从设备和材料两个环节，分析我国芯片供应链的发展水平

28nm技术，这是当下成熟制程与先进制程的分界点。完全掌握了28nm技术，就意味着市场上绝大部分的芯片需求，目前的芯片种类里，除了对功耗要求比较高的CPU，GPU，AI芯片外，其余的工业级芯片其实都是用的28nm以上的技术。比如电视、空调、汽车、高铁、火箭、卫星、工业机器人、电梯、医疗设备、智能手环、无人机等等，这些驱动芯片的工艺，都是28nm以上的技术。

目前不仅中芯国际已经掌握了28nm的量产能力，华虹半导体也在2018年实现了28nm芯片的量产，就量产运营能力而言，我国是有足够储备的。

从设备和材料两个环节，跟大家分析一下我国芯片供应链的发展水平。

一、PART ONE 设备端

1)硅片设备

制作硅片，是芯片生产的第一道环节，硅单晶炉是制作硅片的主要装置。

晶盛机电是该领域龙头，承担过2项国家科技重大专项，硅单晶炉技术领先，国内高端市场占有率第一。

2019 年公司实现营收 31.09 亿元，其中单晶炉实现营收21.73 亿元，占比近 70%，毛利 8.29 亿元，占比 74.93%。中环股份、沪硅产业、有研硅股等硅片企业都是其客户。

今年上半年，公司完成了8英寸硬轴直拉硅单晶炉、6 英寸碳化硅单晶炉外延设备的开发。其中碳化硅单晶炉已经交付客户使用，外延设备、抛光设备完成技术验证，12英寸半导体单晶炉已经在国内知名客户中产业化应用。

此外，公司增加了半导体抛光液、阀门、磁流体部件、16-32 英寸坩埚等新产品的研发和市场开拓力度，产业链配套优势逐步显现。晶盛机电早年从光伏设备行业起步，逐步进入半导体设备领域，如今又从单一的硅单晶炉设备，向切片、抛光、外延设备等拓展，甚至研发出了第三代碳化硅半导体设备。

2)热处理设备

热处理设备包括卧式炉、立式炉和快速升温炉(RTP)等，主要是对硅片进行氧化、扩散、退火等工艺处理。

北方华创是该领域龙头，在热处理设备的各个细分领域均有成熟的产品线。

今年上半年，公司在长江存储获得 3 台硅刻蚀、3 台 PVD、2 台炉管及 5 台退火设备订单，其中硅刻蚀设备市占率达 27%。同时在华虹系获得 3 台硅刻蚀、1 台 PVD 及 2 台退火设备订单;在积塔半导体获得 2 台刻蚀、4 台氧化设备及 1 台退火设备订单。

北方华创不仅是热处理设备的龙头，还是光伏、锂电、半导体的硅刻蚀、薄膜沉积、清洗设备，甚至第三代碳化硅半导体设备的龙头之一。今年上半年，公司的碳化硅(SiC)长晶炉、刻蚀机、PVD、PECVD 等第三代半导体设备开始批量供应市场;

12 寸硅刻蚀机、金属 PVD、立式氧化/退火炉、湿法清洗机等多款高端半导体设备也相继进入量产阶段，研发成果有种下饺子的感觉。

3)光刻设备

光刻是晶圆生产的核心环节，包括光刻机和涂胶显影机。

我国的光刻机技术比较落后，最先进的上海微电子也只能量产90nm的沉浸式光刻机。

据报道，上海微电子将在2021年完成首台28nm国产光刻机的交付。为了加快我国光刻机技术的进步，各方群策群力。

据悉，张江高科参与了上海微电子的A轮融资，投资成本为2.23亿元。业内预测，考虑在不同市值和不同IPO摊薄比例的情景下，张江高科有望获得26.6亿元到54.9亿元之间的税后投资收益(所得税率按25%)。

对我国光刻机技术形成瓶颈制约的，主要是光学精密元器件的落后。该领域的龙头是茂莱光学，目前已获科创板IPO受理，主要产品包括精密光学器件、高端光学镜头和先进光学系统三大类业务，覆盖深紫外DUV、可见光到远红外全谱段。

茂莱光学是上海微电子的核心供应商之一，2017-2019年，茂莱光学实现营业收入分别为1.52亿元、1.84亿元及2.22亿元，复合增长率达20.82%。根据招股书，2019年公司实现了大视场大数值孔径显微物镜系列产品、高精度快速半导体制造工艺缺陷检测光学系统的量产。

同时，也在不断突破紫外光学的加工和镀膜、大口径高精度透镜加工等各类技术，推进大口径干涉系统、光刻机光学系统、车载激光雷达等高端镜头和系统的国产化研发。

除了在半导体业务的开拓，公司在AR/VR、自动驾驶等领域，也成功进入了微软、脸谱、谷歌旗下自动驾驶平台的供应链体系。

在涂胶显影机领域，芯源微是行业龙头。

在国内的涂胶显影设备市场上，日本东京电子垄断了90%的份额，芯源微的市占率为5%左右，是我国唯一能突破28nm技术的公司。光刻机是主要瓶颈，茂莱光学的深紫外DUV光学技术正在研发中。

4)刻蚀设备

刻蚀是硅片进行光刻之后最重要的流程，包括硅刻蚀、金属刻蚀和介质刻蚀设备等。

目前，我国的刻蚀设备是比较先进的，中微公司的第二代电介质刻蚀设备已广泛应用于28到7nm后段制程以及10nm前段制程，北方华创的硅刻蚀机也在14nm工艺上取得了重大进展。

中微公司是该领域的龙头，2020 年上半年公司实现营业收入 9.78 亿元，同比增 22.14%，实现归母净利润 1.19 亿元，同比增 291.98%。

其中，刻蚀设备营收约 6.13 亿元，同比增长约72.53%，在整体营收中占比超过一半。

公司是国内半导体设备研发投入强度最大的公司之一，最新定增融资约100亿元，用于研发7nm 以下制程的 CCP 刻蚀设备、介质刻蚀设备、高端 MEMS 等离子体刻蚀设备、先进3nm技术的多晶硅刻蚀、3D NAND 多层台阶刻蚀、ALE 原子层刻蚀设备、CVD 设备等。

5)离子注入设备

硅片刻蚀后，需要将一些特殊的杂质离子注入到硅衬底去，这就是离子注入机。

离子注入机是半导体晶圆制造设备中，难度和单价仅次于光刻机的关键设备，此前由美国AMAT 和 Axcelis 两大公司垄断约 70%份额。

我国该领域的龙头是万业企业旗下的凯世通，背后大股东是上海浦东科技投资公司，我国顶级的科技创投势力之一。

凯世通2009年成立，早期主要从事光伏行业的离子注入设备研发，出货量排名世界第一。近两年，公司开始切入半导体领域，全力推进“高能离子注入机关键技术研究及样机验证”的研发工作。

2019年，凯世通的晶圆离子注入机已获得国内12英寸晶圆厂和主流存储器芯片厂的产线验证，产品在束流强度指标上表现优秀。另外，中国电子科技集团旗下的电科装备也已经研制出了大束流28nm高能离子注入机，并在中芯国际12英寸生产线现场进行使用。

6)薄膜沉积设备

薄膜沉积工艺，分为物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和外延三大类。

北方华创的PVD设备已经用于28nm生产线中，14nm工艺设备也已实现重大进展。沈阳拓荆的PECVD设备已在中芯国际40-28nm产线使用，ALD设备也在14nm工艺产线通过验证。

7)抛光设备

晶圆制造的后期，需要对硅片表面进行平坦化处理，这就用到了抛光机。

该领域的龙头是华海清科，目前处于科创板上市辅导中。

华海清科成立于2013年，实际控制人为清华大学，核心团队成员来自清华大学摩擦学国家重点实验室。

根据中国国际招标网的信息，今年上半年，华海清科在华虹半导体(无锡)项目获得3台CMP，累计获得5台CMP订单，在该产线的CMP 市占率是38%。此外，华海清科还中标上海新昇1台CMP设备，在长江存储的CMP设备份额为14.9%。

华海清科还参与了国家02专项项目——“28-14nm抛光设备及工艺、配套材料产业化”项目，是我国在抛光设备领域的领军企业。

8)清洗设备

几乎所有工艺流程都需要清洗环节，这就用到了清洗设备。

盛美半导体是该领域的龙头，目前科创板上市申请已获受理，并已在2017年美国纳斯达克上市。

在国内的国产清洗设备市场中，盛美占据80%左右的市场份额，其余20%则由北方华创、芯源微和至纯科技三家公司瓜分。

除了盛美，北方华创的清洗设备也能满足28nm技术节点的需求。

作为行业龙头，盛美半导体在2009年就研发出了第一款兆声波清洗技术SAPS，并进入到SK海力士的无锡生产线。此后，陆续研发出了TEBO、Tahoe等全球领先的半导体清洗技术，技术节点正向5nm、3nm等先进制程工艺不断突破。

9)检测设备

测试设备包括工艺检测设备、硅片测试设备和晶圆中测设备等，晶圆中测设备又包括探针卡、探针台和测试机等，种类繁多。

该领域的龙头是赛腾股份，公司通过收购日本Optima进入半导体检测设备领域，客户包括了三星、SK 海力士、台积电等顶级大厂。

目前世界芯片检测设备由美国科磊、应用材料、日本日立三家公司垄断，合计市占率高达75%。我国的国产化率在5%以下，赛腾股份瞅准机会，2019年9月以1.6亿元收购了日本Optima株式会社67.53%股份。

Optima的规模虽然不大，2018年实现收入1.79亿元、净利润3070.55万元。

但由于发展时间较早，在晶圆边缘检测、晶圆正面/背面检测、宏观检测、针孔检测等晶圆缺陷检测设备上有成熟的产品线，技术储备对国内来说是稀缺的。通过母公司的穿针引线，目前其设备正陆续进入到国内的半导体产线中。截至2020年上半年，Optima的主要国内客户包括上海新昇、中环半导体、西安奕斯伟硅片等。

二、PART TWO 材料端

1)硅片

硅片是制作芯片的基底，也是占半导体材料市场比重最大的环节。

在国际市场上，日本的信越化学、住友胜高、德国的世创、台湾的环球晶圆为全球四大龙头，市场合计占比80%以上。我国的龙头是沪硅产业、中环股份，虽然规模尚小，但12英寸大硅片已完全能满足28nm技术需求。

其中以沪硅产业规模最大，目前已完成了上海新晟、新傲科技、Okmetic三大子公司布局，产品覆盖中芯国际、台积电等知名企业，预计2021-2022年12英寸大硅片产能可达60万片\月。

在新产品的研发方面，目前公司已开展“20-14nm”的国家02 专项研发进度，正在认证或研发过程中的产品规格超过 30 种，包括应用于 14nm 逻辑芯片、19nm DRAM 芯片及 128 层 3D NAND 产品等。

2)电子特种气体

半导体生产中几乎每个环节都要用到电子特气，因此被称为半导体制造的“血液”和“粮食”。

电子特气的纯度直接决定了产品的性能、集成度和成品率，这是仅次于硅片的第二大晶圆制造材料。

国际市场上，美国空气化工、普莱克斯、德国林德、法国液化空气、日本大阳日酸等五大公司控制着全球90%以上的市场份额，形成寡头垄断的局面。

在国内市场，虽然国产化率还不高，但国产替代速度是比较快的，本土具有竞争力的企业包括华特气体、南大光电、昊华科技、雅克科技、金宏气体等。

目前，华特气体的部分产品已批量供应7nm、14nm等晶圆产线，部分氟碳类产品已被台积电7nm以下工艺使用。

公司研发出的20种进口替代产品已实现规模化生产，其中Ar/F/Ne混合气、Kr/Ne混合气、Ar/Ne混合气、Kr/F/Ne混合气4种光刻气产品2017年在国内市场占有率位居第一，高达60%。

华特气体也通过了全球最大光刻机供应商ASML公司的产品认证，并为中芯国际、华虹宏力等一线企业供货。相对来说，南大光电的产品以磷烷、砷烷等混合气体为主，市场集中在LED、面板等行业，半导体特种气体仍处于开拓阶段。

昊华科技的产品以含氟电子气体(三氟化氮、六氟化硫)为主，市场集中在电力、军工、光伏领域，半导体特种气体仍处于开拓阶段。雅克科技通过收购成都科美特切入氟碳类气体行业，市场集中在电力行业，并小规模为台积电、美国intel、美国TI等企业供货。

3)光刻胶

光刻胶是配套光刻机使用的特殊材料，市场规模不大，却是摩尔定律得以不断推进的关键材料之一。

国际市场上，光刻胶由日本的TOK、JSR、富士胶片、信越化学、住友化学，美国的陶氏化学等六大公司垄断。

国内的光刻胶企业包括北京科华、上海新阳、晶瑞股份、南大光电、苏州瑞红、恒坤股份等，目前技术进步很快，处于你追我赶的阶段。

本土龙头是北京科华，这是国内目前唯一能匹配荷兰ASML光刻机产线供货的光刻胶公司，彤程新材通过受让北京科华 33.70%的股权为其第一大股东。

科华的光刻胶产品涵盖KrF、I-line、G-line、紫外宽谱等各细分领域，客户包括中芯国际、华润上华、杭州士兰、吉林华微电子、三安光电、华灿光电、德豪光电等。

另外，上海新阳也在 IC 制造用 ArF 干法、KrF 厚膜胶、I 线等高端光刻胶领域取得重大突破，在建的19000吨/年ArF(干法)光刻胶项目预计2022年达产。过1-2年将可实现28nm产线的落地。

4)CMP 抛光材料

抛光液和抛光垫是配合抛光设备使用的，是CMP抛光工艺的关键材料。

国际市场上，抛光垫由美国陶氏化学(约80%份额)、美国卡博特、日本东丽等三家公司垄断，抛光液由美国的卡博特(约36%份额)、陶氏杜邦、VSM、日本日立、富士美等五家公司垄断。

都是被美国、日本两国的少数几个企业把持，主要是由于市场规模不大，技术门槛高，并且晶圆厂为了生产质量的稳定，不愿意轻易更换供应商。

结果就是行业格局的高度集中，新进入者难以找到发展的机会。抛光液领域的龙头是安集科技，产品已在14nm技术的芯片产线实现规模化应用，10-7nm技术节点正在研发中，中芯国际、长江存储、台积电、三安光电均为公司客户。

公司目前拥有抛光液总产能13314.34吨/年，在建产能16100吨/年，在抛光液中使用的CeO2磨料的专利数量位居全球第一。

公司 2020 年上半年营业收入为 1.92 亿元，同比增长 48.56%，发展迅猛。

抛光垫领域的龙头是鼎龙股份，2020年上半年抛光垫营收 0.21 亿元，同比增加 2145.96%，开始进入早期放量阶段。

公司上半年在国内多个晶圆厂长江存储、武汉新芯、中芯国际、合肥长鑫等取得重大进展，抛光垫产品已获得大客户的量产验证。

就技术而言，2020 年上半年推出了DH3110/DH3310 等应用于先进制程的产品，匹配于28nm 技术节点的抛光垫产品已经成熟，研发进度已推进到 14nm 阶段。

5)高纯湿电子化学品

超净高纯试剂是指主体成分纯度高于99.99%的化学试剂，主要用于芯片的清洗、蚀刻等制造领域。

这个领域的集中度相对较低，欧美、日韩、台湾、中国大陆都有企业能够生产，我国的主要厂家包括上海新阳、晶瑞股份、江化微、浙江凯圣和江阴润玛等。其中，龙头是上海新阳，其超纯电镀硫酸铜电镀液已成功进入中芯国际、海力士的28nm工艺制造过程。

晶瑞股份也是重要的供应商，超纯双氧水、超纯氨水及在建的高纯硫酸等主导产品已达到G5等级，其它高纯化学品均普遍在G3、G4等级。

6)靶材

在晶圆制造和测试封装两个环节需要使用靶材，目前芯片工艺中，45-28nm主要使用纯铜铝和铜锰合金靶材。

当芯片制程在20nm以下，尤其是小于7nm时，钴靶材在填满能力、抗阻力和可靠度三方面优势明显。

国际市场上，日本的日矿金属、东曹和美国的霍尼韦尔、普莱克斯四家企业占据80%的份额。国内企业主要有阿石创、隆华科技、有研新材和江丰电子等。

其中，阿石创、隆华科技产品主要用于面板、触控，江丰电子产品在半导体、太阳能光伏和面板领域均有覆盖，有研新材主要生产半导体靶材。

龙头是江丰电子，目前已可量产用于90-7nm半导体芯片的钽、铜、钛、铝靶材，其中钽靶材在台积电7nm芯片中已量产，5nm技术节点产品也已进入验证阶段。

有研新材的靶材营收规模不及江丰电子，但也能生产8-12英寸的铝、钛、铜、钴、钽半导体用靶材，客户覆盖中芯国际、台积电、联电等芯片企业。

三、总结

我国的半导体产业正处于高速发展阶段，每个细分领域都有龙头企业在卡位研发，技术的进步日新月异。

许多环节，虽然媒体上都表示技术难度很大，大部分市场被跨国巨头垄断，国产化率很低。

但实际上，就今年的业界推进情况来看，几乎所有环节(除了光刻机)，都已经有28nm技术的国产设备和材料处于生产线验证阶段。目前的瓶颈，主要就在光刻机。