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， 芯片內部立體結構日趨復雜，所需要的薄膜層數(shù)越來越多，對絕緣介質薄膜、導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。

薄膜沉積設備作為集成電路晶圓制造的核心設備，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備的龍頭公司——拓荊科技。

拓荊科技主要產品包括等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）設備、原子層沉積 （ALD）設備和次常壓化學氣相沉積（SACVD）設備三個產品系列，已廣泛應用于國內晶圓廠 14nm 及以上制程集成電路制造產線，并已展開 10nm 及以下制程產品驗證測試。 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、燕東微電子等國內主流晶圓廠，打破國際廠商對國內市場的壟斷，與國際寡頭直接競爭。

一、行業(yè)背景

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

圖|全球半導體設備銷售額/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，對半導體芯片的需求量巨大，同時也為半導體設備 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業(yè)快速發(fā)展的拉動下，對半導體設備的需求呈現(xiàn)持續(xù)增長的態(tài)勢。根據(jù) SEMI 統(tǒng)計，2023 年中國大陸半導體設備銷售額為 366 億美元，同比增長 29%，連續(xù)第四年成為全球最大半導體設備市場。

圖|中國大陸半導體設備銷售額/億美元

來源：SEMI、與非研究院整理

圖|薄膜沉積設備及占比

來源：拓荊科技公告

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

PECVD、ALD、SACVD、HDPCVD 及超高深寬比溝槽填充 CVD 設備，均屬于 CVD（化學氣相沉積）細分領域產品，不同的設備技術原理不同，所沉積的薄膜種類和性能不同，適用于芯片內不同的應用工序，主要應用及薄膜材料如圖示：

圖|在邏輯芯片中的應用圖示

來源：拓荊科技公告

圖| 3D NAND 存儲芯片中的應用圖示

來源：拓荊科技公告

圖|在 DRAM 存儲芯片中的應用圖示

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，主要從事高端半導體專用設備的研發(fā)、生產、銷售和技術服務，公司主要產品包括等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)設備、原子層沉積(ALD)設備、次常壓化學氣相沉積(SACVD)設備、高密度等離子體化學氣相沉積(HDPCVD)設備和晶圓混合鍵合(W2W Hybrid Bonding)設備等系列，擁有自主知識產權，技術指標達到國際同類產品的先進水平。產品主要應用于集成電路晶圓制造、 TSV 封裝、MEMS、Micro-LED 和 Micro-OLED 顯示等高端技術領域。

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)科技成果轉化創(chuàng)業(yè)投資基金企業(yè)(有限合伙)持有13.61%，中微半導體設備(上海)股份有限公司持有7.37%。

目前公司旗下設有三個子公司，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、工程技術副總裁等職。2014 年 9 月至今就職于公司，曾任技術總監(jiān)、總經理、董事，現(xiàn)任公司董事長。

核心技術人員姜謙，美國布蘭迪斯大學博士。1982 年 1 月至 2010 年 3 月，先后任職于麻省理工學院、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，曾任總經理、董事長、董事，現(xiàn)任公司核心技術人員。

核心技術人員田曉明，美國東北大學電子工程學碩士，新加坡南洋理工大學工商管理碩士。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、美國 Codi Semiconductor, Inc.、泛林半導體、尼康精機（上海）有限公司，歷任設計工程師、資深副總裁等職。2018 年 2 月至今就職于公司，曾任公司總經理，現(xiàn)任公司核心技術人員。

三、產品介紹

3.1、PECVD 設備

PECVD 設備系公司核心產品，是芯片制造的核心設備之一。主要功能是在將硅片控制到預定溫度后，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?shù)幕瘜W氣體，在等離子體的激活下，經一系列化學反應在硅片表 面形成固態(tài)薄膜。相比傳統(tǒng)的 CVD 設備，PECVD 設備在相對較低的反應溫度下 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備種類。

圖|PECVD設備示意圖

來源：拓荊科技公告

公司自成立就開始研制 PECVD 設備，在 PECVD 設備技術領域具有十余年的研發(fā)和產業(yè)化經驗， 并形成了覆蓋全系列 PECVD 薄膜材料的設備，主要包括 PECVD 產品和 UV Cure 產品。

① PECVD 產品

PECVD 設備作為公司核心產品，是芯片制造的核心設備之一，其主要功能是將硅片控制到預定溫度后，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?shù)幕瘜W氣體，在等離子體的激活下，經一系列化學反應在硅片表面形成固態(tài)薄膜。相比傳統(tǒng)的 CVD 設備，PECVD設備在相對較低的反應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備種類。

公司自成立就開始研制 PECVD 設備，在 PECVD 設備技術領域具有十余年的研發(fā)和產業(yè)化經驗， 并形成了覆蓋全系列 PECVD 薄膜材料的設備，主要包括 PECVD 產品和 UV Cure 產品。UV Cure 設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，提升薄膜應力、硬度等關鍵性能指標。

圖|PECVD設備簡介

來源：拓荊科技官網、與非研究院整理

3.2、ALD 系列產品

ALD 設備是一種可以將反應材料以單原子膜形式通過循環(huán)反應逐層沉積在硅片表面，形成對 復雜形貌的基底表面全覆蓋成膜的專用設備。由于 ALD 設備可以實現(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，在結構復雜、薄膜厚度要求精準的先進邏輯芯片、存儲芯片制造中，ALD 是必不可少的核心設備之一。

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

PE-ALD 是利用等離子體增強反應活性，提高反應速率，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薄膜材料。

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

圖|ALD設備簡介

來源：拓荊科技官網、與非研究院整理

3.3、SACVD 系列產品

SACVD 設備主要應用于深寬比小于 7:1 的溝槽填充工藝，是集成電路制造的重要設備之一。 在集成電路結構中，溝槽孔洞的深寬比越來越大，SACVD 反應腔環(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設備簡介

來源：拓荊科技官網、與非研究院整理

3.4、HDPCVD 系列產品

HDPCVD 設備主要應用于深寬比小于 5:1 的溝槽填充工藝，是集成電路制造的重要設備之一。 HDPCVD設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，雜質含量更低。

圖|HDPCVD設備簡介

來源：拓荊科技官網、與非研究院整理

3.5、超高深寬比溝槽填充 CVD 系列產品

超高深寬比溝槽填充 CVD 設備可實現(xiàn)對高深寬比溝槽結構的無孔洞填充，是集成電路制造 的重要設備之一。超高深寬比溝槽填充 CVD 設備可以在晶圓表面沉積高品質的介電薄膜材料， 經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、混合鍵合設備

應用于三維集成領域的設備是三維集成芯片、Chiplet 等芯片堆疊的技術基礎，同時也是先 進邏輯和先進存儲從 2D 向 3D 芯片設計架構發(fā)展的技術支撐?；旌湘I合設備作為晶圓級三維集成應用中最前沿的核心設備之一，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。

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

圖|Bonding設備簡介

來源：拓荊科技官網、與非研究院整理

圖|晶圓鍵合設備應用示意圖

來源：拓荊科技公告

3.7、產能

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

四、財務分析

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備平臺（PF-300M 和 PF-300T Plus）及新型反應腔（Supra-D）開發(fā)的工藝設備實現(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)化產品結構，經營規(guī)?？焖僭鲩L，規(guī)模效應逐步凸顯， 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，主要由于新產品及新工藝的收入占比大幅度增加，新產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，不斷拓展新產品及新工藝，并持續(xù)進行設備平臺及反應腔的優(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、產品結構變化及占比

圖|產品結構及變化

來源：與非研究院整理

2018年產品為PECVD設備0.52億、ALD設備0.15億，其他業(yè)務0.04億；2019年PECVD設備為2.48億元、其他業(yè)務為0.04億元，2020年PECVD設備為4.18億元、ALD設備為0.02億元、其他業(yè)務為0.07億元。2021年PECVD設備為6.75億元、ALD設備為0.29億元、其他業(yè)務為0.13億元。2022年PECVD設備為15.63億元、ALD設備為0.33億元、其他業(yè)務為0.20億元。

2023年PECVD設備和ALD設備歸類為薄膜沉積設備，營收為25.70億元、其他業(yè)務為0.70億元、新增混合鍵合設備收入為0.64億元。

圖|產品占比及變化

來源：與非研究院整理

2018-2022年，公司主要產品為PECVD設備，占比分別為73.19%、98.60%、96.10%、89.11%、91.65%、95.02%。其次為ALD設備，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設備2020年開始貢獻收入，占比為1.99%、5.43%、5.25%。其他業(yè)務占比2018-2022年分別為6.15%、1.40%、1.58%、1.68%、1.19%。

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

4.3、毛利率和凈利率

圖|分產品毛利率及變化

來源：與非研究院整理

ALD設備毛利率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年薄膜沉積設備毛利率為50.76%，混合鍵合設備毛利率為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，主要由于新產品及新工藝的收入占比大幅度增加，新產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，不斷拓展新產品及新工藝，包括超高深寬比溝槽填充 CVD 設備、PECVD Bianca 工藝設備及鍵合套準精度量測產品，并持續(xù)進行設備平臺及反應腔的優(yōu)化升級，包括新型設備平臺（PF-300T Plus 和 PF-300M）和新型反應腔（pX 和 Supra-D）等，進一步擴大公司產品及工藝覆蓋面，提升產品核心競爭力。因此，報告期內的研發(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 工藝設備、HDPCVD FSG、HDPCVD STI 工藝設備等新產品及新工藝均通過客戶驗證，實現(xiàn)了產業(yè)化應用。截至2024H1，公司推出的 PECVD、ALD、SACVD、 HDPCVD 及超高深寬比溝槽填充 CVD 薄膜設備可以支撐邏輯芯片、存儲芯片中所需的全部介質薄膜材料的約 100 多種工藝應用。

五、總結

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

另據(jù)拓荊科技公告，面對外部打壓，公司已經搭建了穩(wěn)定供應鏈體系，能夠確保公司經營業(yè)務的安全性及完整性。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。