31 半导体专题篇十一：离子注入设备

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离子注入为晶圆制造掺杂核心工艺，技术壁垒仅次于光刻、刻蚀、薄膜沉积。由于纯净硅材料导电性能较差，晶圆制造需要在有源区、衬底和栅极等部位引入掺杂工艺增大电导率。根据工艺原理的不同，掺杂主要包括高温热扩散和离子注入两种，其中离子注入法对杂质浓度和渗透深度控制能力较强，是半导体领域主流的掺杂工艺。在半导体设备中，

2021 年离子注入设备价值量占比约为2.3%

一、离子注入设备的分类：按应用领域、按能量和束流、按工艺

（一）按应用领域：集成电路、光伏电池、面板

1、集成电路：

1）低能大束流离子注入机应用高端制程逻辑（3-45nm）AI、FPGA、CPU、DRAM、3D存储和CIS上；2）高能离子注入机应用在功率器件IGBT、5G射频、光通信芯片、高清CIS等。

2、光伏电池：

光伏离子注入机应用在N型TOPCON电池、N型IBC电池上。

3、面板：

AMOLED离子注入机应用在移动设备AMOLED显示屏，可穿戴设备显示和大屏QD-OLED电视上。

（二）按能量和束流：低能大束流离子注入机、中低束流离子注入机和高能离子注入机

按能量高低与束流大小，可分为高中低离子注入设备和高中小束流离子注入设备。

细分产品类别来看，根据离子能量和剂量的不同，离子注入设备大致可划分为低能大束流离子注入机、中低束流离子注入机和高能离子注入机三大类，

其中低能大束流离子注入机广泛应用于源漏、多晶硅栅极注入，市场占比高达 61%

（三）按技术工艺：高温热扩散法、离子注入法

目前掺杂工艺有高温热扩散法和离子注入法，离子注入机在掺杂工艺中应用占主导地位，并具备掺杂均匀性好，纯度好，低温灵活、可控精度等优点。

1、高温热扩散法：

将掺杂气体导入放有硅片的高温炉，将杂质扩散到硅片内的一种方法；

2、离子注入法：

通过离子注入机加速和引导，将要掺杂的离子以离子束形式入射到材料中去，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，从而优化材料表面性能，或使材料获得某些新性能。

根据东吴证券测算，2022年年全球半导体离子注入设备市场规模可达 206 亿元，其中低能大束流离子注入机达到 125 亿元。预计2022年国内市场半导体离子注入设备市场规模为66亿元，其中低能大束流离子注入机为40亿元。

二、离子注入机市场竞争格局和国产化率

全球范围内来看，离子注入设备基本由AMAT和Axcelis供应。2019年AMAT和Axcelis在半导体离子注入设备市场的份额分别为70%和20%，合计高达90%。对于技术壁垒较低的中束流离子注入机，Sumitomo等日本厂商也具备较强市场竞争力。

若以批量公开招标的华虹无锡和积塔半导体为统计标本，2022年1-10月份2家晶圆厂合计完成离子注入设备招标28台，国产设备中标1台，

对应国产化率仅为3%

，远低于去胶机、刻蚀设备、薄膜沉积设备等环节。

三、离子注入设备的需求测算

1、

测算硅片对应离子注入设备量：

根据东吴证券单位产能离子注入设备需求量的测算，参照中芯国际天津 T3 生产线设备明细（单位月产能对 CMP 设备需求 13 台，12 英寸，90-180nm，其中包括高速流（低能）离子注入设备 8 台、中束流离子注入设备 4 台、高能离子注入设备 1 台），即月产能对应离子注入设备量约为13台/万片。

2、

测算硅片产能：

集微咨询预计中国大陆2022年-2026年将新增25 座 12 英寸晶圆厂，新增+存量12英寸晶圆月产能160万片。

3、

测算离子注入设备价格：

东吴证券测算未来5年离子注入设备均价2500万元/台。

因此，

粗略估算2022-2026年中国大陆新增12英寸晶圆产能对离子注入设备需求为13台/万片×160万片×0.25亿/台=520亿元

。从国产替代率上看，大部分的需求将通过进口设备满足。

四、相关标的

万业企业：

以凯世通的离子注入机为基础，依托嘉芯半导体横向拓展刻蚀、薄膜沉积等前道核心设备，打造“1+N”半导体设备平台

资料来源：头豹研究院、东吴机械