半導體PVD設備龍頭打破壟斷 未來國産化有望進一步提升

今天來了解下半導體晶圓制造流程之一的PVD工藝的産業鏈及設備供應商。這也是為什麽中微公司（688012）從65元漲到200元，北方華創（002371）2019年從不到40元漲到129元。

薄膜沈積是晶圓加工中的關鍵流程之一，主要分為：物理氣相沈積 PVD和化學氣相沈積 CVD。

物理氣相沈積的過程中不發生化學反應，只發生物質的相變等物理變化，如蒸鍍過程是將固態蒸鍍源轉換為氣態，再在目標表面形成固態膜的過程。而化學氣相沈積 CVD 則通過化學反應進行，將反應源以氣體形式通入反應腔中，經過與其他外部反應物或與基板進行化學反應形成目標生成物沈積于基板上。以上工藝均使用特定的CVD設備以及PVD設備。

PVD工藝一般可分為三種：真空蒸鍍、濺射鍍膜和離子鍍。

芯片制造過程中沈積不同薄膜所使用的PVD設備也不同，關鍵的PVD設備主要包括：硬掩膜（Hard Mask ）PVD設備、銅互聯（CuBS）PVD 以及鋁襯墊（Al PAD）PVD。

1、硬掩膜PVD：設備應用廣泛 國内技術成熟

硬掩膜工藝可以為金屬互連線的形狀提供精准控制，在集成電路制造中十分關鍵。低介電材料氮化钛（TiN）作為硬掩膜材料應用廣泛。TiN 掩膜材料沈積對PVD設備的要求較高，其獨特的甚高頻技術，在中性應力和薄膜密度硬度之間達到了良好的平衡，從而提高産品良率，制造出高密度、低應力的薄膜。

國内企業方面，北方華創（002371）的 exiTin H430 TiN 金屬硬掩膜PVD是國内首台專門針對 40nm以下制程的12寸金屬硬掩膜設備。該系統主要由大氣平台、真空傳輸平台、兩個去氣腔室和兩個工藝腔室組成，並可以實現自動生産。該設備系統的研發和量産實現了我國高端集成電路PVD設備零的突破和技術跨越。該機台也成為國内首台28nm工藝後段金屬布線硬掩膜標准制程機台，並進入國際供應鏈體系，同時通過了半導體行業SEMIS2及F47 認證。

2、銅互聯（CuBS）PVD設備：成功打破AMAT壟斷 邏輯産線訂單空間巨大

銅互連是矽芯片制造中的關鍵工藝。金屬銅由于具有更小的電阻率，可以有效地降低互連線的電阻，同時電遷移壽命比傳統的 Al 互連高兩個數量級，可以提升芯片可靠性，目前已經被廣泛應用。在制作銅互連線時，常采用大馬士革工藝。

沈積阻擋層和銅種籽層是大馬士革工藝的關鍵步驟，且沈積過程中所需要的設備是CuBS PVD。

目前銅互連PVD設備約占整個PVD市場規模的70 %左右，是最為核心的設備之一，AMAT 技術領先壟斷市場，但國内廠商北方華創（002371）目前已經取得重大突破，成功打破壟斷。

AMAT在銅互連設備中十分領先，其Endura CuBS RFX PVD系統，是一款可用于32nm及22nm邏輯器件及閃存器件制程中銅沈積的設備。據中國國際招標網，截止到2019年12月，長江存儲共采購銅互連設備約7台且均由AMAT提供。國内廠商北方華創（002371）在 2020年 1月10日成功中標3台長江存儲設備訂單，成功打破壟斷。成為繼AMAT之後第二家掌握銅互連PV設備技術的公司。

未來隨著中芯國際、華虹系等持續擴産，國産CuBS設備潛在訂單空間巨大。

3、Al Pad PVD：産線占比小 國産化程度高

Al Pad（鋁襯墊），通常采用物理氣相法進行沈積。Al Pad是晶片與外界連接的互連截面，同時也是集成電路的最後一道工序。其通常是采用物理氣相沈積工藝在晶片的頂層金屬層表面形成鋁薄膜層，然後利用光刻和刻蝕工藝進行處理形成對外的接連線，作為測試電性和封裝的引線端，從而形成鋁襯墊。

Al Pad PVD主要應用于Bond pad和Al interconnect工藝，對設備的高産能、高效率、低成本、低缺陷提出了更高的要求。由于Al Pad制備只在晶圓制造流程中最後一步才會進行一層沈積，因此在産線中占據比例較小，但内資産線此類設備的國産化率較高。國内廠商北方華創（002371）的 Al PAD PVD 已進入60-28nm産線，且14nm産線正加速驗證。

内資PVD需求空間達80億

晶圓制造設備約占半導體設備投資額的80%，而成膜設備則占晶圓投資設備的20%，一般來說PVD設備與CVD設備占比接近，各10%。

在PVD設備領域，AMAT一家獨大，約占全球市場份額的80%以上，但目前國内廠商也在不斷突破。選取長江存儲、華虹無錫、華力微三條産線統計，對PVD設備的國産化率情況進行預估：AMAT在内資産線中占比約81%，北方華創（002371）是内資産線中PVD設備的主要供應商，占比約10%，隨著公司 CuBS PVD 設備成功出貨打破壟斷，未來PVD設備的國産化率有望進一步提升。

新突破的 CuBS PVD設備未來市場規模巨大，預計中芯國際、華虹系、合肥長鑫（一期）以及長江存儲（一期）産線從現在到最終達産對該類設備市場需求規模可超過 40億元。其中邏輯芯片代工産線是未來CuBS 的重要拉動力量，其對 CuBS PVD 需求量是同産能存儲器産線的4-5 倍，邏輯代工産線達到月産能10萬片預計需要超過40台 CuBS PVD 設備。

上市公司來說數量較少，主要集中在中微公司（688012）、北方華創（002371）。另外擴展一下，還可關注清洗設備龍頭盛美半導體（ACMR.O）、芯源微（688037）、沈陽拓荊、華海清科、北京屹唐及上海微電子。

來源:巨豐投顧

作者:秦亮 執業證書:A0680616110002

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