半导体设备之离子注入机

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文/每日财报 苏锋

上个月，上海积塔半导体多项设备中标结果公布。

北方华创、拓荆科技、芯源微、阿斯麦（ASML）等成功中标上海积塔特色工艺生产线项目33台设备，其中北方华创、拓荆科技、芯源微，三家合计中标量占比约67%，国产设备比重较大。

喊了多年的国产替代，半导体设备终于进入市场放量期。

在此之前，《每日财报》曾撰文对主要环节的设备做了介绍，今天重点介绍的是一个较为小众的设备——离子注入机。

何为掺杂？

半导体器件的电学性能取决于半导体掺杂的杂质浓度，在半导体晶圆制造过程中，要使导电性能很差的纯净硅变为一种有用的半导体，需要加入少量杂质使其结构和电导率发生改变，这个过程就被称为掺杂。

目前掺杂工艺有高温热扩散法和离子注入法两种。高温热扩散法是一种将掺杂气体导入放有硅片的高温炉，从而将杂质扩散到硅片内的方法，而离子注入法则是通过离子注入机的加速和引导，将要掺杂的离子以离子束形式入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子发生一系列理化反应，入射离子逐渐损失能量，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，最后停留在材料中，实现对材料表面性能的优化或改变。

由于高温热扩散法存在精度较难控制、高热热缺陷等缺点，现在的工艺中已经较少采用此种掺杂方法。相反，离子注入能够精确控制能量和剂量、具备掺杂均匀性好、纯度高、低温掺杂、不受注射材料影响等优点。

随着芯片特征尺寸的不断减小和集成度增加，各种器件也在不断缩小，由于晶体管性能受掺杂剖面的影响越来越大，离子注入作为唯一能够精确控制掺杂的手段，且能够重复控制掺杂的浓度和深度，使得现代晶圆片制造中几乎所有掺杂工艺都从热扩散转而使用离子注入来实现。

2015年，全球集成电路离子注入机市场规模约10亿美元，2020年市场规模达到18亿美元。根据离子束电流和束流能量范围，离子注入机可分为三大类：大束流离子注入机、中低束流离子注入机、高能离子注入机。全球离子注入机仍以大束流离子注入机为主，根据 Gartner 数据显示，大束流离子注入机占全部离子注入机市场份额的 61%，中低束流离子注入机及高能离子注入机分别占比 20%和18%。

从价值量占比来看，离子注入机在晶圆制造工艺设备的市场规模中占 3%左右，与CMP设备、热处理、涂胶显影机等的市场规模基本相当，但低于光刻机、刻蚀机、CVD、PVD、量测、清洗设备的市场规模。集成电路离子注入机在晶圆制造工艺设备市场中的价值量占比为 2.5%-3.3%，2010-2018年该比重有所下降，原因主要是以存储芯片3D立体化和先进制程的薄膜设备、刻蚀设备的价值量占比上升，而其他工艺设备价值量占比被挤占。

未来这一市场依然是增量市场，2030年，全球半导体产业总规模有望达到10000亿美元，半导体设备市场规模基本将达到1400亿美元左右，如果离子注入机按 3%的占比计算，也就是42亿美元的市场规模。

垄断格局

从竞争格局来看，离子注入机的市场份额高度集中，美国应用材料公司（AMAT）、Axcelis 占全球大部分市场份额，其中美国应用材料公司占有 50%以上市场份额。美国AMAT在离子注入机产品上的市占率 70%。主要产品包括大束流离子注入机、中束流离子注入机、超高剂量的离子注入。Axcelis，即亚舍立科技设计公司，主要产品高能离子注入机市占率 55%。

国内离子注入机也基本上被应用材料、Axcelis和日本Sumitomo垄断，仅有万业企业旗下的凯世通、中科信在某些12寸晶圆产线上获得工艺验证验证并验收通过。

万业企业是一家由浦科投资控股、从传统房地产企业转型为集成电路设备与材料的平台型企业，2018 年公司出资 3.98 亿元收购上海凯世通100%股权，2020 年出资6亿元参股收购 Compart Systems 33.31%股权。凯世通主营业务为光伏和集成电路用离子注入机，Compart Systems 主营业务为集成电路设备中的气体流量系统关键零部件。

凯世通的离子注入机技术行业内领先，其光伏太阳能离子注入机市场曾占有率全球第一。近年来凯世通着力研制14纳米制程的FinFET 集成电路离子注入机，并持续开发投入低能大束流离子注入机和高能离子注入机。凯世通的集成电路离子注入机系列产品有望为全球先进制程逻辑、存储、5G射频、摄像头CIS、功率半导体等不同应用领域的芯片客户提供解决方案，提升客户晶圆制造能力与芯片性能。

中科信电子装备有限公司成立于 2019年，原来是中国电科第48研究所，是国内较早专注于集成电路领域离子注入机业务的高端装备供应商。公司专注于集成电路用离子注入机研发、制造，始终致力于解决离子注入机关键技术自主可控难题，已形成中束流、大束流、高能、特种应用及第三代半导体等全系列离子注入机产品体系，拥有博士后科研工作站，建立了符合SEMI标准要求的离子注入机产业化平台，年产能达30台，产品广泛应用于全球知名芯片制造企业，并获客户高度认可。

根据SEMI的统计，全球半导体设备市场规模从2013年的318亿美元增长至 2020年的712亿美元，年复合增长率达12.21%，2020年实现同比增长19.15%。中国的半导体设备销售额从2013年的34亿美元增长至2020年的187美元，年复合增长率高达 27.70%，远超全球市场增速，2020年中国市场实现同比增长 39.18%。

从规模上来看，2020 年也是中国首次超越台湾和韩国成为全球半导体设备市场规模第一大国。

根据《中国制造2025》的规划，2020年半导体核心基础零部件、关键基础材料应实现40％的自主保障，2025年要达到70％。

尽管目前国内技术水平还比较落后，但巨大的蛋糕势必成为本土企业突围的动力，投资者可以时刻注意相关公司的一举一动。

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