高通、高盛、大筆持倉!技術堪稱硬核!這才是該上科創板的公司!

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今天,我們要研究的這家公司,最熱的科創板公司之一,做的是半導體設備中的核心——蝕刻機,其技術實力堪稱硬核。

這家公司,曾出現在美國技術諮詢委員會向總統提交的《確保美國半導體的長期領導地位》報告中,是其中唯一一家中國企業,更是一手使美國打破《瓦森納協議》,放棄「限制對華出口蝕刻設備」。

拿精細度來看,其主打產品已經做到7nm,已經打入世界第一晶圓代工廠台積電的生產線。並且,從精細度來看,7nm並不是它的極限,它最低能做到5nm,已經不輸於國際巨頭拉姆研究應用材料

其對標的公司,正是美股的蝕刻機超級巨頭——拉姆研究(Lam Research,美股代碼LRCX),大家可以感受一下它在美股的畫風:

圖1:股價圖

來源:WIND

而放眼A股,另一家能做蝕刻機的公司——北方華創,技術還停留在28nm,只進入了中芯國際的生產線。

本案的名字,為中微半導體。可以說,它代表中國半導體設備技術的最高技術水平。並且翻看它的股東名單,也是極其豪華:高通、三星、高盛、國家集成電路大基金……

來,直接上數據:

2016年至2018年,收入為6.10 億元、9.72億元、16.39億元,凈利潤為-2.39億元、0.30億元、0.91億元,經營活動現金流量凈額為-1.02億元、-1.50億元、2.61億元,毛利率為42.52%、38.59%、35.50%,銷售凈利率分別為-39.18%、3.08%、5.54%

注意,增速雖然很高,但凈利率其實只有可憐的5.54%,凈利潤僅有0.91億元,並且,如果考慮到中微半導體研發費用資本化的情況,其扣除資本化的研發費用,其凈利潤為負。

這樣的財務數據,對應本次上市發行10%股權,募資10億來看,發行估值已經高達100億元,單看PE,已經超過了100倍。

好,數據研究到這裡,接下來幾個值得我們所有人深思的重要問題來了:

1) 蝕刻機這個半導體產業的細分領域,究竟是怎樣的經營邏輯,為什麼技術壁壘如此高?

2) 中微半導體是如何撕破技術壟斷,從而成為國產龍頭、中國半導體產業希望火種的?

3) 未來,中微半導體是否有可能追趕、並且把國際巨頭按在地上摩擦?

4) 眾所周知,科技類公司的估值,是整個估值體系中最難的領域之一。這個領域風險高、收益大,估值一旦出現偏差,分分鐘就是幾千萬,甚至上億的損失——本案,最重要的問題在於,中微半導體這樣的公司,到底該怎麼為其估值?如今100億的估值,到底是便宜了,還是貴了?

今天,我們就以中微半導體為例,來研究下半導體設備的產業邏輯,以及估值特徵。對於相關賽道公司,之前我們在專業版報告庫中,研究過聞泰科技併購安世半導體、北京君正收購ISSI、韋爾股份收購北京豪威、嘉楠耘智、比特大陸,其中涉及半導體產業鏈的併購,以及估值方法,還包括半導體對比特幣產業鏈的重要性分析,以及整個半導體產業鏈、比特幣產業鏈誰才是核心公司。

聲明:本文堅決不做任何建議

韭菜請移步他處

— 01 —

技術如此彪悍,到底如何煉成?

晶片的製造有三大核心環節:薄膜沉積、光刻、刻蝕。對應三大設備:MOCVD、光刻機、刻蝕機,這三大設備占晶片製造成本的70%以上。

其中,刻蝕是晶圓製造中至關重要的一步,其技術的高低直接決定了晶片製程的大小,並且在成本上僅次於光刻。

刻蝕技術,指的是在光刻工序後,利用化學及物理方法對晶圓表面進行選擇性腐蝕或剝離,進而形成電路圖形。簡單講,光刻機的作用相當於描摹,刻蝕相當於臨摹雕刻。

上世紀60年代,刻蝕以「濕法工藝」為主,將矽片浸泡在可以與被刻蝕膜層反應的化學液體中,除去不需要的部分。

但是,液體有一個特點就是「各向同性」(isotropic etching),即化學製劑所接觸到的表面所有方向以同樣的速度刻蝕,導致刻蝕速度不可控,從而造成偏差。

80年代,美國最大的半導體設備公司——應用材料,Applied Marerials(美股代碼AMAT),終於研發出新技術「干刻法工藝」,該方法,具有較強的「各向異性」(anisotropic etching),能對晶圓進行微細的雕刻。

早期的干刻刻蝕,是利用電極板產生等離子對晶圓表面刻蝕,這種方法被稱為電容性等離子刻蝕(CCP)。

1990年,歷史上第一台基於ICP(等離子)刻蝕機由Lam Research(拉姆研究)提出,ICP由於能在低壓下產生較高濃度的等離子體,成為新一代刻蝕機的發展方向。

90年代初期,半導體產業開始從日美向韓國和台灣轉移,全球半導體設備供應龍頭AMAT、拉姆(Lam Research)開始進入中國。但是,中國的晶片產業,才剛剛萌芽,國產晶片製造工藝整整落後巨頭三代。

而此時,中微半導體創始人,尹志堯剛從拉姆研究(LAM)跳槽到美國應用材料(AMAT)擔任總經理,負責同一領域的研究開發工作,曾被譽為「矽谷最有成就的華人之一」。

2004年,60歲的尹志堯看到了國內半導體的商機,隨著晶片製造大規模向亞洲轉移,上游半導體設備工業卻仍留在美國。

於是,尹志堯決定回國創業,帶領著三十多人的團隊,衝破美國政府的層層審查,所有的工藝配方、設計圖紙都被美國沒收,一切從零開始,創辦中微半導體。[1]

但是,沒有圖紙自主研發並沒有這麼容易。一台刻蝕機每年要刻1018(百萬萬億)個又細又深的接觸孔或線條,而且合格率要達到99.99%。其挑戰難度之大可想而知。有人打了這樣一個比方:刻蝕晶圓的精確度相當於,建一條從北京連通上海的高鐵,其軌道的高低誤差不能超過1根頭髮絲。[2]

2005年,憑藉多年的經驗,中微研發出的第一台國產干法刻蝕機在中芯國際上線,成為中國在半導體設備研發領域的里程碑。

2007年,中微又推出首台雙反應台刻蝕機系列,每台設備能同時加工兩片晶圓,能為下游晶圓加工廠節約大約30%的成本。

然而,就在刻蝕機正準備進入台積電產線,卻遭來老僱主應用材料的起訴,最終由於證據不足,以和解收場。

2015年,美國商務部在實地考察了中微和中芯國際後,公告放棄「限制對華出口刻蝕設備」並通報「瓦森納協議」。

這一事件,標誌著我國公司首次打破全球巨頭在集成電路高端裝備領域的封鎖。

2016年,中微半導體成為國家集成電路產業投資基金(國家大基金)的第一個投資項目,投資總額達到4.8億元,通過幾輪融資,包括高盛集團、高通、三星、科天投資都成為了中微的投資者。

2018年,中微自研7nm等離子刻蝕機通過台積電驗證,成為國產首台進入台積電產線的半導體設備,而最先的蘋果A11晶片和華為的麒麟970均使用的是10nm工藝。

2019年3月,中微申報上交所科創板。

好,看到這裡,你覺得中微半導體做對了什麼?它憑什麼能突破「瓦森納協議」對華出口刻蝕機的限制?

— 02 —

到底怎麼賺錢?

主要做對了兩件事:1)死磕技術;2)控成本。

中微半導體,成立於2004年,科創板第四批受理申報企業。第一大股東為上海創投,持股比例為20.02%,第二大股東巽鑫投資持股比例為 19.39%。第一大股東實控人為上海國資委,第二大股東實控人為國家集成電路產業投資基金股份有限公司。

兩大股東持股比例較接近,無控股股東、無實際控制人。董事長及創始人持股比例較低,直接間接持股1.34%。

圖2:股權結構圖

來源:招股書

技術實力如此強悍的公司,來看業績:2016年至2018年,收入為6.10 億元、9.72億元、16.39億元,凈利潤為-2.39億元、0.30億元、0.91億元,經營活動現金流量凈額為-1.02億元、-1.50億元、2.61億元,毛利率為42.52%、38.59%、35.50%,銷售凈利率分別為-39.18%、3.08%、5.54%

增速極快,三年營收複合增速為64%,凈利潤複合增速為118%。

此外,需要注意的是,2018年其經營活動凈現金流遠高於凈利潤,主要是由於預收帳款大幅增長,從2016年的0.02億元增長至6.8億元,是當期凈利潤的7倍。

從資產結構來看——2018年,其總資產規模為35.33億元,其中占比最高的是存貨(35.31%)、其次是貨幣資金(18.97%)、最次是應收帳款及應收票據(14.57%)。注意,其開發支出占總資產比例較高,為9.18%。

其主營業務為:刻蝕設備、MOCVD設備及相關 。其中,MOCVD設備增長較快,為營收主要來源(50.76%),而毛利的主要來源為刻蝕設備(46.18%)。

圖3,收入結構(單位:%)

來源:併購優塾

圖4,毛利結構(單位:%)

這兩種設備,我們分別來研究:

刻蝕,是晶片製造的最關鍵步驟之一,其原理為,利用物理和化學方法將矽片表面不需要材料去除。通常分為濕刻法和干刻法,前者利用化學試劑去除矽片表面材料,後者利用等離自轟炸矽片的方式將表面材料去除。其中,干刻法可控性和精確度更高。

1)等離子刻蝕機,是利用干刻法刻蝕的加工設備。根據被刻蝕的材料不同,等離子刻蝕機又可以分為:電容性等離子刻蝕機、電感性等離子刻蝕機。

電容性等離子刻蝕機(CCP)——主要用於產生高能離子,在較硬的介質材料上(氧化矽、氮化矽、二氧化鉿),刻蝕出高深度的結構。

電感性等離子刻蝕機(ICP)—— 主要用於產生能量較低和均勻的離子較軟的和較薄的材料(單晶矽、多晶矽)。

圖6:產品圖

2)MOCVD設備——金屬有機化合物薄膜沉積設備(Metal-organic Chemical Vapor Deposition) ,將高純度的金屬或有機化合物相互作用後,在半導體晶片上形成一層超薄外延鍍膜層,主要用於LED晶片製造。

由於外延膜層決定了LED光源性能和質量,因此MOCVD設備是LED 晶片製造環節中最為昂貴的設備,占據 LED 外延晶片幾乎一半的成本。

圖7:產品圖

刻蝕設備的下游主要為集成電路製造商、半導體封測廠商,設備定製化程度高,因此毛利率最高,2016-2018年毛利率分別為43.13%、38.37%、47.52%;

MOCVD設備的下游主要是 LED 晶片製造商,標準化程度相對較高,綜合毛利率相對較低,2016年-2018年毛利率分別為33.82%、38.13%、26.33%。

要把半導體設備賽道研究明白,我們需要從整個半導體產業鏈的分析開始:

圖片8:半導體產業鏈

來源:中商情報局

按照主要生產過程區分,半導體產業鏈可分為上、中、下游:

上游——為半導體材料和設備。其中半導體原材料包括矽片、光刻膠、靶材等;半導體設備包括光刻機、刻蝕機、薄膜沉積設備、離子注入機、測試機、分選機、探針台。

中游——為集成電路的製造。包括半導體晶片設計環節、晶圓加工製造環節和封裝測試。

下游——為半導體應用領域。主要分為集成電路、光電子器件、分立器件和傳感器等四大類終端應用,其中集成電路為主要應用終端,占比為84%,其次為光電子器件,占比9%。

來看產業鏈各環節的價值鏈分配情況:

上游代表企業有:1)光刻機:阿斯麥(毛利率45%);2)刻蝕機:中微半導體(毛利率47%;3)薄膜沉積設備 東京電子(毛利率42%)。

集成電路晶片成本結構中,晶圓製造設備占比最大,為81%。並且,該賽道技術壁壘最高,CR10 市場份額接近 80%,呈現寡頭壟斷局面,據 SEMI 統計,中國大陸半導體設備廠商只占全球份額的 1-2%。

圖9:刻蝕設備占半導體設備成本比(單位:%)

來源:申萬宏源

中游代表企業有:1)晶片設計:美國高通(毛利率55%)2)代工製造廠:台積電(毛利率48%)3)封測:日月光(毛利率:20%)。

中游呈現明顯的頭部效應,比如台積電代工製造業務全球市占率高達60%,另外封測行業的進入壁壘較低,國產化率較高。

半導體下游應用範圍較廣:主要應用場景有智慧型手機,代表企業有蘋果(毛利率38%);安防監控,代表企業有海康威視(毛利率44%)。

這條產業鏈到底有多牛逼,我們從美股選擇幾家公司,大家感受一下畫風便知:

上游的阿斯麥——

圖:阿斯麥股價 單位:美元

圖片來源:WIND

中游的台積電——

圖:台積電股價 來源:WIND

梳理完產業鏈情況,我們來看看本案的基礎數據:

圖:營收及增速(單位:億元(左)%(右))

圖:凈利潤現金流(單位:億元)


圖:毛利率凈利率(單位:%)

中微半導體,位於半導體產業鏈位於上游的設備賽道。中微的商業模式大致可分為四步:研發——簽署客戶訂單——生產——銷售。

產業鏈分析完,接下來,如果你是中微半導體的老闆,在半導體設備製造賽道,你會從什麼核心護城河上開始突破?

— 03 —

研發 投資

當然是技術。本案,中微半導體,主要業務是電容等離子刻蝕設備(CCP)和電感等離子體刻蝕設備(ICP)。這是蝕刻機的兩種技術流派。

先看CCP——Capacitance Couple Plasma,其原理是兩塊平行的電容極板,通過電場加速放電,產生兩個電極和等離子體,兩塊極板頂部通過高壓釋放高能離子,底部釋放低能離子來刻蝕矽片表面材料。

圖10:CCP原理圖

其特點為能夠實現上下兩塊電容極板的獨立控制。但是,CCP電容等離子當兩塊電源頻率接近時,雙頻放電會產生較強的非線性作用,導致等離子濃度不均勻。

所以,CCP 刻蝕技術會導致矽片表面粗糙或底層損傷。因此,主要用於刻蝕硬度高、需要高能量離子反應刻蝕的介質和金屬材料。

目前,其技術主流代表企業為東京電子(TEL),市場份額為54%,其次為拉姆研究(40%),中微半導體排名第三,市占率為3%,市場前兩大巨頭市占率為94%。

圖11:CCP設備公司排名

來源:招股書

在CCP技術之後,ICP技術解決了CCP均勻性不高的問題。

ICP——Inductance Couple Plasma,電感等離子體刻蝕,是通過電流線圈纏繞充滿氣體的石英玻璃管進行放電產生等離子體;TCP, transform couple plasma,平面盤繞電感等離子體,是在ICP基礎上將感應線圈放置在一個平面內,因此TCP的離子體更均勻。

ICP較CCP技術要求更高,相比電容性放電,電感能夠在低壓下產生更高密度、更均勻的等離子體,對晶圓的傷害較小,不僅能夠刻蝕介質,更能夠刻蝕難度最高的矽材料

圖12:電容VS電感原理

來源:申萬宏源

目前,國內僅有兩家能夠生產出ICP設備,一個是北方華創的NMC612D,另一個就是中微半導體的Primo nanova高端系列。

研發水平,在財報上最直觀的體現就是研發投入有多大,2016年至2018年,研發支出分別為3.02億元、3.3億元、4.04億元,占收入比重分別為49.62%、34%、24.65%。

圖13:研發及占收入比重(單位:億元)

2017年-2018年,中微的研發資本化支出分別為1.62億元、3.24億元,資本化比例分別為高達31.53%、47.94%,是凈利潤的5.4倍、3.56倍。

高額的研發是行業特點嗎?我們來對比同行業來看:

應用材料(AMAT)——2016年-2018年研發支出為15.40億美元、17.74億美元、20.19億美元,占營業收入的比重為:14.23%、12.20%、11.70%,無資本化;

拉姆研究(LAM)——2016年-2018年研發支出為9.14億美元、10.34億美元、11.90億美元,占營業收入的比重為:15.52%、12.90%、10.74%,無資本化;

北方華創——2016年-2017年研發支出為7.58億元、7.36億元,占營收比重為46.72%、33.13%,資本化比例為22.82%、51.55%,資本化支出是凈利潤的2.57倍、2.27倍。

從研發支出上來看,北方華創和中微的研發投入的絕對值遠不及全球龍頭廠商,但從占比來看,中微半導體的研發投入占營收比重最高,但高研發的背後,存在的問題是,研發資本化比例非常高,假如扣除資本化支出後,凈利潤可就虧了。當然,對於技術要求極高的領域,資本化處理也能理解。

研發費用資本化,這個地方我們此前多次提及,也是中美會計準則中的一個重要差異,考慮到研發費用資本化的界定標準存在一定的主觀因素,因此,此處如果大家做實地調研,需要關注。

好,研發投入了這麼多,那麼,中微半導體和國際巨頭之間的差距到底有多少呢?

— 04 —

差距在哪兒?

晶片製造最核心的指標就是製程,即精細度(單位:nm)。兩台機器差別有多大,通過其刻蝕最大製程對比就一目了然:

北方華創NMC612D——其最大晶片製程為28nm,該設備已進入中芯國際生產線;

中微半導體的Primo nanova——涵蓋14nm、7nm、到5nm尺寸的刻蝕應用,其中7nm已進入台積電生產線。而5nm的精細度已經與國際巨頭目前設備水平一致。

研究了這麼多,看起來,中微半導體與國際巨頭的差距似乎沒多少,但事實上,技術的差距並沒有這麼樂觀。

這樣的精細程度,並不是應用於所有的材料。目前,干法刻蝕根據被刻蝕的材料類型來分類,分為三種:金屬刻蝕介質刻蝕矽刻蝕

介質刻蝕,是在絕緣材料上將半導體器件中導電部分分隔開;

金屬刻蝕,主要用於連接形成集成電路各個金屬部件;

矽刻蝕,主要用於去除不需要的矽材料。

注意,矽刻蝕的難度最高,其為底層電路結構的雕刻,是刻蝕工藝中最重要的部分,矽材料刻蝕是對電晶體的刻蝕,其工藝直接定義半導體晶片的製程(精細度)。

因此,我們重點來看矽蝕刻,矽蝕刻的技術難度如何,我們用矽材料對刻蝕的選擇比(Highly selective etch)這個指標來看。

舉個例子,一個晶圓上有多層材料堆疊構成,只刻蝕上面一層材料(材料1),而同時保證下層材料(材料2)不被刻蝕。材料一與材料2的刻蝕速度的比率稱為「選擇比」,選擇比越高,技術工藝要求越高。

金屬刻蝕選擇比最低,在4:1到20:1之間,其次是介質刻蝕,在20:1到50:1之間,而對於矽刻蝕,由於多晶矽柵、淺槽隔離等尺寸極小,故精度要求極高,選擇比要達到 150:1 左右。

圖14:選擇比對比

原子層刻蝕(ALE)是目前矽刻蝕技術最先進的技術,這種技術能夠實現定向刻蝕(僅在一個方向)或各向同行刻蝕(所有方向上),其選擇比最高。

目前,全球僅龍頭拉姆研究的矽材料ALE技術(Kiyo和Flex)設備具有最新ALE定向技術。而本案,中微半導體設備仍處於介質刻蝕階段,還沒能達到矽蝕刻的地步。從全球市占率來看,拉姆研究獨占市場,其占刻蝕市場的55%,是東京電子(20%)應用材料(19%)的兩倍多。

圖15:刻蝕機市場份額(單位:%)

因此,中微半導體(市占率3%)雖然是國內龍頭,但是比起全球巨頭,還有一定差距。我們來感受一下拉姆研究的股價畫風:

圖16:股價圖(單位:元)

那麼,面對這樣的技術差距,中微半導體怎麼做才可能後來居上呢?

— 05 —

能否追趕上巨頭?

答案:技術上既然沒法短期超越,那只有一條:控成本。但此處的控成本不僅是控制自己的成本,還有幫助下游控制成本。

首先,先看為下游控成本。2007年,中微推出「Primo D-RIE」雙反應台刻蝕機系列,每台設備系統能夠裝置兩個反應台,每個反應台同時對晶圓刻蝕。雙反應台的單位投資產出比率比同類設備提高30%以上,並能使晶圓加工成本降低20%-40%

圖17:雙反應台刻蝕機

也就是說,使用中微半導體的設備,單位生產效率更高,成本更低。為下游控成本這種做法,拉姆研究也有先例。

2011年,拉姆研究收購諾發系統,基於自身的刻蝕技術,再結合諾發系統的薄膜沉積技術,前後配合統一解決工藝問題,為下遊客戶節省製造成本。收購完成後,拉姆的設備銷量爆發,營收增速從20%上升至30%。

圖18:拉姆研究營收及增速(單位:百萬美元/%)

來源:廣發證券

注意,這是一個非常關鍵的調研點,做調研的過程中,可以訪談管理層雙反應台刻蝕機的技術門檻,以及未來升級的方向。此外,在幫助下游節省成本方面還有沒有其他產品設想,一旦有新東西出來,業績爆發機率大。

其次,再看控自身的成本。當自身成本下降後,產品才有降價空間,從總成本和費用來看,研發支出是最大的部分,而研發中主要為研發員工工資,占比分別為40.46%、46.20%、36.03%。

但注意,這個地方,其實中微半導體對比美股的拉姆研究,有一個非常明顯的優勢。根據招股書,中微核心技術人員工資大約在200萬元人民幣左右,創始人尹志堯年薪為278.3萬元。

圖19:技術人員工資

來源:招股書

對比來看拉姆研究,根據世界薪水網統計,拉姆研究員工收入全球科技公司中排名第八,導體工程師年薪最高可達78萬美元,大約為中微的5倍。尹志堯在採訪中透露,中微核心技術人員平均薪酬是美國一半左右,最低達到1/5。

圖20:財富中國採訪

研究到這裡,中微能夠從高產出設備技術+工程師紅利兩方面下手,縮小與巨頭之間的差距,因此,從長遠來看,中微在技術上,存在追趕國際巨頭的可能性。


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