HBM产业链及投资机会梳理
2024-12-10 00:00:00
股市动态分析 2024年24期
HBM产业链主要涵盖上游的材料和设备厂商，中游的IDM厂商，下游的CPU/GPU/TPU等厂商。上游设备商主要提供生产HBM所需的原材料和设备，如硅晶圆、光刻机、刻蚀机等；中游制造商则负责将原材料加工成HBM芯片，包括晶圆制造、切割、封装等环节；下游则主要是HBM芯片的应用领域，如数据中心、AI芯片、固态硬盘等。
三大关键技术构筑核心壁垒
华源证券指出，HBM制造的核心壁垒在于晶圆级先进封装技术，主要包括三大关键技术：TSV（硅通孔）、Microbump（晶圆微凸点）和堆叠键合。
TSV是一种在硅片内部钻孔并填充导电材料的技术，是HBM实现垂直互连的关键，也是成本占比最高、最核心的技术，成本占比约30%。其涉及的主要工艺流程包括：1）TSV硅通孔制造：TSV刻蚀方法主要包括深反应离子刻蚀（DRIE）和激光刻蚀。国外刻蚀设备主要由美国应用材料、泛林半导体占据；国内中微公司、北方华创等推出的等离子刻蚀机，可实现一定程度的高深宽比刻蚀。
2）TSV绝缘层制备：TSV孔内的绝缘层用于将硅衬底与孔内的传输通道隔离，主要使用化学沉积的方法沉积制作绝缘层。供应商主要包括国外的KLA（SPTS）、应用材料和国内厂商拓荆科技等。
3）阻挡层和种子层制备：在电镀铜填充TSV通孔之前，需要制备阻挡层。供应商主要包括国外的KLA（SPTS）和国内的北方华创等。
4）电镀填充：硅通孔电镀铜工艺目前主要有大马士革电镀和掩模电镀两种。供应商主要包括国外厂商德国安美特、东京电子、Ebara、应用材料、泛林集团等；电镀液包括陶氏化学、乐思化学、上村、安美特、罗门哈斯等。国内方面，设备商主要有盛美上海等；电镀液包括上海新阳、天承科技等。
5）CMP抛光：TSV工艺中引入了CMP技术，用于去除硅表面的SiO2电介质层、阻挡层和种子层。国外设备厂商主要包括应用材料、Ebara等；抛光垫、抛光液包括陶氏、FujiFilm、卡博特等。国内设备厂商包括华海清科、特思迪等；抛光垫、抛光液包括鼎龙股份、安集科技等。
Microbump是电镀形成的铜柱微凸点，用于连接堆叠在一起的内存芯片，涉及的设备和材料有PVD（靶材）、涂胶显影机、光刻机（光刻胶）、电镀设备（金属、焊料）、去胶设备（剥离液）、刻蚀设备（电子特气）、回流焊设备等。
堆叠键合工艺主要包括TC-NCF（非导电薄膜）、MR-MUF（批量回流模制底部填充）和混合键合三种类型。其中MR-MUF工艺为海力士独家所有，美光和三星目前则使用TCNCF工艺。由于不同工艺对层数和高度上限不同，未来三家逐步走向混合键合工艺，可在一定高度内实现更多的层数。
此外，由于HBM的产品结构更加精细化，生产流程更加复杂化，对质量控制设备的需求倍增。在中国半导体检测与量测市场中，设备的国产化率较低，市场主要由几家垄断全球市场的国外企业占据主导地位，其中科磊半导体在中国市场的占比仍然最高，领先于所有国内外检测和量测设备公司，但国内也正在涌现一批检测企业，包括精测电子、中科飞测、赛腾股份、睿励科学等。
国产研发持续加速未来可期
HBM国产化是国内发展AI产业的必要一环，若要实现HBM的自主量产，则需要同时具备DRAM生产和先进封装工艺的产业化能力。
DRAM生产方面，长鑫存储作为国内领先的DRAM制造商，被视为国内在HBM技术发展上的最大希望。长鑫存储与封装和测试厂通富微电合作开发了HBM样品，并向潜在的客户展示。不过长鑫目前仅具备制造HBM2的工艺节点水平，和市场主流代际差相差2代左右，仍有待进一步提升。
先进封装方面，国内具备TSV、bumping和堆叠等HBM中使用到的先进封装工艺，但仍需积累生产经验以实现商业化量产。国内存储厂商武汉新芯的三维集成工艺涉及了HBM生产的核心三大工艺（即TSV、bumping和堆叠键合技术），根据其招股说明书，公司计划建设规划产能5.0万片/月的12英寸晶圆生产线，其中三维集成业务相关产能合计4.0万片/月。由于目前国内没有HBM的量产经验，在实际生产过程中，能否熟练应用晶圆级先进封装工艺决定了HBM的良率，国内产业化落地仍需积累大量的生产经验。
根据华源证券分析，基于HBM在AI发展中的重要性和国内目前的稀缺性，国内掌握DRAM生产工艺和先进封装工艺的各家厂商通过自研或合作的方式正积极研发，对于未来HBM国产化路径有以下猜想：
1）IDM（垂直整合制造）模式：类似三星/海力士/美光，从晶圆制造到HBM先进封装工艺全部自主完成。
2）代工厂与封测厂合作模式：由代工厂负责生产DRAM晶圆，封测厂负责合作完成TSV、microbumping和堆叠键合等HBM先进封装工艺部分，二者的合作或采取深度绑定一对一形式，或采用一对多形式进行合作。
长远来看，AI需求提升有望带来先进封装及HBM各细分环节全面的机会，HBM有望成为本土AI算力产业链国产化的重要突破口，将带动上下游产业链全方位发展。
附表：HBM 产业链部分重点标的
