半导体周报(国科龙晖整理)-1211
1.行业新闻及动态
（1）半导体设计
泰矽微电子通过ISO26262功能安全管理体系认证。2022年12月7日，独立第三方检测、检验和认证机构德国莱茵TÜV集团正式授予上海泰矽微电子有限公司ISO 26262功能安全管理体系ASIL-D等级证书，取得ISO 26262 功能安全管理体系认证证书标志着泰矽微电子已建立起车规产品完整的开发流程和管理体系，符合功能安全最高等级“ASIL-D”的要求。
联发龙天玑8200发布：4nm工艺/大核主频提升近9%。2022年12月8日，MediaTek（联发科）发布天玑8200 5G移动芯片。天玑8200采用先进的4nm制程/八核CPU架构包含4个Cortex-A78大核，主频最高达到3.1GHz，相比前代的天玑8100提升了近9%，搭载Mali-G610六核GPU，助力终端充分释放高性能、高能效优势。
消息称台积电长约客户保持5nm产能预订，Marvell确定将不会违约。台积电长约客户普遍确保明年5nm制程家族产能预定，以应对后续半导体产业调整后的需求复苏。近期，台积电客户Marvell明确指出，长约保持总量约32亿美元，主要是4-10年期采购合约。
Intel 4nm芯片已准备投产：2nm和1.8nm提前。据Intel最新对外公布的信息，Intel 4nm芯片已准备投产，它将用于包括Meteor Lake（14代酷睿流星湖）处理器、ASIC网络产品等，同时Intel 3nm、20A、18A进展一切顺利，甚至还略有提前，其中Intel 3nm将在明年下半年投产，用于Granite Rapids和Sierra Forest数据中心产品。
台积电1nm新厂计划已上报，将落地新竹。新竹科学园区有关负责人今日表示，台积电未来1nm厂将落脚竹科龙潭园区，龙科3期扩建计划的先导计划已于11月中旬上报，进度正常。
（2）半导体制造及封测
富士康集团拟在威斯康星州制造灯塔工厂。富士康集团总裁表示，正在美国威斯康星州芒特普莱森特建设科技园区，主要是一个由智能工厂组成的大型制造园区，旨在使其成为世界经济论坛全球灯塔网络下的灯塔工厂。目前该集团一期已初步建成两座智能工厂和一座高性能计算及数据中心，这两个工厂已被FII USA用于生产服务器、存储设备和光伏逆变器。
台积电预计两座亚利桑那州工厂投产后年营收将达100亿美元，该工厂于2021年6月份开始动工建设，今年夏天封顶。计划2024年开始量产4纳米芯片，规划月产能为20000片晶圆，台积电预计将在这个新工厂生产部分苹果A系列和M系列芯片。据报道，该公司还计划将该工厂的月产能提高一倍，至每月约4万片。
德州仪器：美国犹他州李海12英寸晶圆制造新厂开始投产。德州仪器日前宣布，其在大约一年前收购的位于美国犹他州李海的12英寸晶圆新厂LFAB已开始生产模拟和嵌入式产品，全面投产后，LFAB每天将制造数千万个芯片，这些芯片将用于电子产品的各个领域。
（3）半导体设备及材料
用于芯片生产的掩模出现短缺，导致产品涨价。据 The Elec 报道，用于晶圆制造中 Arf 和 Krf 光刻工艺的掩模供不应求，这是因为中国每天都有更多的晶圆厂公司崛起，而由于芯片制造商旨在开发新的半导体，对这种商品的总体需求也在增加，许多现有的掩模制造商也在开发针对先进工艺节点的新掩模，降低了他们的整体产量。
盛美上海ALD设备将于2023年验证完成。半导体清洗设备企业盛美上海表示，目前公司已有1台ECP、3台PR清洗设备及1台单片清洗设备交付国际客户在中国的FAB厂，两台单片兆声波清洗设备已经交付美国头部客户，调试工作进行顺利，国际销售团队正在积极开拓中国台湾、韩国、欧洲大客户。
万业企业：凯世通及嘉芯半导体相关半导体设备订单近11亿元。万业企业12月5日在投资者互动平台表示，截至2022年三季度末，公司旗下凯世通及嘉芯半导体相关半导体设备订单近11亿元，目前公司从领先的集成电路离子注入机设备全面扩展至更多品类的前道设备赛道，半导体装备平台“1+N”战略逐步显现。
意法半导体与Soitec就碳化硅基板制造技术进行合作。本周四，意法半导体宣布将与Soitec在碳化硅基板进行下一阶段合作，Soitec的碳化硅基板技术将在18个月内取得意法半导体的认证，此次合作的目标在于，意法半导体未来的8吋基板制造将采用Soitec的Smart SiC技术，并提升意法半导体的制造良率与品质。
三星电子首次采用韩国本土EUV光刻胶，用于一条工艺线。据国外媒体报道，在2019年经历与日本的光刻胶等关键原料的供应风波之后，三星电子就在尝试将关键原料的供应本土化，经过3年之后，他们也在极紫外光刻胶上取得了进展。三星电子已首次将韩国本土公司东进世美肯的极紫外光刻胶，用于他们的一条半导体工艺线。
（4）其它
由于遭美国商会等组织反对，美国放宽对中国芯片的拟议限制。据路透社获得的一份草案显示，由于遭到美国商会等贸易组织的反对，美国参议员缩减了限制美国政府及其承包商使用中国制造芯片的提议，12月1日颁布的新版措施不再禁止承包商"使用"目标芯片，并将合规期限从第一个版本的立即实施期限或2年实施期限推迟至5年。
晶圆代工厂联电 11 月营收 225.45 亿新台币，同比增长 14.67%。今年前 11 月，联电累计营收 2577.59 亿新台币（约 590.27 亿元人民币），同比增长 33.74%，联电此前表示，受半导体行业库存调整影响，第四季度产能利用率将降至 90%，晶圆出货量减少约 10%，不过产品平均售价将较第三季度持平。
三星追加在越南投资，今年投资将达200亿美元。越南政府刚刚透露，三星打算在越南增加20亿美元的投资，总额达到200亿美元。据报道，三星将在越南开设一个新的研发中心，该中心将于今年年底或2023年投入运营。
SA 研究：2022 年 Q2 季度 5G 基带芯片收益同比增长 40%，根据 Strategy Analytics 的报告，2022 年 Q2 全球蜂窝基带芯片市场增长 19%，达到 87 亿美元，5G 基带芯片收益同比增长 40%。高端价格段推动其收益增长，而中端 5G 基带由于库存积压而受到打击，由于各价格段智能手机需求下降/联发科和高通的基带收益都在 2022 年下半年缩水。
SIA：10月份全球半导体行业销售额469亿美元，不及去年同期环比也有下滑，进入下半年之后，受消费电子产品和服务器销量不及预期影响，全球半导体的销售额也有明显下滑，已有多家机构的数据显示销售额明显下滑，相关的厂商也受到了影响，部分厂商已在准备调整计划。
半导体封测库存去化恐将持续至2023年上半年。据中国台湾媒体报道，全球半导体产业库存调整期恐较市场预期更久，其中台湾封测厂客户明年上半年加速去化库存，明年下半年需求或将回温。
晶圆代工大厂格芯全球裁员5.3%。据外媒CRN报道，圆代工大厂格芯（GlobalFoundries）将裁员超过800名员工，占该公司全球约15000名员工的5.3%。随着全球半导体产业进入下行周期，众多的半导体厂商也开始削减资本支出，放慢扩产进程，部分厂商也开启了裁员“过冬”。
台积电亚利桑那州工厂首批设备即将进厂，苹果预计占据三分之一产能。从台积电当初公布的计划来看，他们在亚利桑那州的工厂，计划月产能三分之一用于为苹果代工，也就意味着每月为苹果代工的产品/在6000-7000片晶圆。
2.本周话题：半导体设备——离子注入设备
离子注入机为半导体晶圆制造等领域的关键设备之一。在半导体晶圆制造中，由于纯净硅的导电性能很差，需要加入少量杂质使其结构和电导率发生改变，从而变成一种有用的半导体，这个过程称为掺杂。目前掺杂主要有高温热扩散法和离子注入法两种，离子注入占据着主流地位：l
高温热扩散法：将掺杂气体导入放有硅片的高温炉中，将杂质扩散到硅片内的方法。由于热扩散存在精度较难控制、高热热缺陷等缺点，在现在的工艺中已经较少采用。l
离子注入法：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。离子注入环节，注入的离子包括：B，P、As、Sb，C，Si、Ge，O，N，H离子等等。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。
离子注入与扩散工艺的比较
资料来源：《半导体制造技术导论》，中银证券
离子注入示意图
数据来源：《半导体制造技术》（电子工业出版社），广发证券发展研究中心
离子注入优点
数据来源：《半导体制造技术》（电子工业出版社），广发证券发展研究中心
离子注入属于物理过程，通过入射离子的能量损耗机制达成靶材内的驻留。与热扩散的利用浓度差而形成的晶格扩散不同，离子注入通过入射离子与靶材（被掺杂材料）的原子核和电子持续发生碰撞，损耗其能量并经过一段曲折路径的运动，使入射离子因动能耗尽而停止在靶材某一深度。为了精确控制注入深度，避免沟道效应(直穿晶格而未与原子核或电子发生碰撞)，需要使靶材的晶轴方向与入射方向形成一定角度。离子注入主要利用两个能量损耗机制：
电子阻碍：杂质原子与靶材电子发生反应，产生能量损耗。n
核阻碍：杂质原子与靶材原子发生碰撞，造成靶材原子的移位。
剂量、射程、注入角度是离子注入技术的三个重要参数。离子注入向硅衬底中引入数量可控的杂质过程，需要离子注入设备通过控制束流和能量来实现掺杂杂质的数量及深度的准确控制。其中，离子注入可控主要依靠三大重要参数的调节：
(1) 剂量：注入硅片表面单位面积的离子数。正杂质离子形成离子束后，其流量被称为粒子束电流。当加大电流时，单位时间内注入的杂质离子数量也增大。
(2) 射程：离子穿入硅片内的总距离，与注入离子的能量和质量有关。能量越高意味着杂质离子的射程越大，而离子能量需通过离子注入设备的加速管控制加速电势差来获得。能量单位一般以电子电荷和电势差的乘积表示，即eV。 (3)注入角度：角度控制也影响到离子注入的射程。
离子注入机的三大分类
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：中低束流离子注入机、低能大束流离子注入机、高能离子注入机。另外还有用于注入氧的氧注入机，或者注入氢的氢离子注入机，等等。
离子注入机的分类与主要区别
资料来源：《半导体制造技术》，中银证券
离子注入机包含了5个子系统。包括：气体系统、电机系统、真空系统、控制系统和射线系统。其中，射线系统为最重要的子系统。
离子注入机由5大子系统构成
资料来源：《半导体制造技术导论》，中银证券
气体系统：存储杂质离子产生而需要使用的很多危险气体和蒸气，降低渗漏到生产中的风险。
电机系统：保证稳定精准的电压和电流，供杂质离子产生过程需要用到的热灯丝或射频等离子体源、质谱仪磁铁等正常运作。
真空系统：在高真空状态下，减少带电离子和中性气体分子沿离子轨迹发生碰撞引起不必要的散射和能量损耗，减少因离子和中性原子间的电荷交换造成。
射线污染控制系统：机器手臂等机械控制晶圆的移动，使整个晶圆获得均匀注入。
射线系统：为离子注入机最重要的部分，根据所属功能分类，射线系统主要由6大核心零部件构成：离子源、吸极、离子分析器、加速管、扫描系统、工艺腔。
射线系统的6大核心零部件的功能区别
资料来源：《半导体制造技术》，中银证券
市场规模
相较半导体设计、封测环节，晶圆制造是中国大陆当前半导体行业短板，自主可控驱动本土晶圆厂逆周期大规模扩产。据SEMI数据，2021-2022年全球新增晶圆厂29座中，中国大陆新增8座，占比达到27.59%。然而，中国大陆市场晶圆产能缺口依旧较大，2021年底晶圆全球产能占比仅为16%（包含台积电、海力士、三星等外资企业在本土的晶圆产能），远低于半导体销售额全球占（2021年约35%）。在自主可控驱动下，本土晶圆厂具备较强逆周期扩产诉求。
就具体晶圆厂而言，统计发现，仅华虹集团、中芯国际、长江存储、合肥长鑫四家晶圆厂未来合计扩产产能将过100万片/月。在半导体行业下行周期中，2022年8月26日，中芯国际拟在天津投资75亿美元建设12英寸晶圆代工生产线项目，工艺节点为28-180nm，规划产能为10万片/月。此外，中芯国际拟将2022年资本开支计划从320.5亿元上调到456.0亿元，均进一步验证逆周期扩产需求。根据中商产业研究院的统计，离子注入机占晶圆加工设备的比重大约为5%，展望未来离子注入机长期看受益于全球半导体需求增加与产线产能的扩充 。
各类晶圆加工设备占比
数据来源：GlobalFoundries，中商产业研究院，广发证券发展研究中心
2022年初中国大陆共有23座12英寸晶圆厂投入生产，总计月产能约为104.2万片，与总规划月产能156.5万片相比，产能装载率仅达到66.58%，仍有较大扩产空间。同时，集微咨询预计中国大陆未来5年（2022年-2026年）还将新增25座12英寸晶圆厂，总规划月产能将超过160万片。由此可见，在全球晶圆产能东移持续推进背景下，中国大陆对半导体设备的需求有望长期维持高位。
2022年中国大陆12寸晶圆厂扩产空间较大
数据来源：集微咨询，东吴证券研究所
与较高技术壁垒不同的是，离子注入设备在半导体设备中价值量占比较低，其中低能大束流占比高达61%。1）在半导体设备中，2021年离子注入设备价值量占比约为2.3%，明显低于刻蚀、薄膜沉积、光刻等环节。2）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%。
离子注入设备在半导体设备中价值量
数据来源：Gartner，东吴证券研究所（注：2021年）
各类离子注入设备占比
数据来源：华经产业研究院，东吴证券研究所
整体来看，中国大陆离子注入机受益于晶圆厂逆周期大规模扩产，需求快速放量。预计2022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。对于中国大陆市场，预计2022-2023年半导体离子注入设备市场规模分别为66和74亿元，其中低能大束流离子注入机市场规模分别为40和45亿元。
2022年中国大陆半导体离子注入设备市场规模约
数据来源：SEMI，Gartner，华经产业研究院，东吴证券研究所测算
离子注入机国产化率的提升
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%。此外，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。
离子注入机为前道国产化率最低的环节之一，凯世通聚焦市场规模较大的低能大束流和高能离子注入设备领域。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。在本土供应商中，凯世通和中科信进展较快，二者整体呈现错位竞争格局，其中凯世通重点聚焦低能大束流和高能离子注入设备，中科信在中束流离子注入设备领域竞争力较强。
数据来源：中国国际招标网，东吴证券研究所
展望未来，在实现由0至1突破的基础上，国产设备商在离子注入设备领域有望由1至N快速放量。究其原因，核心在于相较薄膜沉积、刻蚀等环节，离子注入设备产品结构较为单一，通用性较强，较易实现规模化放量。以全球离子注入设备龙头Axcelis为例，产品全面覆盖大束流、高能和中束流三大类，所有Purion离子注入机基于一个通用的高性能平台，主流产品型号仅有9个，与薄膜沉积、刻蚀等领域形成鲜明对比。
国内离子注入设备企业—万业企业
万业企业于1993年在上交所主板上市，印尼首富林绍良家族旗下三林集团曾是第一大股东，三林万业是上海本地颇具实力的房地产企业。2015年公司开启转型步伐，引入浦东科投成为第一大股东，推动公司转向集成电路装备领域。公司2016年转让上海爱佳项目，2017年继续转让湖南西沃项目。持续剥离地产业务，凸显公司的转型决心。2018年公司全资收购凯世通并引入国家集成电路产业投资基金股份有限公司（大基金），成为大基金投资的四家设备公司之一。目前三林集团为第二大股东，“大基金”为第三大股东，股东的意志与成份为万业转型带来了充足的决心与资源。目前万业共有员工总数400余人，凯世通有100人左右，其中有多位是外籍技术专家，拥有深厚的研发能力与经验。
万业企业股权结构图
数据来源：Wind，东北证券
凯世通是万业企业控股子公司，是以离子束技术为核心的全球唯一全领域离子注入设备公司，重点应用于光伏太阳能电池和半导体集成电路领域。目前已研发4代光伏离子注入设备，半导体离子注入机也已进入测试阶段，近三年每年实现营收1亿元左右。
凯世通营收与利润情况
数据来源：Wind，东北证券
创始团队的5人，均是业界百年大厂有名的技术专家，且专业领域各有所长，又拥有AIBT的创业经验。核心团队在凯世通的二次创业，能有经验的规避技术与专利风险，并可在之前积累的产品设计基础上，前瞻性的优化系统架构，致力于创造出更贴合市场应用。运用最前沿的技术理念，设计新一代离子注入设备，具备国际竞争实力，将同步开拓国内外市场。集成电路离子注入机方面，凯世通采取“领先一步”的策略，将目标直接定位在16纳米及以下制程的FinFET集成电路以及3D存储器的离子注入设备方面（FinFET是一种3D结构，相比以往的结构可以大幅改善电路控制并减少漏电流，将晶体管制程工艺提高到更小的尺寸）。细分来看，在低能大束流离子注入机方面，凯世通针对研制低能大束流离子注入机所需要解决的关键技术和技术难点，建立了相应的研发平台、相关核心关键技术及工艺的研究参数数据库和性能检测规范标准，正在准备进行国内知名生产线应用验证。
目前凯世通的低能大束流离子注入机在低能和大束流等核心指标上已达到或超过国外同类产品，能够满足国内集成电路行业实际应用。在高能离子注入机方面，凯世通计划在政府项目的支持下，自主研发国产自主高能离子注入机。凯世通于2019年4月申报的02专项“300mm高能离子注入机装备及工艺研发项目”完成第一阶段审批，申报的上海市科委的高能离子注入机关键技术项目已获得立项。目前凯世通已完成实验机台的调试、恢复与实验场地准备，正在与国内关键客户沟通高能注入的技术需求。IGBT离子注入机方面，凯世通目前在研发及市场推广方面主攻IGBT氢离子注入机。根据万业企业公告，凯世通基于前期的技术积累开发出在与竞争对手保持同样性能的前提下，价格较竞争对手低1/3。技术路径方面，凯世通采用RF技术的离子源以及Tandemtron加速器和凯世通已研发成熟的硅片传送系统实现上述研发目标。该机型的研发预计于2019年底完成，并于2020年向市场推广。AMOLED离子注入机方面，凯世通目前已经推出了G6iPD600AMOLED离子注入机，正在与国内面板企业进行合作评估。
短期来看，凯世通在手订单饱满，业绩有望迎来高速增长。2021年凯世通营业收入仅为1.25亿元，2022H1累计新增集成电路设备订单超过7.5亿元。随着设备订单加速交付，凯世通收入端有望进入高速增长期。在利润端，2019年以来凯世通暂未实现盈利，随着规模效应显现、设备均价提升，判断凯世通的盈利拐点同样有望出现。展望未来，在实现从0到1国产突破的基础上，凯世通有望由1至N快速放量。
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参考资料：
广发证券：半导体国产替代系列九 离子注入机：四大核心装备之一，迎来国产替代机遇
东北证券：好资源赋能“芯”发展，离子注入开新局
中银证券：半导体设备国产化专题十一：离子注入机
东吴证券：离子注入设备国产领军者，“1+N”平台化发 展打开成长空间
