请阅读最后一页免责声明及信息披露 cindasc 靶材行业 -芯片产业链中 已经 实现国产替代的行业 2018 年 5 月 17 日 郭荆璞 化工行业首席分析师 张燕生 行业分析师 徐 可 研究助理 请阅读最后一页免责声明及信息披露 cindasc 信 达证 券 股份有 限 公司CI ND A SE CUR I T I ES C O . , L T D北 京市 西 城区闹 市 口 大 街 9 号 院1 号 楼 6 层 研究 开 发中心邮 编： 100031信达证券股份有限公司 CINDA SECURITIES CO.,LTD 北京市西城区闹市口大街 9 号院 1 号楼 邮编： 100031 靶材 行业 -芯片产业链中 已经 实现国产替代的行业 2018 年 5 月 17 日 美国制裁 中兴通讯 让 国人反思在芯片产业链中的软肋 。 美国 商务部宣布对中心通讯实施芯片禁售 直到 2025 年 导致中兴通讯紧急停牌，暴露了中国在半导体芯片产业链上的软肋。但是塞翁失马焉知非福，中国政府现在准备加紧在半导体产业链上的投资，相关产业链前景光明。 芯片 国产化道路光明但是曲折 。 由 于 芯片产业链非常复杂， 包括 了上游设备、设计， 中游 的制造以及下游的封装测试，每个产业链 都有很高 的技术含量。目前 国内 在芯片产业链上布局不是很完整， 造成了芯片暂时无法国产化。相信 未来 在政府的大力扶持下，芯片产业链将以非常快的速度发展。 靶材行业 是芯片产业链中为数不多的已经实现国产化的行业之一 。 半导体 靶材是整个芯片产业链上为数不多的能够国产化的 行业 之一。行业 龙头 已经在这个行业中深耕近 20 年 ，行业壁垒之高可想而知。 靶材行业 将受益于芯片国产化的大趋势 。 由于靶材 是半导体制造中不可或缺的一部分，在芯片国产化的大趋势中，率先实现国产化的靶材一定能够从中受益更多。 风险因素： 相关上市公司产品质量无法满足半导体材料要求；美国、日本对高纯度金属原材料实施出口限制；半导 体产业投资不达预期；宏观经济走软。 本期内容提要 : 证券研究报告 行业 研究 专题报告 半导体 靶材行业 郭荆璞 行业分析师 执业编号： S1500510120013 联系电话： +86 10 83326789 邮 箱： guojingpucindasc 张燕生 行业分析师 执业编号： S1500517050001 联系电话： +86 10 83326708 邮 箱： zhangyanshengcindasc 徐 可 研究 助理 联系 电话： +86 10 83326793 邮 箱： xukecindasc 请阅读最后一页免责声明及信息披露 cindasc 目 录 物理气相沉积介绍 . 1 技术发展 . 1 涂层技术 . 1 溅射靶材简介 . 2 靶材的应用领域 . 2 铝靶 . 2 钛靶及钛环 . 3 钽靶及钽环 . 3 钨钛靶 . 4 靶材行业介绍 . 4 我国溅射靶材行业发展概况 . 5 下游发展情况 . 6 半导体产业 . 6 平板显示产业 . 8 太阳能电池 . 10 相关上市公司介绍 . 11 江丰电子 . 11 阿石创 . 12 风 险因素 . 12 图 目 录 图 1：半导体芯片用铝靶、平板显示器用铝靶、太阳能电池用铝靶（从左到右） .2 图 2：半导体芯片用钛靶、半导体芯片用钛靶、半导体芯片用钛环（从左到右） .3 图 3：半导体芯片用钽靶、半导体芯片用钽环（从左到右） .3 图 4：半导体芯片用钨钛靶、太阳能电池用钨钛靶（从左到右） .4 图 5：全球半导体市场销售规模 .7 图 6：我国半导体设备售额增长情况 .7 图 7：中国半导体固定资产投资总额 .8 图 8：美国半导体固定资产投资总额 .8 图 9：全球平板电脑出货量 .9 图 10：全球太阳能装机总量 . 11 图 11：中国太阳能装机总量 . 11 请阅读最后一页免责声明及信息披露 cindasc1 物理 气相沉 积介绍 PVD 是英文 Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的缩写，是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电 离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。 技术 发展 PVD 技术出现于 20 世纪 60 年代 ，用 PVD 方法 制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视，人们在开发高性能、高可靠性涂层设备的同时，也在硬质合金、陶瓷类刀具中进行了更加深入的涂层应用研究。与 CVD 工艺相比， PVD 工艺处理温度低，在 600以下时对刀具材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层； PVD 工艺对环境无不 利影响，符合现代绿色制造的发展方向。当前 PVD 涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、车刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。 PVD 技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强度，涂层成分也由第一代的 TiN 发展为 TiC、 TiCN、 ZrN、 CrN、 MoS2、TiAlN、 TiAlCN、 TiN-AlN、 CNX、 DLC 和 TaC 等多元复合涂层。 涂层 技术 增强型磁控阴极弧：阴极弧技术是在真空条件下，通过低电压和高电流将靶材离化成离子状态，从而完成薄膜材料的沉积。增强型磁控阴 极弧利用电磁场的共同作用，将靶材表面的电弧加以有效地控制，使材料的离化率更高，薄膜性能更加优异。 过滤阴极弧：过滤阴极电弧 (FCA)配有高效的电磁过滤系统，可将离子源产生的等离子体中的宏观粒子、离子团过滤干净，经过磁过滤后沉积粒子的离化率为 100%，并且可以过滤掉大颗粒，因此制备的薄膜非常致密和平整光滑，具有抗腐蚀性能好，与机体的结合力很强。 磁控溅射：在真空环境下，通过电压和磁场的共同作用，以被离化的惰性气体离子对靶材进行轰击，致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出并沉积在基件上形成薄膜。根据使用的电离电 源的不同，导体和非导体材料均可作为靶材被溅射。 离子束 DLC：碳氢气体在离子源中被离化成等离子体，在电磁场的共同作用下，离子源释放出碳离子。离子束能量通过调整加在等离子体上的电压来控制。碳氢离子束被引到基片上，沉积速度与离子电流密度成正比。星弧涂层的离子束源采用高电压，因而离子能量更大，使得薄膜与基片结合力很好；离子电流更大，使得 DLC 膜的沉积速度更快。离子束技术的主要优点在于可沉积超薄及多层结构，工艺控制精度可达几个埃，并可将工艺过程中的颗料污染所带来的缺陷降至最小。 请阅读最后一页免责声明及信息披露 cindasc2 溅射靶材简介 超大规模集成电路制造过 程中要反复用到的溅射（ Sputtering）工艺属于物理气相沉积（ PVD）技术的一种，是制备电子薄膜材料的主要技术之一，它利用离子源产生的离子，在高真空中经过加速聚集，而形成高速度能的离子束流，轰击固体表面，离子和固体表面原子发生动能交换，使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面，被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材料，称为溅射靶材。 一般来说，溅射靶材主要由靶坯、背板等部分构成，其中，靶坯是高速离子束流轰击的目标材料，属于溅射靶材的核心部分，在溅射镀膜过程中，靶坯被离子撞击后，其表面原子被溅射飞散出来并沉 积于基板上制成电子薄膜；由于高纯度金属强度较低，而溅射靶材需要安装在专用的机台内完成溅射过程，机台内部为高电压、高真空环境，因此，超高纯金属的溅射靶坯需要与背板通过不同的焊接工艺进行接合，背板起到主要起到固定溅射靶材的作用，且需要具备良好的导电、导热性能。 在溅射靶材应用领域中，半导体芯片对溅射靶材的金属材料纯度、内部微观结构等方面都设定了极其苛刻的标准，需要掌握生产过程中的关键技术并经过长期实践才能制成符合工艺要求的产品，因此，半导体芯片对溅射靶材的要求是最高的，价格也最为昂贵；相较于半导体芯片，平面显示 器、太阳能电池对于溅射靶材的纯度和技术要求略低一筹，但随着靶材尺寸的增大，对溅射靶材的焊接结合率、平整度等指标提出了更高的要求。此外，溅射靶材需要安装在溅射机台内完成溅射过程，溅射机台专用性强，对溅射靶材的形状、尺寸和精度也设定了诸多限制。 靶材的应用领域 铝靶 图 1： 半导体芯片用铝靶 、 平板显示器用铝靶 、 太阳能电池用铝靶 （从左到右） 资料来源 ：信达证券研究开发中心 ， 江丰电子 招股说明书 高纯铝及铝合金是目前使用最为广泛的导电层薄膜材料之一。在其应用领域中，超大规模集成电路芯片的制造对溅射靶材金属纯度的要 求最高，通常要求达到 99.9995%（ 5N5）以上，平板显示器、太阳能电池用铝靶的金属纯度略低，分别要求达到请阅读最后一页免责声明及信息披露 cindasc3 99.999%（ 5N）、 99.995%（ 4N5）以上。 钛靶及钛环 图 2： 半导体芯片用钛靶 、 半导体芯片用钛靶、半导体芯片用钛环 （从左到右） 资料来源 ：信达证券研究开发中心 ， 江丰电子 招股说明书 在超大规模集成电路芯片中，钛是较为最为常用的阻挡层薄膜材料之一（相应的导电层薄膜材料为铝）。在先端芯片制造工艺中，钛靶要与钛环件配套使用，其主要功用是辅助钛靶完成溅射过程。 钽靶及钽环 图 3： 半导体芯片用钽靶 、 半导体芯片用 钽 环 （从左到右） 资料来源 ：信达证券研究开发中心 ， 江丰电子 招股说明书 在最尖端的超大规模集成电路芯片中，钽是阻挡层薄膜材料之一（相应的导电层薄膜材料为铜）。钽作为阻挡层通常用于 90-14请阅读最后一页免责声明及信息披露 cindasc4 纳米技术节点的先端芯片中，所以钽靶及其环件是制造技术难度最高、品质保证要求最严的靶材产品，之前也仅有美国和日本的少数几家跨国公司（即霍尼韦尔、日矿金属、东曹、普莱克斯等）能够生产。随着国际市场对智能手机、平板电脑等消费类电子产品需求量的爆炸式增长，高端芯片的需求大幅增加，使得钽金属成为炙手可热的矿产资源，但 钽矿资源较为稀缺，使得高纯钽靶价格昂贵。 钨钛靶 钨钛合金电子迁移率低、热机械性能稳定、抗腐蚀性能优良以及化学稳定性好，近年来钨钛合金溅射靶作为半导体芯片门电路接触层材料得到应用；此外，钨钛靶还可在半导体器件的金属连接处做阻挡层，尤其适合在大电流和高温环境下使用。 图 4： 半导体芯片用 钨钛 靶 、 太阳能电池用 钨钛 靶 （从左到右） 资料来源 ：信达证券研究开发中心 ， 江丰电子 招股说明书 靶材 行业介绍 全球溅射靶材行业发展概况 由于溅射镀膜工艺所需要的溅射靶材原材料纯度高、专业应用性强，因此，此项 技术长期被欧美国家垄 断，如 霍尼韦尔（美国）、日矿金属（日本）、东曹（日本）等跨国集团为代表的溅射靶材生产商较早涉足该领域，经过几十年的技术积淀，凭借其雄厚的技术力量、精细的生产控制和过硬的产品质量居于全球溅射靶材市场的主导地位，占据绝大部分市场份额。由于 行业垄断，所以这些企业可以向下游索取更高的毛利率。 例如， 一公斤工业用铝锭的价格在 10-20 人民币 ，一公斤电子用铝锭可以卖到上千人民币 。同时 ， 在加工过程 中生产商需要避免一切可能的二次污染，造就了高纯度金属加工很高的技术壁垒 。请阅读最后一页免责声明及信息披露 cindasc5 所以，产品的 毛利率 一向 很高。由于这些技术被境外公司垄断， 而下游行业，如 太阳能、 LCD 等流水线在中国，所以 国内 大型生产型企业必须承担更加高的上游原材料价格波动风险。 这些境外企业在掌握溅射靶材生产的核心技术以后，实施极其严格的保密措施，限制技术扩散，同时不断进行横向扩张和垂直整合，将业务触角积极扩展到溅射镀膜的各个应用领域，牢牢把握着全球溅射靶材市场的主动权，并引领着全球溅射靶材行业的技术进步。 我国溅射靶材行业发展概况 受到发展历史和技术限制的影响，溅射靶材行业在我国起步较晚，目前仍然属于一个较新的行业。与国际知名企业生产的溅射靶材相比，我国溅射靶材研发生产技术还 存在一定差距，市场影响力相对有限，尤其在半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等领域，全球高纯溅射靶材市场依然被美国、日本的溅射靶材生产厂商所控制或垄断。随着溅射靶材朝着更高纯度、更大尺寸的方向发展，我国溅射靶材生产企业只有不断进行研发创新，具备较强的产品开发能力，研制出适用不同应用领域的溅射靶材产品，才能在全球溅射靶材市场中占得一席之地。 半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等下游工业对产品的品质和稳定性等方面有较高的要求，为了严格控制产品质量，下游客户尤其是全球知名厂商在选择供应商时，供应商资格认证壁垒较高， 且认证周期较长。我国高纯溅射靶材企业要进入国际市场，首先要通过部分国际组织和行业协会为高纯溅射靶材设臵的行业性质量管理体系标准，例如，应用于汽车电子的半导体厂商普遍要求上游溅射靶材供应商能够通过 ISO/TS16949 质量管理体系认证，应用于电器设备的溅射靶材生产商需要满足欧盟制定的 RoHS 强制性标准；其次，半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等下游知名客户均建立了十分完善的客户认证体系，在高纯溅射靶材供应商满足行业性质量管理体系认证的基础上，下游客户往往还会根据自身的质量管理要求再对供应商进行合格供应商认证。 认证过程主要包括技术评审、产品报价、样品检测、小批量试用、批量生产等几个阶段，认证过程相当苛刻，从新产品开发到实现大批量供货，整个过程一般需要 2-3 年时间。为了降低供应商开发与维护成本，保证产品质量的持续性，溅射靶材供应商在通过下游客户的资格认证后，下游客户会与溅射靶材供应商保持长期稳定的合作关系，不会轻易更换供应商，并在技术合作、供货份额等方面向优质供应商倾斜。 近年来，受益于国家从战略高度持续地支持电子材料行业的发展及应用推广，我国国内开始出现少量专业从事高纯溅射靶材研发和生产的企业，并成功开发出一批能 适应高端应用领域的溅射靶材，为高纯溅射靶材大规模产业化提供了良好的研发基础和市场化条件。通过将溅射靶材研发成果产业化，积极参与溅射靶材的国际化市场竞争，我国溅射靶材生产企业在技术和市场方面都取得了长足的进步，改变了高纯溅射靶材长期依赖进口的不利局面。 下游 发展情况 半导体 产业 高纯溅射靶材是伴随着半导体工业的发展而兴起的，集成电路产业成为目前高纯溅射靶材的主要应用领域之一。随着信息技术的飞速发展，要求集成电路的集成度越来越高，电路中单元器件尺寸不断缩小。每个单元器件内部由衬底、绝缘层、介质层、导体层及 保护层等组成，其中，介质层、导体层甚至保护层都要用到溅射镀膜工艺，因此溅射靶材是制备集成电路的核心材料之一。集成电路领域的镀膜用靶材主要包括铝靶、钛靶、铜靶、钽靶、钨钛靶等，要求靶材纯度很高，一般在 5N（ 99.999%）以上。 受困于 2008 年爆发的金融危机，全球半导体市场 2009 年陷入全面衰退中， 2009 年，全球半导体销售额仅为 2,263.1 亿美元，同比下降 8.90%。此后，全球半导体市场迅速反弹， 2010 年全球半导体市场总销售额约为 2,983.2 亿美元，较上年同期上涨31.82%。 2011-2014 年， 全球半导体市场保持平稳增长，年均复合增长率为 3.88%， 2014 年销售额达到 3,358.0 亿美元。 2015年全球半导体行业市场规模与 2014 年基本持平。根据世界半导体贸易统计组织（ WSTS） 统计 ， 2016 年和 2017 年全球半导体行业市场规模将继续保持增长 。总体来看，近年来全球半导体市场仍然处于整体平稳上升阶段。 随着智能手机、平板电脑、汽车电子等终端消费领域对半导体需求的持续增长，尤其是消费电子产品与互联网、移动互联网的紧密结合，导致手机、平板电脑、智能电视等网络接入终端产品的应用面持续扩大，从而进一步提升 半导体市场容量，全球半导体市场在未来将保持持续增长的态势。芯片产业是大数据、云计算、互联网的基础产业。这些产业的迅猛发展为芯片带来了强劲的市场需求。由于半导体行业所需溅射靶材品种繁多，且每一种需求量都较大，稳定的下游市场增速将有力地促进溅射靶材销售规模的扩大。 图 5： 全 球半导体市场销售规模 数据来源: W i n d 资讯半导体: 销售额: 合计: 当月值: 年度1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 20170 040 4080 80120 120160 160200 200240 240280 280320 320十亿美元 十亿美元十亿美元 十亿美元资料来源 ： Wind，信达证券研究开发中心 图 6： 我国 半导体设备 售额增长情况 数据来源: W i n d 资讯半导体设备: 销售额: 中国大陆: 当季值: 年度2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 20170. 0 0. 00. 8 0. 81. 6 1. 62. 4 2. 43. 2 3. 24. 0 4. 04. 8 4. 85. 6 5. 66. 4 6. 4十亿美元 十亿美元十亿美元 十亿美元资料来源 ： Wind，信达证券研究开发中心 根据 Wind 统计， 2016 年 全球半导体市场销售规模达到 3200 亿 美元 ， 较 2000 年 的 1600 亿 美元增加了一倍 。 显而易见 ， 半导体市场是一个非常巨大的市场 。 而由于半导体的高科技含量以及高附加值， 这个 行业通常伴随着高毛利率以及高门槛。 随着国内电子产品制造业的飞速发展，我国半导体产业市场潜力巨大。经过多年的引进和大规模投资，我国现已初步形成了从设计、前工序到后封装的产业轮廓。在全球半导体市场整体增长的带动下，我国半导体市场步入高速增长轨道。根据 Wind统计， 2016 年，我国半导体设备市场规模达到 64 亿美元， 较 2005 年 的 16 亿 美元增加了约三倍 。靶向 溅射最为一个比较成熟的半导体制造工艺 ，尤 其是国产溅射靶材具备较高的性价比优势，并且符合溅射靶材国产化的政策导向， 也充分享受到了半导体设备销售额的增长。 随着国产溅射靶材的技术成熟，我国溅射靶材的市场规模将进一步扩大，在全球市场中有望获得更多客户的认可，市场份额进一步提高。 由于 半导体行业是周期性行业，行业周期的兴衰能够直接影响行业内公司业绩的起伏。同时 ， 半导体行业也是重资产行业，扩张性投资需要大量的资金需求，如果一旦 工厂 建成，除非遇到 一些 不可抗拒因素，一般工厂是不会 闲臵 产能的。