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    半导体设备材料空间广阔,离子注入设备超高壁垒促使国产化需求强烈,全面国产化成大势所趋

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    半导体设备材料空间广阔,离子注入设备超高壁垒促使国产化需求强烈,全面国产化成大势所趋

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    2021年中国半导体系列报告:离子注入设备行业概览
    2021年中国半导体系列报告:离子注入设备行业概览

    头豹研究院

    ·

    电子制造/电子材料及设备/半导体材料

    发布时间

    2021-9-15 00:00

    全文字数:3399字,精读时间:5分钟

    本文援引于报告《2021年中国半导体系列报告:离子注入设备行业概览》,首发于头豹科技创新网(www.leadleo.com)。

     

    头豹科技创新网内容覆盖全行业、深入垂直领域,行业报告每日更新;政策图录、数据工具助您轻松了解市场动态;智能关键词轻松搜索,直奔行业热点内容。

     

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    客服邮箱:CS@leadleo.com 咨询热线:400-072-5588

     

    核心摘要:

    中国将成为全球最大半导体设备市场,唯一正增长的国家。中国半导体产业供需缺口大,进口替代是中长期内产业主要逻辑。从需求端分析,随着经济的不断发展,中国已成为了全球电子产品生产及消费市场,半导体器件需求持续旺盛。未来随着互联网、大数据、云计算、物联网、人工智能、5G 等高新技术产业和战略性新兴产业进一步发展,中国半导体器件消费还将持续增加。2020年,中国成为最大半导体设备市场,将直接带动相关半导体材料的需求,半导体硅材料行业复苏得以支撑将重新回稳并有望持续增长。


    中芯国际投资572亿元,惊动3万亿市值的芯片行业!

    中国北京时间2021年9月3日,中芯国际在港交所公告称,公司拟与上海自贸区临港新片区管委会,在上海临港自贸区共同成立一家12英寸晶圆代工生产线项目合资公司,总投资约88.7亿美元,约合人民币572亿元。

    公告称,中芯国际于9月2日和上海自贸试验区临港新片区管委会签署合作框架协议。根据合作框架协议,公司和上海自贸试验区临港新片区管委会有意在临港自由贸易区共同成立合资公司,该合资公司将规划建设产能为10万片/月的12英寸晶圆代工生产线项目,聚焦于提供28纳米及以上技术节点的集成电路晶圆代工与技术服务。

    上述项目计划投资约88.7亿美元,该合资公司注册资本金拟为55亿美元,其中,中芯国际拟出资占比不低于51%,上海市人民政府指定的投资主体拟出资占比不超过25%。公司与上海自贸试验区临港新片区管委会将共同推动第三方投资者完成剩余出资,后续根据第三方投资者出资情况对各自出资额度及股权比例进行调整。中芯国际将负责合资公司的营运及管理。

    中国离子注入设备行业概述——应用领域及分类

    离子注入设备按照应用领域可划分为集成电路领域、光伏电池领域和面板领域;按照能量高低与束流大小,可进一步划分为高中低离子注入设备和高中小束流离子注入设备。

    中国离子注入设备行业概述——技术工艺及原理

    高温热扩散法:即将掺杂气体导入放有硅片的高温炉,将杂质扩散到硅片内一种方法;

    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,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,从而优化材料表面性能,或使材料获得某些新性能。

    离子注入机工作原理:离子注入机时主要由离子源、磁分析器、加速管或减速管、聚焦和扫描系统、工艺腔(靶室和后台处理系统)五部分组成,工作原理是从离子源引出离子经过磁分析器选择出需要的离子,分析后的离子经加速或减速以改变离子能量,再经过两维偏转扫描器使离子束均匀的注入到材料表面,用电荷积分仪可精确的测量注入离子数量,调节注入离子能量可精确的控制离子的注入深度。

    离子注入法相比高温热扩散法,具备掺杂均匀性好,纯度好,低温灵活、可控精度等优点。某些特殊掺杂如小剂量浅结掺杂、深浓度峰分布掺杂等扩散无法实现,而离子注入却能胜任。目前,结深小于1um的平面工艺,基本都采用离子注入技术完成掺杂。

    离子注入设备应用领域——集成电路

    离子注入机是四大前道晶圆制造设备之一。离子注入机与薄膜沉积设备、光刻设备、刻蚀设备同列为四大集成电路制造关键制程设备。其中薄膜沉积属于增材,刻蚀属于减材,光刻属于图形化,而离子注入机是对材料进行改性加工。

    在半导体产业中,离子注入是通过对半导体材料表面进行某种元素的离子注入掺杂,从而改变其特性的掺杂工艺制程。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。

    离子注入具备精确控制能量和剂量、掺杂均匀性好、纯度高、低温掺杂、不受注射材料影响等优点,目前已经成为0.25um 特征尺寸以下和大直径硅片制造的标准工艺。


    集成电路离子注入机市场规模快速增长,竞争格局呈现国际巨头寡头垄断。目前,中国仅有凯世通和中科信可生产离子注入机,凯世通是中国唯一掌握集成电路离子注入机核心技术企业

    集成电路离子注入行业参与者少,且各有侧重。全球离子注入设备商仅有9家,半导体领域主要供应商是美国应用材料(收购Varian主营离子注入)和Axcelis,目前共占有全球半导体注入88%的市场份额。

    中国仅有凯世通和中科信可生产离子注入机,而中科信主要以生产中束流离子注入设备为主,大束流离子注入也已进入验证阶段,但是尚未有用于22nm以下先进制程的低能大束流离子注入设备,高能离子注入机目前尚未开始验证。

     

    半导体行业支撑数十万亿经济产值,在半导体专用设备领域技术不断突破下,全球半导体专用设备市场规模持续增长,中国大陆已成为全球第二大半导体设备市场

    全球半导体设备市场规模持续增长,中国大陆已成为全球第二大半导体设备市场。

       1)半导体设备位于产业链的上游端,其市场规模随着 下游半导体的技术发展和市场需求而波动。2015至2020年,在智能手机和消费电子快速发展的推动下,半导体设备进入持续上升行业周期,全球半导体设备市场规模从356.3亿美元增长至711.9亿美元,GACR达14.8%。

        2)2020年,中国成为最大的半导体设备市场,市场      空间达187.2亿美元。2020年,受到新冠疫情影响下,中国是唯一保持持续增长的地区,市场规模在全球占比逐年提升,GACR达30.7%.。

    全球经济复苏刺激消费需求下,晶圆制造厂进入新一轮投资周期,下游晶圆代工厂加速扩建扩产能,目前全球晶圆代工市场仍处于供应不求的局面,将直接带动半导体离子注入设备需求并有望持续增长。

    中国晶圆厂加速扩建产能,半导体专用设备需求巨大。离子注入设备约占前道晶圆设备市场3%份额,目前全球市场规模约18亿美元

    离子注入设备占前道晶圆设备市场3%份额,目前全球市场规模约18亿美元。根据离子注入设备产率和工艺注入量的不同,估计成熟制程产线每万片/月需要约2台大束流离子注入机,先进制程产线每万片/月需要约4-5台大束流离子注入机。

    如中芯计划投资76亿美元新建的北京亦庄28nm一期,设计产能10万片/月,约需 40台离子注入机,总计价值约12亿人民币。长江存储一条月产5万片12英寸存储制造线,已采购30余台离子注入机。

    离子注入设备应用领域——光伏电池

    N型电池是目前主流光伏电池。现有高效晶硅光伏电池技术路线主要有三条:N型PERT-TOPCon-TOPCon IBC技术方案、P型PERC技术方案、HIT技术方案,其中N型电池具有效率高、衰减低的优点,在定价上也更有优势,成为电池厂商追捧对象,市场对N型高效电池的需求会更加迫切,N型电池将会逐渐取代传统低端晶硅电池。离子注入机是提升N型/P型高效电池转换效率的关键设备。

    客户需求:目前多家光伏电池生产厂商,如晶科、晶澳、天合、中来股份等,均在进行钝化接触技术的研发,如中来股份采用凯世通生产的光伏离子注入机生产的N-PERT电池,是行业内首个将 N-PERT电池工艺路线实现量产的电池生产厂商,从产业趋势看,高效晶硅电池工艺路线将是光伏技术发展的主要方向。

    离子注入设备应用领域——AMOLED面板

    AMOLED是主动矩阵有机发光二极体,被称为下一代显示技术,是OLED自发光显示器技术的一种。与传统LCD液晶面板相比,AMOLED面板具有更薄更轻、主动发光、高清晰、高亮度、视角广,响应快速、能耗低、成本低和可实现柔软显示等优势,未来将取代LCD成为主流。

    AMOLED离子注入机应用于AMOLED生产的前段背板段工艺环节。背板主要通过成膜、曝光、蚀刻叠加不同图形、不同材质的膜层以形成LTPS(低温多晶硅),离子注入对AMOLED中硅载流子进行掺杂,从而改变AMOLED面板导电特性。

    市场格局:目前全球市场由日本日新公司所垄断。凯世通拥有核心零部件与核心技术,有望快速突破OLED面板离子注入技术瓶颈,快速实现产品落地量产。

    深度见解:中国半导体行业在国家政策大力扶持下,国产化替代将迎来曙光

    随着人工智能、智能驾驶、5G等新兴市场的不断发展,全球集成电路行业市场规模稳定增长,中国凭借着巨大市场需求、庞大的人口红利、稳定的经济增长及有利的国家产业政策环境等众多优势条件,中国集成电路产业实现快速发展,2012-2018年CAGR达20.3%市场增速明显高于全球整体水平

     

    中国半导体产业供需缺口大,进口替代是中长期内产业主要逻辑。从需求端分析,随着经济的不断发展,中国已成为了全球电子产品生产及消费市场,半导体器件需求持续旺盛。互联网、大数据、云计算、物联网、人工智能、5G 等高新技术产业和战略性新兴产业进一步发展,中国半导体器件消费还将持续增加。2020年,中国成为最大半导体设备市场,将直接带动相关半导体设备的需求,半导体专用设备行业有望持续增长。

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