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首次覆盖 | 微导纳米：国产ALD设备先锋，进口替代正逢其时！【天风机械】

日期： 来源：机械长牛视角收集编辑：朱晔/钰莹/昊哲

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点评

1）光伏ALD设备领军者，拓展半导体领域应用

微导纳米深耕薄膜沉积设备领域，以ALD技术为核心不断实现技术突破。公司率先将ALD应用于光伏领域，产品矩阵包括ALD设备与PECVD设备，覆盖多家龙头电池片厂商，交付的无锡尚德整线量产效率突破25%。半导体领域，公司研制出的高k栅氧层ALD设备已实现销售，取得28nm节点中国产ALD设备技术突破。公司三年营收增速皆超30%，ALD设备凭借技术壁垒实现高毛利，手握19.75亿元在手订单，助力业绩稳攀高峰。

2）Why ALD：精度之王，迎合高标准趋势

综合比较PVD/RPD/CVD/ALD四大技术路径，物理沉积与化学沉积的主要区别在于：化学沉积的致密性与均匀性更优，精细度高，更适合沉积复杂结构；物理沉积适合平面结构，镀要求较低的膜层。

ALD在超薄与复杂结构中体现不可替代性：

  • 光伏：技术路径的选择最终归于平衡降本增效，ALD在超薄膜层如鱼得水，如TOPCon电池中的氧化铝钝化层与隧穿氧化层。

  • 半导体：制程缩小趋势下，ALD必不可少。在制程进入28nm后，器件结构不断缩小且更为立体化，CVD与PVD难以胜任。

3）光伏领域：高效电池未来已来，公司设备有望乘风而起

N型技术转化效率极限高，综合性能优，下游扩产潮打开设备市场增长空间。对公司产品线所在市场进行测算，预计23年市场空间可突破百亿元。

  • TOPCon电池：与PERC相比，公司设备价值量在TOPCon产线建设的投资比重上升至约36%。TOPCon领域国产ALD设备企业稀少，公司市占率高达70%，根据披露的销售合同推算2022年新签设备订单12亿元。

  • HJT/钙钛矿电池：PECVD设备在HJT产线投资占比高达50%，ALD在HJT和钙钛矿电池领域有望扩展应用。

4）半导体领域：国产ALD拓荒者，期待拓展多样应用

半导体ALD设备国产化率低，公司设备性能比肩国际同类厂商，有望实现国产替代，设备需求或迎来放量，预计23年ALD设备需求有望突破10亿。

  • 逻辑芯片：高K材料ALD设备国产破局者，打破国外技术垄断；ALD在FinFET亦有应用。

  • 存储芯片：新型存储器发展迅猛，公司ALD设备已应用于FeRAM电容介质层；传统存储器中由2D到3D NAND Flash堆叠层数增长，拉动ALD设备需求。


风险提示：市场需求下滑风险；新产品开发风险；产品验证与交付进度不及预期；产品毛利率波动风险；测算存在主观性，仅供参考。



1. 微导纳米：光伏ALD设备领军者，拓展半导体领域应用
1.1. 拓荒ALD，产品线持续扩充中
微导纳米深耕薄膜沉积设备领域，以ALD技术为核心不断实现技术突破。1）初步发展阶段：2015年公司成立，2017年研发出光伏领域ALD第一代量产机型KF4000，并陆续与下游龙头企业签订样机试用协议；2）加速发展阶段：2018年，光伏ALD设备KF6000开始在下游量产爬坡，公司知名度提升。2019年ALD设备产能突破10000片/小时，丰富产品矩阵，半导体领域样机搭建完成；3）战略升级发展阶段：2020年至今，公司成功研制PEALD+PECVD机型，高端光伏装备成功获得隆基、爱旭、晶科等多家重要厂商订单，并在通威、尚德等TOPCon电池产线上开展应用；半导体领域，公司首套用于300mm晶圆的High-k栅氧层薄膜沉积的ALD设备实现销售，取得国产半导体ALD设备在28nm集成电路制造关键工艺中的突破。



薄膜沉积产品立足光伏领域，半导体亦有不俗表现。公司开发出适用于光伏、半导体等应用领域的多款薄膜沉积设备，涵盖ALD、PEALD二合一、PECVD系列产品，技术居于行业领先地位。
（1）光伏领域：率先将ALD应用于光伏电池生产的薄膜沉积环节，获得客户认可。公司通过持续的技术开发和工艺改良，突破了ALD技术原有的产能低、成本高等多项产业化运用瓶颈，大幅提升ALD设备单位产能。公司产品包括夸父系列ALD系统、夸父系列管式PECVD系统和祝融系列管式PEALD系统，已覆盖通威、隆基、晶澳、阿特斯、天合光能等多家电池片厂商。无锡尚德2GW TOPCon电池整线使用公司设备，量产效率高达25%，ALD增效作用明显。
公司另一业务是设备改造服务，目前设备改造集中于光伏领域，主要包括：1）尺寸改造，以适应客户由158mm、166mm电池片升级至182mm、210mm电池片的生产需求；2）工艺改造，添加臭氧发生器，将氧源由水蒸气改为臭氧。


（2）半导体领域：国内少数薄膜沉积企业，突破关键工艺。公司近年发力半导体领域，产品包括凤凰系列、麒麟系列原子层沉积镀膜系统和龙系列真空传输系统，获得国内多家知名半导体公司的商业订单。公司研制出用于300mm（12英寸）晶圆的High-k栅氧层薄膜沉积的ALD设备，已实现销售并获得重复订单，取得28nm节点中国产ALD设备从0到1的突破。


（3）柔性电子领域：公司开发的FlexGuard系列卷对卷原子层沉积镀膜系统主要在OLED等先进显示技术的柔性电子材料上进行真空镀膜，能有效保护OLED器件的性能和寿命，已实现产业化应用。


1.2. 股权结构稳定，核心技术人员履历丰富
实际控制人王燕清、倪亚兰、王磊合计间接控制微导纳米60.61%的股份。王燕清、倪亚兰、王磊组成的家族通过万海盈投资、聚海盈管理、德厚盈投资间接控制公司 60.61%的股份，三人为公司的实际控制人，其中倪亚兰担任公司董事，王燕清担任先导智能董事长，王磊担任微导纳米董事长、先导智能董事。核心技术人员黎微明、李翔同为公司创始人，分别持有9.42%
/4.44%的股份，与公司深度绑定。


核心技术人员富有经验，带领公司开拓技术。董事长王磊毕业于新泽西州立大学计算机和数学专业；首席技术官黎微明拥有25年的ALD研发经验，副总经理李翔对ALD在微纳器件的应用有深刻了解，二人自公司创立起带领团队攻坚克难，实现技术突破；吴兴华、许所昌二人是公司为发展技术所引进的人才，通过持股实现长期激励与绑定。


1.3. 公司业绩增长迅猛，产品盈利能力优秀

公司营收同比高增，得益于光伏行业发展带动订单增加。光伏行业近年蓬勃发展，下游电池片厂商大幅扩产，公司ALD设备迎合电池片由P型至N型的发展趋势，逐渐导入龙头厂商。公司20/21/22Q3营收分别为3.12/4.28/3.85亿元，同比增长44.8%/36.9%/66.8%，业绩涨势喜人。
研发投入占比较高，静待盈利能力修复。公司19/20/21年归母净利润分别为0.55/0.57/0.46亿元，同比+292.9%/+4.5%/-19.1%。公司重视研发投入，攻关半导体领域技术难点，研发费用率有所增加。受疫情影响，2022Q1-3净利润受损，未来有望修复。


从主营产品拆分，公司主要产品为光伏领域设备、半导体领域设备及改造服务。1）营收：光伏设备为公司贡献主要营收，2022年下游厂商扩产拉动设备营收高增；因电池片有大尺寸趋势，设备改造需求显现，助力公司营收。此外，柔性电子领域22年取得收入，期待未来表现。2）毛利率：公司整体毛利率水平高，ALD设备凭借技术壁垒实现高毛利率，PECVD设备拉低光伏设备毛利率；改造服务为客户节省设备更换成本，毛利率皆维持在65%及以上。


1.4. 在手订单充足，未来业绩保证
公司在手订单充足，高毛利订单优化盈利能力。截至2022年9月，公司已取得在手订单19.75亿元，其中专用设备在手订单18.56亿元，已超过2021年全年镀膜设备订单数量总和，覆盖光伏、半导体、柔性电子等多个领域，为未来业绩提供保证。专用设备在手订单中毛利率较高的ALD设备占比85.66%，随着未来订单交付并取得客户验收，公司盈利能力有望进一步提升。


2. Why ALD：精度之王，迎合精细化趋势
2.1. PVD/RPD/CVD/ALD技术路径各有千秋
薄膜沉积可分为物理与化学反应两大类技术路径，其中仅涉及物理变化的镀膜工艺是PVD和RPD，利用化学反应的镀膜工艺统称为CVD，ALD是CVD技术之一，但与传统CVD技术存在诸多不同。


（1）物理气相沉积(PVD)技术：沉积速度快，溅射损伤基板。PVD技术是在真空条件下采用物理方法将材料源表面气化成气态原子或分子，或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积薄膜。主要分为三类：真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。
真空蒸镀的原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发后沉积在基体表面形成薄膜，膜厚均匀性较差；磁控溅射是利用经过加速的高能粒子轰击靶材，使靶材表面的原子脱离晶格逸出沉积在衬底表面发生反应而形成薄膜，其优势在于设备成本较低，成膜均匀性更好，能够满足大规模产业化需求，但由于等离子体中包含大量高能粒子，会对基板表面产生强烈的轰击刻蚀作用。


（2）反应等离子体沉积(RPD)技术：低温工艺，基板损伤小。RPD技术是利用等离子体将烧结体进行气化、离解，在衬底上反应成膜。其主要优势包括：1）对衬底的低轰击损伤，镀膜过程中粒子能量小，几乎不存在高能粒子，避免了损伤衬底表面；2）可低温获得高质量薄膜。与PVD技术相比，RPD技术制备的TCO薄膜结构更加致密、结晶度更高、表面更加光滑、导电性更高、光学透过率更好。


（3）化学气相沉积(CVD)技术：LPCVD和PECVD占据主流，有效提高沉积速度。化学气相沉积(CVD)是通过化学反应的方式，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质经化学反应形成固态沉积物的技术，根据压力、输入能量等可分为LPCVD、PECVD、APCVD等。LPCVD和PECVD通过不同方法加快沉积速度：低气压化学气相沉积(LPCVD)使用较低的工作气压，提高反应气体的扩散速度；等离子体增强化学气相沉积(PECVD)将含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，等离子体易发生化学反应。


（4）原子层沉积(ALD)技术：三维共形性好，精度极高。ALD属于CVD技术，但在反应原理、条件要求和沉积层的质量上都与传统CVD不同。ALD技术通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应室并在沉积基底上发生表面饱和化学反应形成薄膜，沉积过程由A、B两个半反应分四个基元步骤进行：1）前驱体A脉冲吸附反应；2）惰气吹扫多余的反应物及副产物；3）前驱体B脉冲吸附反应；4）惰气吹扫多余的反应物及副产物，依次循环从而实现薄膜在衬底表面逐层生长。经过一个循环工艺，基底表面镀上一层单原子膜，通过增加循环次数，原子层将依次沉积在表面上，形成薄膜。根据原子特性，镀膜10次/层约为1nm。


由于ALD技术表面化学反应具有自限性，因此拥有多项独特的薄膜沉积特性：1）三维共形性，广泛适用于不同形状的基底；2）大面积成膜的均匀性，且致密、无针孔；3）可实现亚纳米级的薄膜厚度控制；4）无需精确的剂量控制和操作人员的持续介入。此外，ALD沉积薄膜的温度窗口宽，反应对生长温度并不敏感，因此能适应不同温度环境下的薄膜制备。
等离子体增强原子层沉积(PEALD)：加快沉积速率，拓宽应用领域。与PECVD类似，PEALD采用了含有高活性粒子的等离子体与吸附于衬底表面的前驱体反应，大幅提升沉积速率和薄膜质量。采用PEALD能拓宽前驱体种类和ALD温度窗口，使得温度敏感型衬底表面的沉积以及需要高温活化的前驱体物质的沉积成为可能，拓宽原子层沉积的应用领域。


2.2. 四大技术路径对比：ALD三维共形性与精度独树一帜
综合比较PVD/RPD/CVD/ALD技术，PVD优势在于沉积速率快、无绕镀问题，但难以胜任复杂立体结构的镀膜，在电池片中使用磁控溅射可能损伤衬底，从而影响转化效率，而RPD相比于PVD能有效降低衬底损伤。在CVD技术中，LPCVD因产量高和致密度高受到部分厂家青睐，但绕镀和石英管损耗不可忽视。PECVD和ALD技术绕镀问题轻，但PECVD又存在爆膜和粉尘问题。
ALD原子逐层沉积，精度显著高于其他技术。ALD技术特点在于精细度高、均匀性强、三维共形性，无论基底材料是多孔、管状、或具有复杂结构，ALD都能均匀致密地完成镀膜。虽然其沉积速率较慢，但厂商已突破量产问题，微导的ALD沉积设备镀膜速率达到15000片/小时。


物理沉积与化学沉积的主要区别在于：化学沉积的致密性与均匀性更优，精细度高，更适合沉积复杂结构；物理沉积适合平面结构，镀要求较低的膜层。落实到产业应用：化学沉积中LPCVD在光伏领域应用较多，而PECVD在半导体领域应用较多，最为精细的ALD技术在解决量产瓶颈后逐渐导入光伏和半导体市场。物理沉积中PVD与现阶段光伏产业技术需求不完全匹配，目前应用较少，在半导体的部分生产流程中广泛应用。


2.3. ALD在超薄与复杂结构中体现不可替代性

（1）光伏领域：技术路径的选择最终归于平衡降本增效。降本增效是光伏行业的永恒主题，对于镀膜工艺与设备，降本表现在设备产能、沉积速率、设备投资额等，增效表现在薄膜致密度、均匀性等。现阶段产业化进展可验证这一选择逻辑：PVD溅射虽然沉积速率快，但可能有损转化效率，降本与增效不均衡；RPD由日本住友授权捷佳伟创独家销售，无法形成有效竞争，市场较小，因此PVD与RPD应用较少。LPCVD与PECVD是降本与增效的平衡之选，兼顾沉积速率与薄膜质量。
ALD“慢工出细活”，在超薄膜层如鱼得水。ALD的短板在于沉积速率慢，在PERC电池时期未成为主流工艺，但在TOPCon电池规划与投产中获得一席之地。TOPCon电池需在绒面上沉积厚度约为10nm的氧化铝，使用ALD沉积的钝化效果优于PECVD，助力转化效率提升。TOPCon电池的隧穿氧化层厚度仅为1-2nm，CVD的沉积速率优势不显著，ALD的致密与均匀性优势凸显，因此能顺利导入TOPCon产线。对于较厚膜层（如厚约150nm的多晶硅层），厂商可能选择CVD技术；但对于超薄膜层（如隧穿氧化层与钝化层），ALD尽显优势。随着电池由P型转向N型，ALD技术渗透率有望随之提升。


（2）半导体领域：在制程缩小趋势下，ALD必不可少。在半导体制程进入28nm后，由于器件结构不断缩小且更为3D立体化，生产过程中需要实现厚度更薄的膜层，以及在更为立体的器件表面均匀镀膜。如从平面器件转到FinFET器件后，FinFET中的薄栅极侧壁间隔物必须以极其均匀的厚度形成且没有针孔；3D NAND存储器件中的三维结构需要高度的工艺可变性控制；晶圆制造进入45nm制程后需要厚度小于10nm的高k栅介质层。ALD凭借优异的三维共形性、大面积成膜的均匀性和精确的膜厚控制等特点，技术优势愈加明显，成为难以替代的核心设备。


3. 光伏领域：高效电池未来已来，公司设备有望乘风而起
3.1. N型电池扩产潮打开增长天花板，设备市场空间破百亿
N型技术转化效率极限高，综合性能优，渗透率不断提升。当前P型电池的效率已逼近上限，技术迭代需求强烈，后续技术包括TOPCon、HJT、XBC、钙钛矿等。据ISFH研究，PERC/ TOPCon(双面)/ HJT电池理论效率极限为24.5%/ 28.7%/ 27.5%，N型电池理论效率极限高于P型电池，TOPCon与HJT技术提效潜力大。性能上，N型电池少子寿命更长，开路电压高；解决光致衰减问题，稳定性好；双面率高，发电量大；温度系数低，更耐高温，综合性能强于P型电池。因此电池片厂家纷纷布局N型电池生产线，行业目前处于P型电池向N型电池的升级迭代，据SMM统计目前N型规划产能超300GW，预计22年底共有88.2GW建成。


对公司产品线所在市场进行测算，预计23年市场空间可突破百亿元。其中测算的TOPCon与XBC设备市场包括ALD、PECVD和扩散与退火设备，HJT与钙钛矿设备市场包括PECVD和ALD设备。
预测假设：
1）单GW投资额随产业发展有下降趋势，假设TOPCon单GW投资额逐年下降0.1亿至于PERC持平；HJT与XBC单GW投资额下降空间较大，假设逐年下降10%；钙钛矿投资额下降空间更大，假设投资额加速下降；
2）据微导纳米招股说明书，公司设备在TOPCon产线中价值量占比33%-39.12%，取中值36.1%；HJT产线中非晶硅沉积所用PECVD设备价值占比50%，ALD技术有望应用于价值占比25%的TCO层沉积，因技术目前尚处于实验室阶段，下调占比至5-10%，假设23-24年逐步导入市场；XBC生产工序与TOPCon相近，假设占比40%；钙钛矿电池中PVD为主流技术，先下调PECVD与ALD的价值占比，再假设渗透率略有提升。


1）从技术效果看，ALD的成膜质量优于其他技术，其中在TOPCon电池镀氧化铝环节，ALD的膜层质量、TMA前驱体耗量和开机率均优于CVD。
2）从产业变化看，PERC电池时期镀氧化铝常用PECVD技术，而产业转向TOPCon电池时ALD一跃成为镀氧化铝的主流技术。随着TOPCon电池的市场占比扩大、PERC电池占比减小，ALD市场将逐渐广阔。在未来的钙钛矿电池领域，ALD技术也占有一席之地，数家ALD设备企业已与下游签订多个订单。

3.2. TOPCon电池带来较大业绩弹性，近20亿在手订单远超往年
与PERC电池相比，TOPCon电池的结构变化：TOPCon电池增加了超薄隧穿氧化硅层和掺杂多晶硅层，其中隧穿氧化层厚度仅为1-2nm，ALD沉积效果佳；多晶硅层厚度约150nm，可使用PECVD技术。此外，TOPCon电池正面制绒后需要镀10nm的氧化铝，为薄膜沉积工艺提出更高要求，ALD钝化效果优于PECVD。
公司设备价值量在TOPCon产线建设占比增长。公司祝融系列PEALD+PECVD二合一产品迎合TOPCon产线需求，将隧穿氧化层+多晶硅层沉积合为一台设备，氧化铝钝化层+氮化硅层也可合为一台设备，提升薄膜质量从而提供更好的钝化效果，并且有效降低客户单位产能的设备投资成本。公司另开发出羲和系列低压扩散炉，应用于TOPCon生产工序中的扩散和退火环节，扩大产品覆盖面。公司产品矩阵在PERC产线建设中投资占比24.71%-26.73%，在TOPCon产线建设中的投资比重上升至33%-39.12%。


整线转化效率实现突破，验证ALD技术先进性。2021年4月，公司与尚德电力2GW TOPCon整线项目签订合作协议，打造全球首条GW级以ALD技术为核心的TOPCon整线。公司提出“九大步骤、四大类设备”方案，将ALD设备和PEALD二合一设备应用于该生产条线。22年10月，该整线TOPCon电池量产效率突破25%，位居行业前列。这一转化效率是公司设备优良的有力证明，未来公司有望签订更多整线项目。
在手订单充裕，客户资源优质。截止22年9月，公司专用设备在手订单18.56亿元，根据公司披露的重大销售合同，推算出TOPCon电池领域公司设备在手订单约17亿元，2022年新签设备订单约12亿元，客户包括通威、隆基、晶科、爱旭、阿特斯、天合等多个龙头电池片厂商。
TOPCon领域ALD设备企业少，公司独占鳌头。在国内TOPCon电池领域，公司ALD设备的竞争对手主要为无锡松煜和理想晶延，二者皆未上市，在TOPCon领域中同样提供ALD设备、PECVD镀膜设备、扩散设备等，业务范围涵盖光伏、半导体等领域。在高效电池领域，公司的ALD设备市占率高达70%-80%，在其同类产品中市场占有率稳居全球第一梯队。


3.3. 探索HJT/钙钛矿领域，远期想象空间广阔
PECVD设备在HJT产线投资占比高达50%，ALD技术有应用可能。HJT电池结构简单、生产工序少，但因成本高于TOPCon未能在现阶段流行。在HJT的制备流程中，双面非晶硅掺杂层主要使用PECVD或Cat-CVD技术，这一环节在HJT产线投资中占比高达50%，对应公司夸父系列PECVD设备。制备透明导电薄膜ITO/TCO层的主流技术是PVD，另有日本住友授权捷佳伟创的RPD技术成功导入下游，ALD技术也可应用于这一膜层，尚处于研发阶段，期待进一步应用，该环节在HJT产线投资占比25%。HJT降本潜力大，随着HJT生产工艺优化、规模效应显现，或有更多电池厂商转向HJT产线。


钙钛矿电池结构包括：透明导电电极(TCO)、电子传输层(ETL)、钙钛矿层、空穴传输层(HTL)与背电极。其中TCO透光并收集电荷；电子传输层传输钙钛矿中的光生电子，并阻挡空穴传输；空穴传输层应具有较高的空穴迁移率；钙钛矿吸光层应具有吸收光谱宽、薄膜质量高、载流子传输能力强等优势；背电极应具有高稳定性。


钙钛矿电池中PVD技术应用广泛，ALD亦有作用价值。在钙钛矿电池制备流程中，PVD技术可应用于大部分工序，ALD技术也存在应用空间。钙钛矿结构中电子传输层和空穴传输层厚度小于50nm，并且对膜层致密性和均匀性要求高，适合使用ALD技术。除此以外，有实验室将ALD技术应用于TCO层和TiO2钝化层。
新兴ALD设备商林立，已导入下游市场。在钙钛矿领域，国内ALD设备的竞争对手包括湖南红太阳、理想晶延、众能光电与原速科技，四家企业的ALD设备皆已实现交付，其中理想晶延与公司定位相似，皆为TOPCon电池产线的ALD设备生产商。另有下游钙钛矿组件商纤纳光电曾研发出ALD设备，可能将该设备应用于产线中。上述五家企业皆未上市，微导纳米与之相比更为成熟，并且在ALD领域有深厚技术积淀，进入钙钛矿设备市场有望与其他企业一较高下。综合而言，ALD技术在钙钛矿已实现产业化应用，未来钙钛矿或为公司带来营收动力。


4. 半导体领域：国产ALD拓荒者，期待拓展多样应用
1.1. 半导体市场空间大，国产替代未来可期
1.1.1. 薄膜沉积作用重大，ALD市场空间可观
薄膜沉积设备在前道工艺中占比逾20%。光刻、刻蚀和薄膜沉积是集成电路前道生产工艺中最重要的三种设备，据SEMI统计，薄膜沉积设备投资规模占晶圆制造设备总投资的25%。薄膜沉积在IC生产流程中举足轻重，并且随着工艺不断精进，对成膜要求更高，薄膜沉积环节重要性将不断凸显。


全球半导体薄膜沉积设备市场规模维持高增长态势。据Maximize Market Research数据，全球半导体薄膜沉积设备市场规模从2017年的125亿美元已扩大至2020年的172亿美元，年复合增长率为11.2%，预计至2025年市场规模可达340亿美元。


国内薄膜沉积设备需求高增：1）国内产线建设拉动设备需求，长江存储、上海积塔、中芯国际、华虹、士兰微、合肥晶合等国内晶圆厂在新增产能建设过程中积极导入国产设备；2）制程升级带动薄膜沉积设备用量提升。以中芯国际为例，一条1万片产能的180nm8寸晶圆产线CVD和PVD设备用量平均约为9.9台和4.8台，而一条1万片90nm12寸晶圆产线CVD和PVD设备用量分别可达42台和24台。
作为薄膜沉积中先进技术应用代表，ALD设备市场占比提升。根据Gartner，全球半导体薄膜沉积设备中PECVD/PVD/ALD设备的市场规模占比在2019年分别为33%/23%/11%，在2020年占比为34%/21%/12.8%，ALD设备的市场占比有所提升。据中国台湾工业技术研究院，2020-2025年CVD/PVD/ALD的CAGR分别为8.5%/8.9%/26.3%，ALD市场增长迅猛。


ALD设备由国外厂商主导市场，国产化率低。在半导体行业的薄膜沉积设备中，PVD设备与CVD设备均已初步实现国产化，而ALD设备作为先进制程所必须的工艺设备，在大规模量产方面国内厂商尚未形成突破。荷兰先晶半导体（ASM）、日本东京电子（TEL）是ALD设备行业的双巨头，两者的全球市场占有率合计高达60%，美国泛林（Lam）、应用材料（AMAT）等国际半导体设备厂商的产品线也涵盖ALD设备。


4.1.2. 国内半导体厂商雄起，产品性能比肩国际厂商

国家助力半导体产业发展，本土设备厂商迎来发展机遇。《中国制造2025》对于半导体设备国产化提出明确要求，在2025年前20-14nm工艺设备国产化率需达到30%。我国先后设立国家重大专项和国家集成电路基金，国家集成电路基金首期募资1,387亿元，二期募资超2,000亿元。随着国家鼓励类产业政策和产业投资基金不断落实与实施，国内涌现出一批半导体厂商，在薄膜沉积领域，国内竞争厂商主要有北方华创、拓荆科技、中微公司。


公司重视研发投入，研发人员占比高于同行业上市公司平均水平。公司高度重视研发工作，不断吸纳国内外优秀人才，持续加大半导体领域研发投入。与同行业公司相比，公司的研发费用率和研发人员占比皆位于较高水平。


公司产品性能达到国际同类设备水平，有望实现国产替代。经过多年的研发和技术积累，公司设备的关键性能参数如产能、薄膜均匀性等主要技术指标表现出色，已达到国际同类设备水平，并且获得了多家知名半导体公司的商业订单。公司还与多家厂商合作研发新型ALD设备，与客户关系逐渐密切，未来有望取得更多订单。


对国内半导体领域国产ALD设备的市场需求进行测算，随着国产设备逐渐导入下游厂商，国产替代加速进行，国产ALD设备需求或迎来放量，预计23年ALD设备需求有望突破10亿。
预测假设：
1）中国大陆半导体设备市场规模历史数据参考SEMI；据IC Insights，大陆行业需求年均增速35%，假设23/24/25年增速35%/30%/20%；
2）历史美元汇率据当年情况取中间值，假设未来1USD=6.5CNY；
3）根据SEMI，半导体设备中前道设备占比86%；根据Gartner，薄膜沉积设备在前道中占比22%，随着芯片结构愈发复杂，堆叠层数增多，薄膜沉积设备占比有望提升，假设未来占比增速5%；
4）据公司招股书，2020年薄膜沉积设备国产化率8%，其中ALD设备国产率低于PVD/CVD设备，假设为5%后缓慢增长，随着以公司为代表的国内ALD厂商涌现，预计未来国产化进程加速，假设23/24/25年增速40%。


4.2. 先进制程高要求下，ALD技术一枝独秀
ALD在28nm及以下先进制程、存储器件中发挥举足轻重的作用。在半导体制程进入28nm后，由于器件结构不断缩小且更为3D立体化，生产过程中需要实现厚度更薄的膜层，以及在更为立体的器件表面均匀镀膜。在此背景下，ALD技术凭借优异的三维共形性、大面积成膜的均匀性和精确的膜厚控制等特点，技术优势愈加明显，在半导体薄膜沉积环节的市场占有率也将持续提高。
ALD能进入PVD与CVD无法触及的应用范围。在传统工艺中，由于存在厚度控制和膜层均匀性的问题，CVD与PVD沉积的膜层难以突破10nm以下的厚度极限，并且在深宽比达到10:1以上时，CVD与PVD工艺无法保证下游工艺需要的近100%覆盖率的技术要求。而ALD能在100%阶梯覆盖率的基础上实现原子层级（亚纳米级）的薄膜厚度，进入CVD与PVD无法涉及的领域。
ALD在半导体领域应用广泛。ALD技术广泛应用于CMOS器件、存储芯片、TSV封装等半导体制造领域。在逻辑芯片领域，ALD可用于沉积高K栅介质层、金属栅，在FinFET沉积Spacer；在存储芯片领域，ALD可用于沉积FeRAM的电容介质层、3D NAND Flash芯片；ALD还可用于沉积化合物半导体、量子器件的超导材料导电层等。


4.3. 细分领域：高K、FeRAM小有成就，待开拓市场大有可为
4.3.1. 逻辑芯片：高K材料ALD设备国产破局者，探索FinFET应用
高K材料：制程进步后原SiO2栅介质层无以为继。在晶圆制造进入65nm制程及之前，集成电路主要通过沉积SiO2薄膜形成栅极介质减少漏电，但进入45nm制程特别是28nm之后，传统的SiO2栅介质层薄膜材料厚度需缩小至1nm以下，将产生明显的量子隧穿效应和多晶硅耗尽效应，导致漏电流急剧增加，器件性能急剧恶化，已不能满足技术发展的要求，亟需开发新工艺制备新材料以代替SiO2。
高K栅介质层解决栅漏电和硼穿透问题。选用比SiO2介电常数更高的高K材料是解决技术瓶颈的良方，将高K氧化物作为栅介质层，可以在降低等效氧化物厚度的同时抑制漏电流的产生。高K材料的选择除了具有高的介电常数外，还需满足宽禁带、与衬底材料间足够的能带偏移量和低的界面态。HfO2的介电常数为25，具有适合的禁带宽度（5.8eV），综合各方面性能要求，HfO2作为栅介质层得到了业内广泛的认可和应用。


沉积极薄的栅介质层，ALD技术几近必须。由于高K的栅介质层厚度往往小于10nm，所需膜层通常在数纳米量级内，所以绝大多数高K材料的加工工艺都依赖于ALD技术。例如英特尔在32nm技术代，引入了3nm的HfO2作为栅介质材料，使用ALD技术进行镀膜。
公司实现高k材料国产ALD设备0的突破。公司ALD设备凭借原子级别的精确控制及沉积高覆盖率和薄膜的均匀性，制备的高k材料HfO2能满足28nm逻辑器件制造过程的需要，成功应用于28nm节点集成电路制造前道生产线，打破国外技术垄断。
ALD在FinFET工艺中亦有重要应用。28nm以下先进制程的FinFET制造工艺中，Fin的有源区通过自对准双重成像技术（SADP）形成。因为沉积的Spacer材料的宽度即决定了Fin的宽度，是制约逻辑芯片制程先进程度的核心因素之一，所以Spacer必须高度共形和均匀，ALD是沉积该层的绝佳方式，公司的ALD设备有望进入该市场。


4.3.2. 存储芯片：FeRAM导入下游，3D NAND面临市场机遇

新型存储器发展迅猛，未来潜力大。据YOLE统计，2019年以来，存储器成为半导体增速最快的细分行业，总体市场空间将从2019年的1110亿美元增长至2025年的1850亿美元，年复合增长率为9%。细分市场中，新型存储器市场增速最快，将从5亿美元增长到40亿美元，CAGR≈42%，发展潜力大。


（1）在新型存储器中，铁电存储器(FeRAM)备受关注。FeRAM是一种具有快速写入速度的非易失性存储器，具有类似DRAM的1晶体管1电容器(1T1C)单元架构，其中电容器的电介质被铁电材料取代以实现非易失性。与传统的非易失性存储器（如EEPROM，闪存）相比，FeRAM无需备用电池来保留数据，并且具有更高的读/写耐久性，更快的写入速度操作和更低的功耗。
FeRAM存储原理：铁电材料PZT的极化特性。FeRAM以铁电材料作为介质，以富士通使用的锆钛酸铅(PZT)为例，锆(Zr)或钛(Ti)正离子在晶格中占据两个稳定位置，并且可以通过施加外部电场在两个位置之间移动。由于两个稳定位置都偏离电荷中心，因此在铁电材料中会出现两个相反方向的极化。即使电场撤除，极化状态也能存储，因此FeRAM能将数据保存在存储扇区而无需定期更新。


ALD是制备铁电薄膜的优质设备。以铁电材料HZO为例，HZO薄膜可在二维压缩应力或拉伸应力的作用下实现从四方相向正交相的转变，而ALD生长的非晶或多晶HfO2和ZrO2薄膜恰好由于热效应而受到拉伸应力，有利于实现正交相的制备。FeRAM对薄膜沉积的均匀性要求较高，并且所得薄膜厚度薄，使用ALD沉积的膜层杂质含量低，引起的陷阱较少。
FeRAM研发火热，拉动设备需求，公司已与客户签署订单。由于FeRAM优点显著，在计算机、航天航空、军工等领域具有广阔的应用前景，全球多家知名半导体公司对此十分重视，展开了激烈的研究竞争，设备需求旺盛。在FeRAM领域，公司ALD设备沉积的HfO2、ZrO2、La2O3可用于FeRAM的电容介质层，已完成客户的试样测试并签署订单。

（2）传统存储器Flash中，主流结构发展为3D NAND。在传统存储芯片领域，NAND Flash结构已接近实际扩展极限，主流制造工艺已由2D NAND发展为3D NAND结构。3D NAND Flash垂直堆叠了多层数据存储单元，具备卓越的精度，在更小的空间内容纳更高存储容量，进而带来大幅度的成本节约、能耗降低和性能提升。


3D NAND台阶覆盖要求高，ALD技术适配。3D NAND层数不断增加，在制造中深宽比要达到100：1，传统CVD及PVD薄膜沉积工艺无法均匀覆盖深槽，且在深槽顶端沉积的膜更厚，随着深宽比加大，槽顶部有堵塞可能，ALD技术凭借优异的台阶覆盖率和均匀性一枝独秀。

3D NAND堆叠层数暴涨，设备需求量提升。3D NAND增加集成度的主要方法是增大三维立体堆叠的层数，叠堆层数也从32/64层量产向128/196层发展，每层均需要经过薄膜沉积工艺步骤。根据东京电子披露，薄膜沉积设备占FLASH芯片产线资本开支比例从2D时代的18%增长至3D时代的26%。随着3DNAND FLASH芯片的内部层数不断增高，对于薄膜沉积设备的需求提升的趋势亦将延续。

5. 风险提示
1）市场需求下滑风险。公司对应的主要下游企业包括光伏电池片行业和半导体晶圆企业，下游市场需求受宏观经济、下游行业产能投资周期、技术发展变化等因素影响。若宏观经济形势不佳，下游扩产进度放缓，公司未来订单将有所减少。
2）新产品开发风险。下游客户对薄膜沉积设备的需求并非一成不变，若公司技术路径发展有误，开发的新产品与下游客户需求不符，将对公司业绩产生不利影响。
3）产品验证与交付进度不及预期。公司多个产品正在进行产业化验证，验证周期较长，若验证过程中出现技术问题，可能影响产品产业化进程。公司手握多个在手订单，若设备生产速度不及预期将影响交付，从而影响未来确认收入。
4）产品毛利率波动风险。公司设备受市场竞争、产业政策、技术水平等因素影响，毛利率存在一定波动。未来，不排除因下游客户议价要求、行业竞争、扶持政策不利变动等原因使得公司的主要产品出现价格下降、成本上升、毛利率下降等不利情形，从而对公司经营业绩造成不利影响。
5）测算存在主观性。本文对市场空间和供需测算是基于一定前提假设，存在假设条件不成立、市场发展不及预期等因素导致市场空间测算结果偏差，仅供参考。

本文作者与团队信息


对外发布时间：2023年1月13日

报告发布机构：天风证券股份有限公司

本报告分析师：

朱晔    SAC执业证书编号：S1110522080001

联系人：     

张钰莹    zhangyuying@tfzq.com




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