion和北广科技射频应用技术,强化公司在清洗设备和射频领域的竞争力。公司通过发行股份的方式募集资金/补充流动资金。通过自主研发、战略重组、收购等方式公司逐步搭建起以IC制造设备为核心的泛半导体平台,是当前国内泛半导体设备行业平台型企业。
公司半导体装备、真空装备、新能源锂电装备和高精密电子元器件四大产品线并行,构成平台化布局。公司四大产品线交由公司控股子公司分别承担运营,构成公司主要营收来源。
半导体装备:半导体设备业务以北方微电子的资产及业务为基础,整合公司原有高端半导体装备业务形成,当前主要由子公司北方华创微电子承担。公司21H1营收为24.95亿元,占比69.16%。产品包括刻蚀设备、薄膜沉积设备(PCV、CVD、ALD)、氧化扩散设备、清洗设备、气体测量设备、紫外固化设备、移载传送设备、辅助设备和相关备品备件。产品主要应用于集成电路、光伏电池、先进封装、功率器件、化合物半导体等领域。
真空装备:真空装备业务主要由北京北方华创真空技术有限公司承担,北京北方华创真空技术有限公司是由七星电子工业炉分公司全资注入成立。产品包括钎焊工艺设备、晶体生长设备、热处理工艺设备、烧结工艺设备、磁性材料设备,产品主要应用于真空电子、航空航天、光伏等领域。北方华创并未单独披露真空装备业务营收情况,而与新能源锂电装备业务合并披露,21H1两大业务营收为3.30亿元,占比9.16%。
新能源锂电装备:新能源锂电装备业务由北京北方华创新能源锂电装备技术有限公司承担,北方华创新能源是由七星电子自动化分公司全资注入成立,是一家致力于二次电池设备研发和制造的高端装备企业。新能源锂电装备业务产品包括制浆系统、极片涂布机系列、强力轧膜系列、极片分切机系列、MES管理系统、锂电池整线方案设计等,产品主要用于锂离子电池极片制造和锂电池整线生产。
高精密电子元器件:高精密电子元器件以七星电子为平台,由旗下多家电子元器件生产单位整合而来,当前由七星华创精密电子科技有限责任公司承担,公司21H1营收为7.73亿元,占比21.43%。产品包括电源模块、晶体器件、精密电阻器、微波组件、钽电容器。产品广泛应用于铁路交通、自动控制、精密仪器仪表等领域。
公司股权结构相对集中,北京电控为实际控制人,公司为国有控股企业。北京电控直接持有公司10.47%的股份,并通过全资子公司七星集团间接持有公司35.89%的股份,合计持有股份46.36%。而北京电控由北京市国资委实际控制,因此公司为国有控股企业。国际集成电路产业投资基金股份有限公司持有公司7.92%的股份。公司四大产品线主要交由北方华创微电子、北方华创真空和七星华创精密三家控股子公司运营。
2.营收和利润加速增长,合同销售存货季度环比持续提升彰显在手订单充足
公司历史营收表现出稳定增长态势,年和年之后分别呈现营收加速趋势。-年七星电子尚未与北方微电子重组,该阶段中公司营收增速相对迟缓,CAGR为0.89%,主要由于下游设备投资趋缓,设备类业务收入同比下滑。年起公司营收增速提升,-年CAGR为17.07%,主要由于两家公司战略重组成功,推出北方华创新品牌,公司在半导体设备市场份额提升。年公司营收增速进一步提升,-年公司CAGR为22.14%,主要由于半导体设备国产化替代浪潮掀起,公司作为设备行业龙头充分受益。
前三季度公司营收增长进一步提速,主要系下游几大业务线景气度共振。前三季度公司营收达61.73亿元,超越去年全年营收,同比提升60.95%,高增长态势持续,主要得益于电子装备和电子元器件两大核心业务的高速成长。上半年中电子装备业务营收为28.26亿元,同比提升63.83%,业务收入占比78.32%,主要系下游晶圆厂和封测厂加速扩产,同时光伏行业景气度较高,带来泛半导体设备需求量大幅提升;电子元器件业务营收为7.73%,同比提升75.28%,主要系下游特种行业景气度较高以及公司推出高精尖新品。
半导体设备业务为公司主要营收来源,但电子元器件业务贡献主要利润。公司年报将营收拆分成电子装备业务和电子元器件两大产品线,但三大子公司分别承担半导体设备、真空和锂电装备以及精密电子元器件业务线,子公司收入和利润体量可以更细致地反映出不同产品线经营趋势。
收入端:半导体设备营收占大头且贡献主要营收增速。年半导体设备营收41.55亿元,营收占比高达68.9%,且-年营收CAGR达到44.60%,是公司收入增长核心驱动力。相较之下,元器件和真空设备收入占比为19.3%和11.8%,-年营收CAGR分别为34.32%和20.33%。
利润端:电子元器件贡献60%以上利润。半导体设备和真空设备净利润占比较小,年分别为27.95%和10.84%。相较之下,电子元器件虽然营收体量小,但利润占比高,年达到61.21%,为公司主要净利润来源。电子元器件收入占比较小,但利润占比较高的主要原因是由于部分电子元器件应用于自动控制等特种行业领域,且近年来公司不断推出毛利率更高的高精尖新品,因此电子元器件毛利率较高且呈上升趋势,H1达到73.32%,贡献了主要的利润。
公司毛利率在40%左右,净利率在10%左右,电子元器件产品部分用于特定领域毛利率高。
1)整体上看,-年公司毛利率在35%-41%之间波动;净利率水平较低,仅在7%-13%之间波动,主要系研发费用和管理费用率较高,前三季度研发和管理费用率占比合计达24.6%。21Q3单季度公司毛利率为37.83%,环比下降7.68pcts,主要系公司半导体设备出货较多,而半导体设备相较电子元器件毛利率较低,另外公司在21Q3加大研发投入,开发支出达33.13亿元,较上半年增加7亿元。
2)分业务毛利率来看,电子装备业务毛利率位于30%-40%区间,21H1为34.90%。而电子元器件产品部分面向特种领域,且不断推出高精尖新品,毛利率较高,21H1毛利率高达73.32%。
3)分业务净利率来看:半导体设备和真空设备净利率偏低,21H1分别为2.67%和10.69%,且该部分业务有较高的政府补贴,因此扣非净利润有可能亏损。根据年公司年报披露,锂电设备净利润为负,净利率为-17.57%(年以后未单独披露锂电设备净利润情况)。公司电子元器件产品主要应用于包括航空航天在内等下游领域,且由于公司不断推出高端新品,业务毛利率较高且有进一步提升的趋势,21H1达到73.32%,由于精密电子元器件研发投入较多,电子元器件净利率约35%,但仍远高于半导体设备和真空设备净利率。
公司期间费用率多在30%-40%之间,随着经营规模扩大期间费用率略有下滑。-年公司期间费用从9.47亿元上升至18.32亿元,其中-年公司股权激励费用分别为0.17/0.33/3.09亿元。但公司期间费用率仍从42.61%下滑至30.25%,前三季度继续下滑至30.02%。公司期间费用率整体呈下滑趋势主要原因系公司经营规模快速扩大拉低费用率,反映了公司经营效率的提升。
高研发费用率下公司利润承压,营收提升以及政府补助为公司利润恢复增长主因。-年归母净利润和扣非归母净利润整体呈下滑态势,主要由于营收增长迟缓,以及研发费用率较高。年研发费用率从4.85%大幅提升至36.06%,但同年公司获得3.78亿元政府补助,部分抵消了研发费用率上升带来的影响。扣除政府补助等非经常性损益之后同年归母净利润仍为负值。-年公司归母净利润保持稳定增长,主要得益于公司营收大幅提升、获得高额政府补助以及研发费用率逐步下滑。公司扣非归母净利润回正并稳步提升。前三季度公司归母净利润达6.58亿元,同比提升.57%;扣非归母净利润5.25亿元,同比大幅提升.95%,利润端表现进一步改善。
以销定产模式下,公司合同负债和存货增长彰显在手订单充足。21Q3公司合同负债达到47.43亿元,较上半年增加7.6亿元;21Q3存货71.61亿元,较上半年增加4.47亿元。公司采用以销定产的生产模式,收到客户订单之后再根据客户要求进行定制化生产,公司库存商品经过客户验收之后形成公司收入。因此合同负债和存货增加反映公司在手订单充足,订单趋势向好,未来业绩释放值得期待。
3.持续投入高额研发,股权激励留住高端人才
半导体设备行业具有极高的技术壁垒,因此每年的研发投入是半导体设备行业最主要的费用来源,ASML、AMAT和LAM等海外巨头每年研发投入都在10-20亿美元,ASML甚至在年超过了25亿美元,相较之下,北方华创研发投入为3亿美元,绝对数值上比海外巨头低很多,但研发投入占比却远高于海外巨头(北方华创高于20%,海外巨头多在10%-15%之间),这主要由于公司前期经营规模较小,研发投入未能很好的被营收摊薄。未来随着北方华创设备规模提升,研发投入占比将逐步向海外巨头靠拢。
公司研发投入中部分进行资本化处理,资本化比例相对较高,避免了短期对利润造成过大压力。公司毛利率水平仅30%-40%,而研发投入占比高达25%-30%,因此,高额的研发投入对利润造成较大侵蚀。为此公司在研发投入处理中进行了一部分资本化操作(/年资本化研发投入占总研发投入比例为62%/65%)。新会计准则中企业研发支出资本化需要满足一定条件并给出相应证明,包括开发具有技术可行性、以使用和出售为主要意图、存在相应的市场、有足够的资源支持开发完成、开发支出可以可靠计量等,也即进行资本化处理的部分已有一定的技术和市场支持,开发成功并投入市场的可能性较高。
公司研发投入数额高,将部分满足资本化条件的研发支出进行资本化处理可以避免高额研发投入导致企业利润大幅度缩水的情况,有助于维护企业融资能力,助力企业创新。研发资本化投入转为无形资产进行摊销,-年无形摊销费用占营收比例不断降低,从6%降至3%,21H1无形资产摊销费用为1.18亿元,占总营收比例为3.3%,未来随着收入体量提升,摊销费用占比影响会逐渐减小。
公司研发团队超千人,研发实力位居A股半导体企业前列。-年公司研发团队规模保持在千人以上,年研发人员高达人,同比增加人。公司员工中本科及以上学历达50.73%,整体研发实力强劲。随着公司经营规模扩大公司研发团队也不断壮大,为公司发展提供创新力量支撑,加快公司产品技术迭代。(报告来源:未来智库)
公司推行股权激励计划,将员工利益与公司利益深度绑定,留住高端人才,提高员工积极性。、年公司进行了两轮股权激励。
1)激励对象/获授股票期权/行权价格:年所公布的激励方案中,共计人获授万份股票期权,行权价格为35.39元/股,预计产生期权成本共计万元。年所公布的激励方案中,共计人获得万份股票期权,共计88人获授万份限制性股票,行权价格分别为69.20元/股和34.60元/股,预计产生期权成本共计2.30亿元(-年公司股权激励费用分别为0.17/0.33/3.09亿元)。
2)行权条件:行权年度设置业绩考核目标,要求该年度营收基于公告时间上一个完整年度年均复合增长率≥25%、EOE(净资产现金回报率)≥12%;研发支出营收占比不低于8%,专利申请不低于件。期权的行权条件达成,则激励对象按照计划规定行权。
公司期权激励方案覆盖近名核心技术骨干和管理人员,大大增强了优秀人才的凝聚力,为公司经营业绩的持续增长提供了有力的人才保障。
公司定增85亿元用于半导体装备前沿技术的开发以及半导体装备和电子元器件产业化能力的快速提升。年4月公司发布非公开发行股票预案,8月24日获得证监会核准批复。公司本次定增募资计划投入“半导体装备产业化基地扩产项目(四期)”、“高端半导体装备研发项目”和“高精密电子元器件产业化基地扩产项目(三期)”的建设。未来半导体设备和电子元器件扩产项目达产后产品放量,两大业务营收和利润有望提升。同时公司加码高端半导体装备的研发也有助于强化在该领域的竞争优势。
半导体装备产业化基地扩产项目(四期):项目新建生产厂房、生产测试楼、原材料库等,产品为集成电路设备(包括刻蚀设备、薄膜沉积设备、立式炉设备、清洗设备、退火设备及外延设备等)、新兴半导体设备、半导体照明(LED)设备和光伏设备。项目完全达产后,预计年平均销售收入为74.60亿元,项目达产年平均利润总额8.07亿元,财务内部收益率为16.21%(税后)、总投资静态回收期为7.09年(含建设期)、动态回收期为10.25年(含建设期)。
高端半导体装备研发项目:改造研发实验室,购置研发用设备及软件,开展下一代高端半导体装备产品技术的研发,包括先进逻辑核心工艺设备、先进存储核心工艺设备、先进封装核心工艺设备、新兴半导体核心工艺设备、Mini/MicroLED核心工艺设备和先进光伏核心工艺设备。项目投资周期为5年。
高精密电子元器件产业化基地扩产项目(三期)。在马坊精密元器件产业基地内建设两栋生产厂房及相关配套设施,新建面积平方米,并购置实验及生产运营设备。项目预计形成量产22万只高精密石英晶体振荡器和0万只特种电阻的生产能力。项目完全达产后,预计达产年年平均销售收入为4.43亿元,项目达产年平均利润总额1.33亿元,财务内部收益率为13.20%(税后)、总投资静态回收期为7.80年(含建设期)、动态回收期为11.23年(含建设期)。
二、全球设备景气度持续向好,本土设备厂商充分受益于国产替代
1.全球代工厂上修Capex,本土晶圆厂加速扩产
代工龙头产能利用率及资本支出维持较高水平。据Gartner预测,年全球半导体资本支出将达亿美元,同比增长28.4%。自20Q3全球晶圆厂产能紧张以来,产能利用率基本维持在%以上,全球主流晶圆厂均大幅提升年资本支出,TSMC将年资本支出从-亿美金上修至亿美金,UMC也将年资本支出从15亿美金上修到30亿美金,SMIC和华虹年资本支出分别预计达43/14亿美元。
北美及日本半导体设备出货额不断创历史新高。1)北美:年以来半导体设备出货额突破30亿美元,9月份出货额小幅升高达37.2亿美元,为本年单月次高水准,年前三季度半导体设备出货额同比增长47.3%。2)日本:年5月份达到0亿日元高峰后略有回调,目前依旧保持在亿日元高位,年前三季度半导体设备出货金额同比增长29.2%。3)SEMI预估年全球半导体设备销售总额将达到亿美元,同比提升34%;根据SEAJ数据,上半年全球半导体设备出货额达亿美元,同比+49.8%,预估21Q3出货额达亿美元,同比+39%,同时SEMI预计年设备市场有望突破0亿美元大关。
中国大陆设备出货金额持续提升,21Q2占比位居全球第一。从18Q1到21Q2,全球半导体设备销售额(季度)从.9亿美元提升至.7亿美元,中国大陆市场占比从15.54%提升至33.03%,大陆设备销售额不断增加。Q2、Q3、Q4中国大陆设备市场规模位居全球第一,进入年,全球存储需求复苏,半导体设备市场规模快速扩大,21Q1韩国设备销售额占比领先全球,但在21Q2,中国大陆反超韩国,设备季度出货金额达82.2亿美元,占比位居全球第一。
中国半导体设备进口额保持同比正向增长。根据中国海关总署数据,自年以来,中国半导体设备进口额保持每月同比增加,年9月中国进口半导体设备金额为26.8亿美元,同比+10%,虽然自年7月以来增速有所放缓,但国内半导体设备整体展现高景气度。
国内代工和存储厂商扩产力度持续,国内设备需求季度环比提升。根据各公司所发布的公开信息,长存、长鑫、中芯国际、华虹、士兰微等存储、代工及IDM企业持续推进产能扩张,将带来半导体设备需求持续提升。
2.全球封测自20Q3迎来行业拐点,本轮缺货行情加剧产能紧张
封测行业具有重资产属性,我们通过日月光、安靠、长电科技、通富微电和华天科技全球5家主要封测厂的存货周转天数、固定资产周转率、资本支出、营收与毛利率的综合对比发现,本轮高景气行情仍在持续。
封测从20Q3迎来行业拐点。封测行业整体呈上升趋势,年为行业低谷期,年年中行业迎来拐点,年疫情影响全球封测厂开工率,但自20Q3开始,中国大陆疫情好转带来下游需求复苏,全球主要厂商营收稳步上升,整体同比增速保持20%以上。平均毛利率和净利率持续上行,达到两年来的最高点,21Q2全球主要封测厂毛利率净利率分别环比增长2.4pcts和3.9pcts。平均存货周转天数自20Q2开始持续下降,固定资产周转率维持高位。
受益于本轮芯片缺货与产能紧张,大陆封测厂业绩表现良好。本轮缺货行情自20Q3起,下游订单增多带来芯片供不应求,封测产能持续紧张,大陆封测厂商业绩持续向好,21Q2长电科技/通富微电/华天科技分别实现营收71/38/30亿元,同比分别提升13%/53%/49%,环比也均有提升,同时产品涨价和产能利用率提升带来毛利率提升。
封测与代工是上下游的关系,二者景气度具有强相关,代工拉动封测景气度持续。从中国台湾月度晶圆代工销售额来看,年6月晶圆代工销售额明显环比提升,表明代工资本支出加大,扩产仍在进行,封测产值仍将相应上行。另外,封测主要厂商也纷纷对未来景气度表示看好,日月光21Q2法说会表明,21H1实现营收亿新台币(50%为封测),同比+20%,产能持续紧缺,长约已签至年,预计明年毛利率创造历史新高,年才有望达到供需平衡;安靠预计21H2产能利用率基本满载,收入、利润将进一步创历史记录。
封测设备龙头厂商订单充足,BB指标维持高位。一般而言,封测景气周期来临前封测厂商会购买设备扩产,ASMPacific全球最大的封测设备厂商,订单金额自20Q3起逐步上升,订单出货比例(Book-to-Bill,BB指标)在20Q3达到1.06后,连续4个季度保持1以上,在21Q1达到1.8,反映大厂持续采购封测设备,封测景气度高涨。21Q2订单金额环比有所回落,但BB指标仍然为1.59高水平,封测景气度仍在持续。
大陆主要封测厂纷纷扩产。大陆封测厂商纷纷定增扩产,长电科技年8月定增50亿元,主要用于年产36亿颗高密度集成电路及系统级封装模块项目和年产亿块通信用高密度混合集成电路及模块封装项目;通富微电年11月定增33亿元,主要用于封测二期、车载品智能封测及高性能处理器封测等项目建设。大陆主要封测厂商并未披露资本支出,我们用投资性现金流中的购建固定资产、无形资产和其他长期资产支付的现金替代,该项指标自20Q3以来整体呈环比上行趋势。
3.光伏等新能源上游扩产增多,光伏设备量价齐升
从硅料到光伏组件,对应核心设备为还原炉、单晶硅直拉炉、切片机、电池片设备及组件自动化设备等,根据CPIA数据,年中国地面式光伏成本中设备占比达12%。
受益于光伏装机需求不断提升,上游硅料扩产增多。根据硅业分会统计,年全球光伏装机量为GW左右,年预计达~GW。根据CPIA统计,中国光伏新增装机量自年来持续上升,预计年达58GW,年全国多晶硅产量达34.2万吨,预计到年我国多晶硅年产量达到万吨。同时,国内光伏厂商积极扩产,通威发行可转债募资,用于乐山二期高纯晶硅项目、包头二期高纯晶硅项目和15GW单晶拉棒切方项目的建设;隆基发行可转债募资79亿元,主要用于西咸乐叶年产15GW单晶高效单晶电池项目、宁夏乐叶年产5GW单晶高效电池项目。
电池片技术升级带来光伏设备价值量提高。单晶电池相较多晶电池的产品效率更高,主要应用PERC技术,所需单晶炉等设备价值量也更高。根据CPIA数据,年,新建量产产线仍以PERC电池产线为主,随着PERC电池片新产能持续释放,PERC电池片市场占比进一步提升至86.4%。
国内光伏设备厂受益于高景气行情。捷佳伟创年2月发布定增公告,拟募集25亿元,其中10亿元用于建设新型电池湿法设备和薄膜CVD基地建设,两年后达产,每年将新增20GWPERC+新型电池湿法设备,新增20GWHJT湿法设备及薄膜CVD。其中3.3亿元用于建设HJT电池镀膜设备产线,2年后达产,年新增50套;中环半导体宜兴大硅片二期项目于年1月启动,需要进口和国产设备分别为52/50台,同时拟启动天津扩产和内蒙古扩产项目,晶盛机电为中环核心设备供应商且持有中环领先10%股份,将充分受益于下游扩产。
4.国产设备厂商季度收入同比增长加速,合同负债和存货创历史新高
年以来国内设备厂商季度营收维持同比高增长趋势,高景气行情下在手订单充足。在下游晶圆厂加速扩产情况下,国内厂商一方面季度营收同比增速不断加速,一方面存货和合同负债不断增多,反映在手订单充足。我们统计北方华创、中微公司、至纯科技、华峰测控和芯源微五家国内主要设备厂商数据,合计季度营收同比增速在21Q2达到71.4%,同时进入年来,五家积极备货、预收款大幅增加,截止21Q2合同负债合计达57.8亿元,存货合计达.7亿元,分别同比大幅增加71.5%/47.6%,在手订单充足反映高景气行情。
三、内生外延覆盖多产业线,平台化布局优势显著
1.国内产品品类和应用领域覆盖最广的半导体装备旗舰平台
公司平台化布局主要表现在泛半导体多赛道平台化布局和IC设备多品类平台化布局。
1)公司覆盖多产品线,形成四大业务板块布局。公司以IC设备制造为核心延伸至电子元器件、真空、设备锂电装备业务。早在战略重组之前,七星电子便开启了平台化建设之旅。公司早期业务包括IC设备制造、混合电路和电子元器件,其中设备制造业务主要面向半导体设备行业,在此基础上延伸到太阳能电池、TFT-LCD、MEMS等行业。而混合集成电路和电子元件主要为包括航空、航天在内的军工行业提供系列配套产品。战略重组使得公司产品线布局更加广泛,主要业务包括电子装备和电子元器件两大类,划分为半导体设备、真空设备、锂电设备和高精密电子元器件四大业务板块。(报告来源:未来智库)
2)公司单一产品线品类丰富,形成丰富而有竞争力的产品体系。以半导体设备产品为例,公司已研发并生产刻蚀机、PVD、CVD、ALD、氧化/扩散炉、退火炉、清洗机、紫外固化等半导体设备。近年来前瞻布局第三代半导体,已经形成SiC生产设备。公司目前已经形成从长晶炉到刻蚀、溅射、退火氧化炉在内的丰富产品线,已经和三安光电、台积电、中芯国际国内龙头企业展开合作。与国内企业相比,公司是国内产品品类布局最广泛的半导体设备企业。相比之下,海外巨头应用材料在氧化扩散、刻蚀、薄膜沉积、抛光、检测领域均有广泛布局,而国内其他公司目前仅在某些单一设备领域有较强竞争力,例如中微的刻蚀设备和MOCVD设备,以及盛美的清洗和电镀设备,至纯的清洗设备。
2.半导体设备:刻蚀、薄膜沉积和氧化扩散三大核心产品线加速迭代放量
半导体设备主要由北方华创微电子负责,北方华创微电子由原七星电子的半导体装备相关业务与原北方微电子的全部业务整合而成。公司产品涵盖:等离子刻蚀(Etch)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、氧化/扩散、清洗、退火等半导体工艺装备;平板显示制造装备和气体质量流量控制器等核心零部件。其中刻蚀设备、薄膜沉积设备和氧化扩散设备为近年来公司业务增长引擎。
(1)刻蚀设备:重点布局硅刻蚀和金属刻蚀,年ICP刻蚀累计交付超过0腔
干法刻蚀为主流的刻蚀技术。等离子干法刻蚀技术是利用等离子体进行薄膜微细加工的技术。在典型的干法刻蚀工艺过程中,一种或多种气体原子或分子混合于反应腔室中,在外部能量作用下(如射频、微波等)形成等离子体,干法刻蚀技术由于具有良好的各向异性和工艺可控性已被广泛应用于微电子产品制造领域。
等离子体刻蚀设备市场增长迅速,年预计达到亿美元。小线宽下采用多重模版工艺,3D结构下增加叠堆层数等因素使得制造过程中刻蚀次数增加,对刻蚀的要求也提高,刻蚀设备市场需求持续提升。据Gartner21Q2数据,19-22年全球刻蚀设备市场预计从亿美元提升至亿美元,CAGR为15.95%,其中年预计达到亿美元。细分产品来看,年CCP市场规模约48亿美元,ICP市场规模约76亿美元。近年来线宽下降,线宽控制和精度要求提升,ICP相较CCP优势明显,占比提升。
市场高度集中,国外寡头垄断刻蚀设备市场,北方华创在大陆刻蚀市场保持领先。根据Gartner统计数据,年,前三大厂商泛林半导体、东京电子及应用材料合计占有全球干法刻蚀设备领域90.24%的市场份额,市场高度集中。而在国内,北方华创在大陆刻蚀设备市场份额排名前五,国内厂商仅次于中微。凭借在等离子体控制、反应腔室设计、刻蚀工艺技术、软件技术的积累与创新,北方华创微电子在集成电路、半导体照明、微机电系统、先进封装、功率半导体等领域可提供高端装备及工艺解决方案。形成了对硅、介质、化合物半导体、金属等多种材料的刻蚀能力,其中应用于集成电路领域较先进的硅刻蚀机已突破14nm技术,进入主流芯片代工厂,其余各类产品也凭借其优异的工艺性能成为了客户的优选。
北方华创在刻蚀机领域保持国内领先,主要专注于硅刻蚀和金属刻蚀。公司刻蚀机关键设备达到28nm制程,硅刻蚀机、金属刻蚀机处于14nm工艺验证阶段。年公司8英寸铝金属刻蚀机进入代工厂产线,打破了8英寸刻蚀机被国际厂商长期垄断的局面,同时公司推出12英寸TiN硬掩膜刻蚀机,可应用在28-14nm逻辑制程中。公司刻蚀机通过国内多家龙头厂商的验证,得到大规模应用,年ICP刻蚀机累计交付超过0腔,进入中芯绍兴、华虹等公司产线。
公司年刻蚀设备订单持续向好,进入华虹、中芯和积塔等主流厂商供应体系。根据国内主要晶圆厂商招标数据,截止年10月份北方华创共获得16个刻蚀设备订单,客户包括华虹宏力、华虹无锡、中芯(绍兴)等,公司刻蚀设备订单销售情况良好。
(2)薄膜沉积设备:CuBSPVD打破AMAT垄断,下游新客户加速导入
薄膜沉积指通过物理或化学等方在基片上沉积各种材料的过程,常见的有物理气相沉积(PVD)、化学沉积(CVD)及原子层沉积(ALD)等各种方法。据MaximizeMarketResearch数据,~年全球薄膜沉积设备市场规模CAGR为11.2%,年达亿美元,其中PECVD、ALD及溅射PVD为最主要设备,合计占比达63%。
制程从亚微米、90nm进步到45nm及以下过程中,薄膜密度和纯度不断提高,PVD及CVD设备不断进步。PVD分为真空蒸镀和溅射镀膜设备,初期以真空镀膜为主,工艺相对简单,溅射镀膜可制备更均匀致密的薄膜,并且纯度更高;CVD设备从用于亚微米的低压化学气相沉积(LPCVD)发展到主要用于90nm及以下的等离子增强化学气相沉积(PECVD),再到可用于14/7nm等先进制程的原子层沉积(ALD),ALD为PECVD的改进,成本更低、纯度更高,广泛应用于CMOS器件、存储芯片、TSV封装等领域。
目前薄膜沉积设备市场为国外垄断。国外厂商在设备领域布局较早,技术积累深厚,目前占据主要市场份额。根据Gartner数据,年全球CVD市场CR3占比为70%,均为国外厂商,PVD市场应用材料一家独大,占比约85%。
北方华创PVD工艺国内领先。公司自主研发13款PVD产品,其中自主设计的exiTinHTiN金属硬掩膜PVD是国内首台专门针对55~28nm制程的12寸金属硬掩膜设备,实现国产28nm后端金属硬掩膜的突破;公司28nm的TiNHardmaskPVD进入国际供应链体系,目前制程进步到14nm;公司14nmCuBSPVD于年开始研发,并于年初进入长江存储的采购名单,成功打破AMAT的垄断。
北方华创CVD设备同时覆盖功率、光伏等,实现多领域布局。目前LPCVD设备部分产品在国内SMIC先进工艺生产线实现突破,PECVD设备主要用于光伏电池片等生产,大幅节约电能成本。如HORISPA管式PECVD设备单台可满足MW之类以上的产能需求。
(3)氧化/扩散设备:立式炉产品具有独特优势,市场订单量大幅提升
氧化(Oxidation)是将硅片放置于氧气或水汽等氧化剂的氛围中进行高温热处理,在硅片表面发生化学反应形成氧化膜的过程,是集成电路工艺中应用较广泛的基础工艺之一。氧化膜的用途广泛,可作为离子注入的阻挡层及注入穿透层(损伤缓冲层)、表面钝化、绝缘栅材料以及器件保护层、隔离层、器件结构的介质层等等。扩散(Diffusion)是在高温条件下,利用热扩散原理将杂质元素按工艺要求掺入硅衬底中,使其具有特定的浓度分布,达到改变材料的电学特性,形成半导体器件结构的目的。
在硅集成电路工艺中,扩散工艺用于制作PN结或构成集成电路中的电阻、电容、互连布线、二极管和晶体管等器件。退火(Anneal)也叫热退火,集成电路工艺中所有在氮气等不活泼气氛中进行热处理的过程都可称为退火,其作用主要是消除晶格缺陷和消除硅结构的晶格损伤。为了使金属(Al和Cu)和硅基行成良好的基础,以及稳定Cu配线的结晶结构并去除杂质,从而提高配线的可靠性,通常需要把硅片放置在惰性气体或氩气的环境中进行低温热处理,这个过程被称为合金(Alloy)。
北方华创立式氧化炉具备独特优势。随着集成电路制造工艺要求的提高,特征尺寸不断缩小,对高端集成电路工艺处理设备的需求也越来越强烈。相比较传统炉管设备,立式氧化炉具备其独特优势:高效生产性能,高精度温度控制性能,良好成膜均匀性能,先进颗粒控制技术,完整的工厂自动化接口等。
立式炉产品市场开拓顺利,年氧化扩散设备订单同比大幅提升。THEORIS立式炉产品目前拥有氧化、退火、化学气相沉积、原子层沉积四种工艺系列,具备高精度温度控制能力、严格的金属污染控制能力以及稳定的传输控制能力。年,THEORIS立式炉产品第台出厂交付。截止年10月份,氧化扩散已中标37台,接近去年全年中标数量,主要客户包括武汉新芯、浙江创芯、长江存储、华虹无锡等。
3.真空装备:推进高端真空装备研发,成功进入国际供应链体系
真空装备业务主要由北京北方华创真空技术有限公司承担,北京北方华创真空技术有限公司是由七星电子工业炉分公司全资注入成立,公司拥有真空热处理设备、气氛保护热处理设备、连续式热处理设备和晶体生长设备四大类产品,广泛应用于新能源、新材料、真空电子、航空航天和磁性材料等领域。
北方华创真空年之前属原电子部厂(国营北京建中机器厂),上世纪60年代就为国内多条电子管生产线提供真空炉、氢气炉、排气台等核心工艺装备,奠定了中国真空电子管制造产业的基础。90年代北方华创真空曾是中国主要的彩色显像管制造装备研制企业,所生产的排气炉、退火炉、封接炉、老练等40余种关键设备大批量替代进口,对中国彩色电视机国产化贡献卓著。90年代中后期,随着国家电网的升级换代,真空开关替代传统油开关,北方华创真空为真空开关管企业研制了陶瓷金属化烧结炉及一次封排真空钎焊炉等核心设备,成为中国先进的真空开关管装备供应商。
0年以后,随着光伏行业的发展,北方华创真空又开始研发光伏行业用的单晶炉产品,目前已成为国内主要的单晶炉制造企业之一,所研制出的具有大装炉量、高自动化程度特性的单晶炉,为全球先进的单晶硅材料制造商西安隆基提供了绝大部分产能供应。此外,随着磁性材料行业的发展,公司开发的真空速凝炉(甩带炉)、氢化炉、真空烧结炉等,性能均处于国内外同行先进水平。几十年来,北方华创真空公司一直担当着中国高端真空装备研发和制造先进企业的角色,为中国高端装备的国产化做出了卓越的贡献。
公司真空装备应用在真空电子、新材料、磁性材料、航空航天和光伏PV多个领域。
真空电子:真空电子器件包括电子管、微波管、X射线管等有源器件和真空灭弧室等无源器件,广泛应用于广播通信、电力电子、雷达导航、医学诊断治疗等领域。其中真空灭弧室作为中高压电器设备的核心部件,决定着电网的性能。北方华创自主研发的VBE系列一次封排炉、HSF系列金属化烧结炉已正式进入真空灭弧室主流制造商并持续获得批量订单。VBE系列真空钎焊炉进入南亚市场,并获得跨国公司西门子订单,成功进入国际供应链体系;VBV系列真空钎焊炉获得法国客户订单,正式进军欧洲市场;北方华创VBE系列真空钎焊炉已被国内真空弧室先进企业作为指定工艺装备供应商,并形成战略合作关系。
新材料:随着科技技术发展,人们在传统材料的基础上,根据现代科技的研究成果,开发出新材料。新材料包括高强钢筋、特种玻璃、稀有金属材料、稀土功能材料、复合材料、太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料等。北方华创开发VS系列真空烧结炉、HS系列气氛烧结炉应用于高端储能材料、VB系列真空钎焊炉应用于光电子材料、真空烧结炉应用于光电探测材料,氢气烧结炉、CPF系列推板炉应用于关键电子材料和新型功能陶瓷材料,真空烧结炉、氢气烧结炉、真空热处理炉、辊道炉应用于新型金属功能材料,为客户提供完善的工艺设备解决方案。(报告来源:未来智库)
磁性材料:磁性材料是电子工业的基础功能材料,分为铁氧体、稀土钕铁硼和其他磁性材料等,主要应用于风电、电子、计算机、通讯、医疗、家电、军事等领域,而钕铁硼磁性能位于多种磁性材料前列,数倍于铁氧体。特别是高性能钕铁硼,可以在满足较高磁性能要求的前提下,更高程度地实现小型化、轻量化。伴随新能源汽车和机器人工业的发展带来的需求增长,高性能钕铁硼材料有望迎来黄金发展期。在磁性材料领域,北方华创自主研发的MME系列真空速凝炉(甩带炉)、CVS系列连续式真空烧结炉、氢化炉等产品已获得国内多家磁性材料领域知名客户的认可和批量订单,为高性能钕铁硼材料的制造提供工艺解决方案。
航天航空:航空航天制造业的发展是当今高科技的综合利用,是集现代科学技术成果之大成,其发展水平标志着国家高端制造技术水平,对整个装备制造业的发展起着引领作用,而航空发动机更被誉为“工业皇冠上的明珠”。航空发动机制造需要尖端的材料、热处理工艺、制造工艺等。北方华创为此行业提供了用于钎焊、烧结和热处理等一系列工艺设备,替代了进口设备,推进了装备国产化进程。
光伏PV:能源短缺和环境污染已成为影响经济社会发展的重要因素,能否获得无污染的能源成为当今社会
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