先進邏輯和3D存儲的希望，PECVD、晶圓鍵合龍頭——拓荊科技

隨著集成電路制造不斷向更先進工藝發(fā)展，單位面積集成的電路規(guī)模不斷擴大， 芯片內(nèi)部立體結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，所需要的薄膜層數(shù)越來越多，對絕緣介質(zhì)薄膜、導(dǎo)電金屬薄膜的材料種類和性能參數(shù)不斷提出新的要求。在 90nm CMOS 工藝，大約需要 40 道薄膜沉積工序。在 3nmFinFET 工藝產(chǎn)線，需要超過 100 道薄膜沉積工序，涉及的薄膜材料由 6 種增加到近 20 種，對于薄膜顆粒的要求也由微米級提高到納米級。薄膜設(shè)備的發(fā)展支撐了集成電路制造工藝向更小制程發(fā)展。

薄膜沉積設(shè)備作為集成電路晶圓制造的核心設(shè)備，沉積的薄膜是芯片電路中的功能材料層，是芯片制造的核心工藝環(huán)節(jié)。今天我們就來研究薄膜沉積設(shè)備的龍頭公司——拓荊科技。

拓荊科技主要產(chǎn)品包括等離子體增強化學(xué)氣相沉積（PECVD）設(shè)備、原子層沉積 （ALD）設(shè)備和次常壓化學(xué)氣相沉積（SACVD）設(shè)備三個產(chǎn)品系列，已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)晶圓廠 14nm 及以上制程集成電路制造產(chǎn)線，并已展開 10nm 及以下制程產(chǎn)品驗證測試。 主要客戶包含中芯國際、華虹集團、長江存儲、長鑫存儲、廈門聯(lián)芯、燕東微電子等國內(nèi)主流晶圓廠，打破國際廠商對國內(nèi)市場的壟斷，與國際寡頭直接競爭。

一、行業(yè)背景

根據(jù) SEMI 統(tǒng)計和預(yù)測，2023 年全球半導(dǎo)體設(shè)備的銷售額達 1,063 億美元，2024 年預(yù)計增長至 1,090 億美元， 并持續(xù)保持增長態(tài)勢，2025 年預(yù)計達到 1,280 億美元的新高。

圖|全球半導(dǎo)體設(shè)備銷售額/億美元

來源：SEMI、與非研究院整理

中國大陸作為全球最大的消費電子市場，對半導(dǎo)體芯片的需求量巨大，同時也為半導(dǎo)體設(shè)備 帶來了廣闊的市場空間，尤其是在終端市場強勁需求和新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的拉動下，對半導(dǎo)體設(shè)備的需求呈現(xiàn)持續(xù)增長的態(tài)勢。根據(jù) SEMI 統(tǒng)計，2023 年中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷售額為 366 億美元，同比增長 29%，連續(xù)第四年成為全球最大半導(dǎo)體設(shè)備市場。

圖|中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷售額/億美元

來源：SEMI、與非研究院整理

圖|薄膜沉積設(shè)備及占比

來源：拓荊科技公告

在高端半導(dǎo)體設(shè)備中，薄膜沉積設(shè)備、光刻設(shè)備、刻蝕設(shè)備共同構(gòu)成芯片制造三大核心設(shè)備，決定了芯片制造工藝的先進程度。薄膜沉積設(shè)備所沉積的薄膜是芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)的功能材料層，在芯片制造過程中需求量巨大，且直接影響芯片的性能。由于不同芯片結(jié)構(gòu)所需要的薄膜材料種類不同、沉積工序不同、性能指標(biāo)不同，相應(yīng)產(chǎn)生了巨大的薄膜沉積設(shè)備市場。2023 年，晶圓制造設(shè)備銷售額約占總體半導(dǎo)體設(shè)備銷售額的 90%，達到約 960 億美元；而薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模約占晶圓制造設(shè)備市場的 22%，由此推算，2023 年全球薄膜沉積設(shè)備市場規(guī)模約為 211 億美元。

PECVD、ALD、SACVD、HDPCVD 及超高深寬比溝槽填充 CVD 設(shè)備，均屬于 CVD（化學(xué)氣相沉積）細分領(lǐng)域產(chǎn)品，不同的設(shè)備技術(shù)原理不同，所沉積的薄膜種類和性能不同，適用于芯片內(nèi)不同的應(yīng)用工序，主要應(yīng)用及薄膜材料如圖示：

圖|在邏輯芯片中的應(yīng)用圖示

來源：拓荊科技公告

圖| 3D NAND 存儲芯片中的應(yīng)用圖示

來源：拓荊科技公告

圖|在 DRAM 存儲芯片中的應(yīng)用圖示

來源：拓荊科技公告

二、公司介紹

2.1、公司概況

拓荊科技股份有限公司成立于 2010 年，2022 年 4 月 20 日正式登陸科創(chuàng)板，主要從事高端半導(dǎo)體專用設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和技術(shù)服務(wù)，公司主要產(chǎn)品包括等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備、原子層沉積(ALD)設(shè)備、次常壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)設(shè)備、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)設(shè)備和晶圓混合鍵合(W2W Hybrid Bonding)設(shè)備等系列，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，技術(shù)指標(biāo)達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。產(chǎn)品主要應(yīng)用于集成電路晶圓制造、 TSV 封裝、MEMS、Micro-LED 和 Micro-OLED 顯示等高端技術(shù)領(lǐng)域。

2.2、股東背景

公司暫無控股股東和實際控制人，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金股份有限公司持有19.77%，國投(上海)科技成果轉(zhuǎn)化創(chuàng)業(yè)投資基金企業(yè)(有限合伙)持有13.61%，中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)股份有限公司持有7.37%。

目前公司旗下設(shè)有三個子公司，分別為拓荊科技上海（持股比例100%）、拓荊科技北京（持股比例 100%）和拓荊鍵科（持股比例 55%）。

2.3、高管情況

董事長呂光泉，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校博士。1994 年 8 月至 2014 年 8 月，先后任職于美國科學(xué)基金會尖端電子材料研究中心、美國諾發(fā)、德國愛思強公司美國 SSTS 部，歷任副研究員、工程技術(shù)副總裁等職。2014 年 9 月至今就職于公司，曾任技術(shù)總監(jiān)、總經(jīng)理、董事，現(xiàn)任公司董事長。

核心技術(shù)人員姜謙，美國布蘭迪斯大學(xué)博士。1982 年 1 月至 2010 年 3 月，先后任職于麻省理工學(xué)院、英特爾公司、美國諾發(fā)、欣欣科技（沈陽）有限公司，歷任研究員、研發(fā)副總裁、執(zhí)行董事等職。2010 年 4 月至今就職于公司，曾任總經(jīng)理、董事長、董事，現(xiàn)任公司核心技術(shù)人員。

核心技術(shù)人員田曉明，美國東北大學(xué)電子工程學(xué)碩士，新加坡南洋理工大學(xué)工商管理碩士。1982 年 2 月至 2018 年 2 月，先后任職或就讀于江西景光電子有限公司、美國東北大學(xué)、美國 Codi Semiconductor, Inc.、泛林半導(dǎo)體、尼康精機（上海）有限公司，歷任設(shè)計工程師、資深副總裁等職。2018 年 2 月至今就職于公司，曾任公司總經(jīng)理，現(xiàn)任公司核心技術(shù)人員。

三、產(chǎn)品介紹

3.1、PECVD 設(shè)備

PECVD 設(shè)備系公司核心產(chǎn)品，是芯片制造的核心設(shè)備之一。主要功能是在將硅片控制到預(yù)定溫度后，使用射頻電磁波作為能量源在硅片上方形成低溫等離子體，通入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)氣體，在等離子體的激活下，經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)在硅片表 面形成固態(tài)薄膜。相比傳統(tǒng)的 CVD 設(shè)備，PECVD 設(shè)備在相對較低的反應(yīng)溫度下 形成高致密度、高性能薄膜，不破壞已有薄膜和已形成的底層電路，實現(xiàn)更快的 薄膜沉積速度，是芯片制造薄膜沉積工藝中運用最廣泛的設(shè)備種類。

圖|PECVD設(shè)備示意圖

來源：拓荊科技公告

公司自成立就開始研制 PECVD 設(shè)備，在 PECVD 設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域具有十余年的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗， 并形成了覆蓋全系列 PECVD 薄膜材料的設(shè)備，主要包括 PECVD 產(chǎn)品和 UV Cure 產(chǎn)品。

① PECVD 產(chǎn)品

PECVD 設(shè)備作為公司核心產(chǎn)品，是芯片制造的核心設(shè)備之一，其主要功能是將硅片控制到預(yù)定溫度后，使用射頻電磁波作為能量源在硅片上方形成低溫等離子體，通入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)氣體，在等離子體的激活下，經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)在硅片表面形成固態(tài)薄膜。相比傳統(tǒng)的 CVD 設(shè)備，PECVD設(shè)備在相對較低的反應(yīng)溫度下形成高致密度、高性能薄膜，不破壞已有薄膜和已形成的底層電路，實現(xiàn)更快的薄膜沉積速度，是芯片制造薄膜沉積工藝中運用最廣泛的設(shè)備種類。

公司自成立就開始研制 PECVD 設(shè)備，在 PECVD 設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域具有十余年的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗， 并形成了覆蓋全系列 PECVD 薄膜材料的設(shè)備，主要包括 PECVD 產(chǎn)品和 UV Cure 產(chǎn)品。UV Cure 設(shè)備主要用于薄膜紫外線固化處理，該工序通過對薄膜進行后處理，有效改善薄膜 性能，提升薄膜應(yīng)力、硬度等關(guān)鍵性能指標(biāo)。

圖|PECVD設(shè)備簡介

來源：拓荊科技官網(wǎng)、與非研究院整理

3.2、ALD 系列產(chǎn)品

ALD 設(shè)備是一種可以將反應(yīng)材料以單原子膜形式通過循環(huán)反應(yīng)逐層沉積在硅片表面，形成對 復(fù)雜形貌的基底表面全覆蓋成膜的專用設(shè)備。由于 ALD 設(shè)備可以實現(xiàn)高深寬比、極窄溝槽開口的 優(yōu)異臺階覆蓋率及精確薄膜厚度控制，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄膜厚度要求精準(zhǔn)的先進邏輯芯片、存儲芯片制造中，ALD 是必不可少的核心設(shè)備之一。

公司 ALD 系列產(chǎn)品包括 PE-ALD（等離子體增強原子層沉積）產(chǎn)品和 Thermal-ALD（熱處理原 子層沉積）產(chǎn)品。

PE-ALD 是利用等離子體增強反應(yīng)活性，提高反應(yīng)速率，具有相對較快的薄膜沉積速度、較低 的沉積溫度等特點，適用于沉積硅基介質(zhì)薄膜材料。

Thermal-ALD 是利用熱能使反應(yīng)物分子吸附在基底表面，再進行化學(xué)反應(yīng)，生成薄膜，具有相對較高的反應(yīng)溫度、優(yōu)越的臺階覆蓋率、高薄膜質(zhì)量等特點，適用于金屬、金屬氧化物、金屬氮化物等薄膜沉積。

圖|ALD設(shè)備簡介

來源：拓荊科技官網(wǎng)、與非研究院整理

3.3、SACVD 系列產(chǎn)品

SACVD 設(shè)備主要應(yīng)用于深寬比小于 7:1 的溝槽填充工藝，是集成電路制造的重要設(shè)備之一。 在集成電路結(jié)構(gòu)中，溝槽孔洞的深寬比越來越大，SACVD 反應(yīng)腔環(huán)境具有特有的高溫（400℃- 550℃）、高壓（30-600Torr）環(huán)境，具有快速優(yōu)越的填孔能力。

圖|SACVD設(shè)備簡介

來源：拓荊科技官網(wǎng)、與非研究院整理

3.4、HDPCVD 系列產(chǎn)品

HDPCVD 設(shè)備主要應(yīng)用于深寬比小于 5:1 的溝槽填充工藝，是集成電路制造的重要設(shè)備之一。 HDPCVD設(shè)備可以同時進行薄膜沉積和濺射，所沉積的薄膜致密度更高，雜質(zhì)含量更低。

圖|HDPCVD設(shè)備簡介

來源：拓荊科技官網(wǎng)、與非研究院整理

3.5、超高深寬比溝槽填充 CVD 系列產(chǎn)品

超高深寬比溝槽填充 CVD 設(shè)備可實現(xiàn)對高深寬比溝槽結(jié)構(gòu)的無孔洞填充，是集成電路制造 的重要設(shè)備之一。超高深寬比溝槽填充 CVD 設(shè)備可以在晶圓表面沉積高品質(zhì)的介電薄膜材料， 經(jīng)過固化及氧化等處理工藝后，可達到完全填充間隙而不會留下孔洞和縫隙的效果。

3.6、混合鍵合設(shè)備

應(yīng)用于三維集成領(lǐng)域的設(shè)備是三維集成芯片、Chiplet 等芯片堆疊的技術(shù)基礎(chǔ)，同時也是先 進邏輯和先進存儲從 2D 向 3D 芯片設(shè)計架構(gòu)發(fā)展的技術(shù)支撐。混合鍵合設(shè)備作為晶圓級三維集成應(yīng)用中最前沿的核心設(shè)備之一，可以提供鍵合面小于 1μm 互聯(lián)間距以實現(xiàn)芯片或晶圓的堆疊，使芯片間的通信速度提升至業(yè)界更高水平，從而提高芯片系統(tǒng)性能。

面向新的技術(shù)趨勢和市場需求，公司積極布局并成功進軍高端半導(dǎo)體設(shè)備的前沿技術(shù)領(lǐng)域， 推出了應(yīng)用于晶圓級三維集成領(lǐng)域的混合鍵合（Hybrid Bonding）設(shè)備產(chǎn)品系列，同時，該設(shè)備還能兼容熔融鍵合（Fusion Bonding）。

圖|Bonding設(shè)備簡介

來源：拓荊科技官網(wǎng)、與非研究院整理

圖|晶圓鍵合設(shè)備應(yīng)用示意圖

來源：拓荊科技公告

3.7、產(chǎn)能

目前公司在沈陽、上海、海寧均有研發(fā)及生產(chǎn)基地，可以滿足當(dāng)前公司的生產(chǎn)需求。公司正在建設(shè)的上海臨港二廠預(yù)計2025年上半年投入使用，將進一步提升公司產(chǎn)能，此外，公司目前正在規(guī)劃沈陽二廠的建設(shè)，這將為公司后續(xù)的產(chǎn)能提供支撐。

四、財務(wù)分析

4.1、營收和扣非凈利潤變化

圖|營收變化

來源：與非研究院整理

2017-2023年，公司營收除2018年下降為，其余年份都實現(xiàn)了高速增長，分別為1.75億元、0.71億元、2.51億元、4.36億元、7.58億元、17.06億元、27.05億元、22.78億元。2018-2023年平均增速為87.82%。

2024Q1-Q3實現(xiàn)營收22.78億元，同比增長33.97%。公司 2024 年前三個季度收入穩(wěn)步提升，主要由于公司多款基于新型設(shè)備平臺（PF-300M 和 PF-300T Plus）及新型反應(yīng)腔（Supra-D）開發(fā)的工藝設(shè)備實現(xiàn)收入確認。

圖|扣非凈利潤變化

來源：與非研究院整理

2017年歸母凈利為0.1億元，暫無扣非利潤統(tǒng)計；2018-2021年，連續(xù)4年扣非凈利潤為負，分別為-1.50億元、-0.62億元、-0.57億元、-0.82億元；2022-2023年凈利潤持續(xù)增長，分別為1.78億元、3.12億元；2024Q1-Q3扣非凈利潤為0.65億元，同比-62.72%。

2023年，公司不斷優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，經(jīng)營規(guī)?？焖僭鲩L，規(guī)模效應(yīng)逐步凸顯， 2023年研發(fā)投入 57,594.89 萬元，同比增長 52.07%，持續(xù)的高強度研發(fā)投入，促進公司整體營業(yè)收 入、盈利能力大幅提升。

2024年前三季度歸母凈利潤同比微增，主要原因為：1）公司前三季度毛利率階段性下降，主要由于新產(chǎn)品及新工藝的收入占比大幅度增加，新產(chǎn)品及新工藝在客戶驗證過程成本相對較高。2）公司持續(xù)進行高強度研發(fā)投入，不斷拓展新產(chǎn)品及新工藝，并持續(xù)進行設(shè)備平臺及反應(yīng)腔的優(yōu)化升級，2024年前三季度研發(fā)投入為4.81億元，同比增加1.26億元。

4.2、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化及占比

圖|產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及變化

來源：與非研究院整理

2018年產(chǎn)品為PECVD設(shè)備0.52億、ALD設(shè)備0.15億，其他業(yè)務(wù)0.04億；2019年P(guān)ECVD設(shè)備為2.48億元、其他業(yè)務(wù)為0.04億元，2020年P(guān)ECVD設(shè)備為4.18億元、ALD設(shè)備為0.02億元、其他業(yè)務(wù)為0.07億元。2021年P(guān)ECVD設(shè)備為6.75億元、ALD設(shè)備為0.29億元、其他業(yè)務(wù)為0.13億元。2022年P(guān)ECVD設(shè)備為15.63億元、ALD設(shè)備為0.33億元、其他業(yè)務(wù)為0.20億元。

2023年P(guān)ECVD設(shè)備和ALD設(shè)備歸類為薄膜沉積設(shè)備，營收為25.70億元、其他業(yè)務(wù)為0.70億元、新增混合鍵合設(shè)備收入為0.64億元。

圖|產(chǎn)品占比及變化

來源：與非研究院整理

2018-2022年，公司主要產(chǎn)品為PECVD設(shè)備，占比分別為73.19%、98.60%、96.10%、89.11%、91.65%、95.02%。其次為ALD設(shè)備，2018年占比20.66%，2019年無占比，2020年占比0.42%、2021年占比3.78%、2022年占比1.91%。SACVD設(shè)備2020年開始貢獻收入，占比為1.99%、5.43%、5.25%。其他業(yè)務(wù)占比2018-2022年分別為6.15%、1.40%、1.58%、1.68%、1.19%。

2023年公司產(chǎn)品分類為薄膜沉積設(shè)備占比95.02%，混合鍵合設(shè)備占比2.38%，其他業(yè)務(wù)占比2.61%。

4.3、毛利率和凈利率

圖|分產(chǎn)品毛利率及變化

來源：與非研究院整理

ALD設(shè)備毛利率2018年為46.29%，2020年為87.09%，2021年為44.19%，2022年為46.04%。

PECVD毛利率持續(xù)攀升2018-2022年分別為29.25%、31.99%、35.49%、42.64%、49.41%。

SACVD毛利率2020年為-43.61%，2021年為62.99%，2022年為46.82%。

2023年薄膜沉積設(shè)備毛利率為50.76%，混合鍵合設(shè)備毛利率為50.84%。

圖|毛利和扣非凈利及變化

來源：與非研究院整理

綜合毛利率2017-2023年持續(xù)攀升，由27.62%提升至51.01%；凈利率由2018年-212.25%提升至2021年-10.82%，2022年扣非凈利率轉(zhuǎn)正，為10.44%，2023年為11.54%。

2024年前三季度毛利率為 43.59%，同比降低 6.75 個百分點，扣非凈利率為2.87%。屬于階段性下降，主要由于新產(chǎn)品及新工藝的收入占比大幅度增加，新產(chǎn)品及新工藝在客戶驗證過程成本相對較高，毛利率階段性下降。

4.4、研發(fā)投入情況

圖|研發(fā)支出及占比

來源：與非研究院整理

2018-2024H1研發(fā)投入分別為1.08億元、0.74億元、1.23億元、3.79億元、5.76億元、3.14億元，研發(fā)投入占營收比重分別為154.84%、29.58%、28.19%、22.21%、21.29%、24.81%。

2024H1研發(fā)費用較上年同期增長 49.61%，系公司持續(xù)進行高強度研發(fā)投入，不斷拓展新產(chǎn)品及新工藝，包括超高深寬比溝槽填充 CVD 設(shè)備、PECVD Bianca 工藝設(shè)備及鍵合套準(zhǔn)精度量測產(chǎn)品，并持續(xù)進行設(shè)備平臺及反應(yīng)腔的優(yōu)化升級，包括新型設(shè)備平臺（PF-300T Plus 和 PF-300M）和新型反應(yīng)腔（pX 和 Supra-D）等，進一步擴大公司產(chǎn)品及工藝覆蓋面，提升產(chǎn)品核心競爭力。因此，報告期內(nèi)的研發(fā)直接投入、研發(fā)人員薪酬均有所增加。

圖|研發(fā)人員數(shù)量及占比

來源：與非研究院整理

2022H1研發(fā)人員數(shù)量為164人，2022年底擴增至334人，2023年增長至484人，2024H1為506人。研發(fā)人員數(shù)量占比分別為46.46%、40.24%、45.23%、40.38%。

4.5、研發(fā)進展

圖|拓荊科技研發(fā)進展

來源：公司公告

圖|拓荊科技研發(fā)進展

來源：公司公告

公司進一步擴大以 PECVD、ALD、SACVD、HDPCVD 為主的薄膜工藝覆蓋面，推出的超高深寬比溝槽填充 CVD、PE-ALD SiN 工藝設(shè)備、HDPCVD FSG、HDPCVD STI 工藝設(shè)備等新產(chǎn)品及新工藝均通過客戶驗證，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。截至2024H1，公司推出的 PECVD、ALD、SACVD、 HDPCVD 及超高深寬比溝槽填充 CVD 薄膜設(shè)備可以支撐邏輯芯片、存儲芯片中所需的全部介質(zhì)薄膜材料的約 100 多種工藝應(yīng)用。

五、總結(jié)

拓荊科技經(jīng)過14年的發(fā)展，在PECVD、ALD、SACVD、HDPCVD、超高深寬比溝槽填充 CVD 等薄膜設(shè)備產(chǎn)品系列及混合鍵合設(shè)備產(chǎn)品系列均已在客戶端實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，量產(chǎn)規(guī)模逐步擴大，其設(shè)備性能和產(chǎn)能均達到國際領(lǐng)先水平。據(jù)專業(yè)機構(gòu)數(shù)據(jù)，目前國內(nèi)薄膜沉積設(shè)備的國產(chǎn)化率僅有8%不到，主要還是依賴進口，還是存在著較大的國產(chǎn)替代空間。

另據(jù)拓荊科技公告，面對外部打壓，公司已經(jīng)搭建了穩(wěn)定供應(yīng)鏈體系，能夠確保公司經(jīng)營業(yè)務(wù)的安全性及完整性。拓荊科技2024年前三季度出貨金額同比增長超過160%，在手訂單飽滿，對2024年全年新簽訂單趨勢較為樂觀。