概念股解读半导体设备投资热潮下离子注入机国产替代机遇涌现

离子注入机：国产替代机遇下的半导体设备投资热潮

摘要

离子注入机是一种用于半导体制造的关键设备，通过将离子注入硅片材料中，改变其表面成分、结构和性能。随着半导体产业的蓬勃发展，离子注入机市场迎来投资热潮，国产替代机遇凸显。

离子注入机的定义和应用

离子注入是指将离子入射到硅片材料中，引起材料表面成分、结构和性能发生变化的掺杂过程。它是半导体生产中主要的掺杂工艺，应用广泛，包括集成电路、IGBT、太阳能电池、AMOLED等领域。

全球离子注入机市场规模

根据SEMI、中商产业研究院、CPI-A、DIGITIMES等机构的数据，2019年全球离子注入机市场规模约为27亿美元，其中晶圆加工设备、光伏设备和AMOLED设备的占比分别约为5%、0.3%和7%。预计未来随着半导体需求增加、产能扩充和技术演进，市场规模将进一步扩大。

离子注入机行业竞争格局

离子注入机行业集中度较高，主要由美国厂商垄断，应用材料公司和Axcelis公司占据了全球70%以上的市场份额。分领域来看：半导体制造领域：应用材料、Axcelis和汉辰科技占据主导地位。太阳能电池生产领域：万业企业旗下凯世通、美国Inte-vac和日本真空技术三家竞争激烈，凯世通领先。 AMOLED面板制造领域：日本日新占据垄断地位。

中国离子注入机市场机遇

从需求端来看，中国半导体产业政策支持、资金投入和市场需求增长，为离子注入设备带来巨大发展空间。从供给端来看，万业企业旗下凯世通和中科信等国内企业在技术储备和客户认证方面取得了显著进展，部分领域已达到全球领先水平。

投资建议

鉴于国内离子注入机市场的增长潜力和国产替代机遇，建议关注国内领先企业万业企业（已收购凯世通100%股权）和中科信（未上市）。

案例分析：万业企业

万业企业已全面转型为集成电路装备与材料国产化平台。2018年收购凯世通，2019年拟与中科院微电子所共同牵头发起设立集成电路装备集团，并获得了国家集成电路大基金的投资支持。该公司已完成向集成电路领域的转型布局，进入正式实施阶段。

结论

离子注入机是半导体产业链中的关键设备，随着中国半导体产业的蓬勃发展和国产替代进程的推进，离子注入机市场迎来投资热潮。国内企业在技术储备和客户认证方面取得了显著进展，具有良好的国产替代机遇。

半导体产业链全梳理，哪些环节被“卡脖子”？

半导体产业链整体被分为三个主要板块：上游、中游和下游。上游为半导体的支撑产业，主要包括半导体材料和设备。中游是半导体制造产业链，包含IC的设计、制造和封测三个关键环节，其产出产品覆盖集成电路、分立器件、光电子器件和传感器等。下游则涉及半导体的实际应用领域，包括消费电子、移动通信、新能源、人工智能和航空航天等。从全球分布看，欧美在设计、设备领域占据主导，美国在EDA/IP核心；韩国则主导存储IC设计；日本在DAO、设备领域有显著优势；中国在封测代工环节占比较高。国内部分头部公司近年技术优势增强，推动国产替代加速，半导体产业链国产化潜力巨大。一、半导体上游支撑产业链1、半导体设备设备是半导体产业发展的基石，包括氧化炉、涂胶显影设备、光刻机、刻蚀机、离子注入机、清洗设备、质量检测设备、电学检测设备、CMP设备、CVD设备、PVD设备等。光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备为核心设备，分别占比24%、20%、20%。测试设备和封装设备占比相对较低。 2、半导体材料材料是半导体产业链的基础，应用于晶圆制造与芯片封装环节。主要包括晶圆制造材料和芯片封装材料，经过上百道特殊工艺步骤，从晶圆到芯片成品。中国半导体材料从第一代过渡到第三代。 3、EDA、IPEDA是IC设计工业软件，包括制造类EDA工具和设计类EDA工具。 IP核是可重用的集成电路设计模组。二、半导体中游制造产业链1、基本概念：半导体、集成电路、芯片半导体是导电性介于导体和绝缘体之间的材料。集成电路是集成电路，由晶体管、电阻等元件及布线互连构成的电路集合。芯片是由集成电路构成的产品，包括微处理器、存储器等。 2、中游的半导体制造流程IC设计、IC制造、IC封测。 IC设计为电路设计；IC制造为晶圆生产，包括光刻、刻蚀、离子注入等；IC封测包括封装和测试。 3、半导体主要产品集成电路、分立器件、光电子器件、传感器。集成电路按功能分为模拟、数字和数模混合。分立器件包括二极管、三极管等。光电子器件利用电-光子转换。传感器检测并转换信息。三、半导体下游应用产业链应用领域广泛，包括消费电子、工业、计算、通信等。集成电路在各领域广泛应用，是衡量国家产业竞争力的重要指标。新兴领域如物联网、可穿戴设备等成为增长点。美国在集成电路产业主导，出口管制前依赖度高。全球前五大设备厂商中三家来自美国。材料领域整体被日本垄断，美国陶氏化学涉及多种电子化学品。中国在设计、材料、设备环节存在“卡脖子”问题，国产替代空间大。随着中美竞争加剧，芯片行业面临制裁压力，但长远看促进成长。持续增长的需求推动半导体行业快速发展。

半导体设备产业链梳理

由于大基金三期的快速落地，个人近期重点转向对半导体产业链的研究和覆盖。从目前的供需以及库存修复的角度来看，2024年增速最快的前三名是存储、逻辑和处理器。大基金投向分析表明，最有可能的是卡脖子的半导体制造及先进封装方向。板块的修复预计由业绩线以及国产替代线两块率先进行。美国半导体行业协会的数据显示，4月份全球半导体销售额同比增长15.8%，环比增加1.1%，达到464.3亿美元，显示行业去库存取得进展，销量进一步恢复。全球半导体产业发展呈现周期性，中期库存周期来看，2024年全球半导体资本开支有望上修，设备将迎来上行周期。在半导体设备在制造中的作用、半导体设备的市场情况、板块目前趋势、板块内公司等几个角度，梳理下板块整体情况。一、半导体设备在制造中的作用半导体产业链包括三大环节：上游为半导体设备&材料，中游为半导体制造，下游为半导体应用。上游为芯片制造提供工具和原材料，中游包括设计、制造和封测三个环节，其中集成电路占比超80%，存储芯片和逻辑芯片占据主要份额，合计约65%。从商业模式上看，逻辑芯片制造多采取Fabless+Foundry模式，存储芯片和模拟芯片制造多采取IDM模式。下游包括3C、汽车、工业等应用领域，3C占据主要市场份额，合计占比约70%。在讲半导体设备前，了解芯片制造过程，包括不同制造流程中需要哪些半导体设备。芯片制造就是在硅片上雕刻复杂电路和电子元器件（利用薄膜沉积、光刻、刻蚀等工艺），同时把需要的部分改造成有源器件（利用离子注入等）。芯片的制造过程可以分为前道工艺和后道工艺。前道工艺是指在空白的硅片完成电路的加工，出厂产品依然是完整的圆形硅片，包括光刻、刻蚀、薄膜生长、离子注入、清洗、CMP、量测等步骤；后道工艺是指将圆形的硅片切割成单独的芯片颗粒，完成外壳的封装，最后完成终端测试，出厂为芯片成品。先进制程芯片的制造过程有超过1000 道的工序，每一种工艺步骤都要使用不同的专用设备，半导体设备即专门为芯片制造工艺研发的专用设备。二、半导体设备市场状况半导体设备分为前道制造设备和后道封测设备，前道设备占据设备总体规模的比重为85.37%、87.30%和90.32%。前道制造工艺包括氧化扩散、薄膜沉积、涂胶显影、光刻、离子注入、刻蚀、清洗、检测等。其中光刻、刻蚀和薄膜沉积是半导体制造三大核心工艺，对应三大核心设备为光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备，市场规模占比分别为17%、22%和22%。国产替代下，清洗设备和CMP设备的国产化率较高，刻蚀设备和薄膜沉积设备的国产化率约为20%，其余设备的国产化率低于个位数，核心设备的光刻机国产化几乎为0。目前很多设备基本由美日欧系厂商垄断，光刻机由欧洲厂商垄断，刻蚀机和薄膜沉积设备主要由美系和日系厂商垄断，量检测设备由美系厂商KLA一家占据超一半份额，清洗机由日系厂商垄断，涂胶显影机则是tel一家独大，CMP设备由美日厂商垄断，离子注入设备由美系厂商AMAT占据70%份额。三、目前行业景气度半导体设备行业整体特点为景气驱动中短期的周期波动，技术驱动长期的规模成长。长期维度上，设备市场增长由技术驱动，半导体芯片技术发展基本遵循摩尔定律，不同产能下，集成电路设备投资量随制程节点先进程度提升而大幅增长。中短期，设备市场由需求景气周期驱动，资本开支取决于下游需求景气度水平，历史数据显示，半导体资本开支与终端器件需求市场景气度波动方向一致。设备投资额占据下游资本开支的主要份额，与资本开支密切相关，且占据资本开支的主要份额。当前的半导体周期走到哪了？从需求端的月度历史数据来看，半导体销售额变动周期大致为40-41个月，总体而言，上行周期区间长度大于下行周期区间长度。上轮周期上行阶段始于2020年年初，全球性疫情导致线上办公需求激增，终端设备需求旺盛，带动了半导体市场的增长。自从2023年11月份以来，全球半导体月度销售额同比增速一直保持正向增速，价格端，存储芯片价格回暖，背后是供需关系逐渐恢复，存储厂商有望率先扩产，引领本轮上行周期。四、产业链公司简要本文概述了半导体设备在制造中的作用、市场状况、行业景气度以及产业链公司简要情况。在后续的分析中，将详细探讨不同设备（如光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备）的细分情况，以及产业链公司的情况。本文旨在构建框架，后续将逐步补充详细信息。北方华创作为国产半导体设备龙头，具有平台化布局，驱动增长。中微公司是国产刻蚀设备龙头，存储扩产的核心受益标的。拓荆科技是薄膜沉积设备龙头，受益于品类扩张和存储扩产。微导纳米拥有ALD+CVD双技术平台，品类扩张和订单加速。精测电子涉及前道量检测设备和后道测试设备。中科飞测-U专注于量测检测设备。芯源微涵盖涂胶显影设备、湿法设备。华海清科涉及CMP设备、减薄设备、清洗设备、量测设备，并参股芯嵛（离子注入设备）。万业企业涉及离子注入设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备，并拥有嘉芯半导体。盛美上海提供清洗设备、电镀设备、薄膜沉积设备、热处理设备、涂胶显影设备。至纯科技提供清洗设备、涂胶显影设备（在研）。这些公司在中国半导体设备行业中扮演着关键角色，推动着行业的持续发展。

半导体行业分析报告

半导体，指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，是现代科技的基础。半导体产品主要分为集成电路、光电子器件、分立器件和传感器四大类，其中集成电路是半导体产业的核心。 2020年，集成电路市场规模占半导体市场总量的82%。半导体产业运作模式分为IDM和垂直分工两种。 IDM模式由一个厂商独立完成设计、制造和封装，英特尔和三星为代表。垂直分工模式分为Fabless（设计公司）、Foundry（晶圆代工厂）和OSAT（封装测试企业）。台积电的成立推动了垂直分工模式的发展。 IDM模式优势在于资源内部整合、高利润率和快速产品上市，但需庞大的资本支出和高管理成本。垂直分工模式则通过专业化分工降低成本，扩大规模，提高竞争力。硅片制造是半导体制造的关键环节，涉及硅料提纯、拉晶、整型、切片、研磨、刻蚀、抛光、清洗等工艺。单晶硅主要通过CZ法和FZ法生产，其中CZ法因能够制作大直径晶圆且成本较低而被广泛应用。单晶生长炉是主要设备，国内有晶盛机电、南京晶能、连城数控等企业。晶圆制造复杂，涉及数百道工艺流程和数十种设备。热处理工艺、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨和清洗是主要步骤。氧化扩散设备、光刻机、刻蚀机和清洗设备是关键设备，国内有北方华创、屹唐半导体、上海微电子等企业。涂胶显影设备配合光刻机完成涂胶、烘烤、曝光、显影和坚膜烘烤等工艺。干法刻蚀设备用于移除晶圆表面材料，湿法刻蚀设备则通过化学溶液溶解材料。离子注入设备用于添加掺杂原子，薄膜沉积设备用于沉积电介质或金属薄膜。化学机械研磨设备用于使晶圆表面更加平坦光滑。清洗设备去除晶圆制造中的杂质，保证芯片性能和良率。全球市场由DNS、TEL、LAM等企业垄断。国内有盛美半导体、北方华创、芯源微等企业。测试与封装环节涉及测试机、分选机和探针台等设备。测试机检测芯片功能和性能，探针台和分选机实现批量自动化测试和芯片分类。爱德万、泰瑞达、科休等企业占据主导地位，国内有华峰测控、长川科技等企业。封装设备包括切割减薄设备、引线机、键合机和分选测试机。全球市场主要由ASMPacific、K&S、Shinkawa、Besi等企业垄断。国内有中电科45所、艾科瑞斯、大连佳峰等企业。中国半导体产业在全球产业转移中扮演重要角色。中国是全球最大的半导体消费市场和进口国，市场需求推动产业快速发展。中国在封测业务上具备一定实力，晶圆代工企业如中芯国际和华宏半导体正在崛起。中国半导体市场存在供需错配，设计、制造能力尚不能完全匹配市场需求。封测产业在竞争中展现出一定优势，晶圆代工领域正在逐步壮大。中国半导体设备领域高度依赖进口，核心技术受限，但随着政策支持和资金投入，市场空间广阔。全球半导体设备市场持续增长，2021年预计超过710亿美元。前端和后端设备需求分别增长4%和6%，中国大陆市场规模继续扩大，预计2021年达到180亿美元。中国半导体产业正迎来发展新机遇，国产化替代空间巨大。

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