我国激光热处理设备行业正迎规模扩张与结构升级机遇市场发展空间大

2026-04-21 10:14

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前言：

随着半导体制造进入后摩尔时代，器件结构向三维堆叠和异构集成加速演进，传统炉管及快速热处理在热预算控制和外围电路保护方面日益捉襟见肘。激光热处理凭借加热时间短、能量定向非接触传输、热预算低等独特优势，正快速切入逻辑芯片先进制程、3D NAND Flash、DRAM以及SiC/GaN等新型功率器件制造环节，成为高端工艺不可或缺的关键技术。当前，我国激光热处理设备市场虽起步较晚，但已进入快速增长通道，年复合增长率接近14%，而渗透率仍明显低于全球平均水平，叠加国产替代进程加速和绿色制造政策驱动，行业正迎来规模扩张与结构升级的双重发展机遇。

1、激光热处理设备定义

根据观研报告网发布的《中国激光热处理设备行业发展趋势分析与未来前景预测报告（2026-2033年）》显示，激光热处理设备是利用高能量密度激光束对材料表面进行快速加热和冷却，从而改变其表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能的先进制造设备。热处理工艺通过控制半导体材料加热方式、强度、时间和位置等参数，利用热激活效应促使粒子运动，优化材料内部的电子和晶格结构以实现物理和化学性质的变化，可以有效处理离子注入、薄膜沉积、金属化等工艺导入的缺陷，从而改善半导体器件特性。以离子注入、薄膜沉积、金属化等半导体工艺为例，其对热处理需求的成因及具体效果说明如下：

半导体工艺对热处理需求的成因及具体效果

工艺	成因	主要效果
离子注入	半导体生产过程需要使用不同的离子掺杂以调控导电类型从而实现器件电学功能。注入杂质离子时，高能量的入射离子会与半导体晶格上的原子发生碰撞，使得一些晶格原子发生位移，且杂质原子自身也处于间隙位置，造成大量的空位，导致注入区中的原子排列混乱或者变成非晶区，无法直接参与导电。	1、将掺杂离子移动至晶格原子位以提高晶体结晶质量并激活掺杂离子，提供电子或空穴等载流子；2、修复离子注入带来的晶格损伤及位错；3、定向调控离子的扩散以达到预期的离子分布。
薄膜沉积	通过物理或化学手段将材料沉积在基底上，从而创建半导体器件制造所需的薄膜结构。由于不同层材料间晶格未完全匹配、热膨胀系数不同、沉积过程存在温度梯度、沉积速率不同等原因导致薄膜结构可能含有缺陷、内部应力或未完全结晶等问题。	1、促使晶体再排列，消除缺陷和位错，提高晶体结晶质量，并减小晶格中的不均匀性和应力；2、提供薄膜材料中的化学反应所需活化能，或促进合金形成；3、改善薄膜与基底之间附着力，减少电路结构剥落和失效风险。
金属化	在晶圆表面沉积导电金属薄层后采用光刻和刻蚀工艺形成金属细线。由于采用类似薄膜沉积的工艺，且金属细线应当具备良好的电接触性能、均匀的材料结构和长期稳定特性，因此金属化工艺存在同样的材料优化需求。	1、促使金属与半导体表面发生化学反应或形成更强的金属-半导体合金，提高附着力；2、调整金属-半导体合金晶粒、取向、厚度、界面光滑度、组分等指标，降低接触电阻率；3、消除表面颗粒状或不平整结构，提高表面均匀性和平整度。

资料来源：观研天下整理

热处理工艺作用原理示意图

<strong>热处理工艺作用原理示意图</strong>

资料来源：公开资料整理

2、传统工艺场景大量使用的炉管热处理、快速热处理等技术存在诸多缺陷，激光热处理工艺应用潜力大

目前，激光热处理在半导体领域的成熟应用包括激光退火和激光材料改性，创新应用包括激光辅助刻蚀、激光辅助键合等。随着集成电路制造进入后摩尔时代，器件尺寸逼近物理极限，工艺架构日趋复杂，三维集成成为主流方向，这对材料性能提出更高要求，也使得热处理工艺必须应对更苛刻、更精细的多维度能量控制需求。同时，分立器件持续追求更高的能量密度、长期稳定性以及更低的能量转换损耗，耐高电压、大电流的功率器件正成为扩产重点，这进一步推动热处理工艺不断升级，以适应更复杂的器件结构和新型材料对激活效率与激活能的更高要求。

激光热处理在半导体领域的应用

工艺	工艺原理及其应用说明
激光退火	利用激光热效应加剧晶格原子热运动，促进材料内部结构和组织的重排和重构、掺杂原子均匀地重新分布，在晶体结构层面改善晶格质量并优化材料性能，侧重离子注入等工序后的杂质激活、损伤修复等功能。
激光材料改性	综合利用激光热效应、光化学效应，通过激光将能量辐照投射在特定区域，以光子能量引发化学键断裂形成化学变化，或快速加热（必要时熔化）表面材料，而后快速降温过程改善材料结晶特性或在熔化层液相外延生长出晶体薄膜，起增大晶粒尺寸、消除材料孔洞缺陷、界面缺陷等作用，侧重满足半导体三维结构更加严苛的材料电学性能要求。
激光辅助刻蚀	利用激光的热效应、光电效应、光化学效应等物理机制，结合激光的定点加热特性、时序可控特性并配合适当的光学系统，诱导触发、加速或调制刻蚀气体、刻蚀液体、刻蚀固体等刻蚀介质与硅或其它材料的反应，实现刻蚀功能。
激光辅助键合	利用激光的光热效应，结合激光的无应力加工、定点加热特性、时序可控特性并配合适当的光学系统，透过晶圆材料和封装体，对异质结构封装的锡球触点加热至熔点，与下一层的金属实现熔接。由于激光辅助焊接具有作用时间快、温度闭环控制、非接触等特点，特别适合2.5D/3D异构集成结构的无翘曲和低应力焊接。

资料来源：观研天下整理

半导体热处理技术路线主要包括炉管热处理、快速热处理以及基于先进精密激光技术的激光热处理。传统工艺场景大量使用的炉管热处理、快速热处理等技术存在诸多缺陷。因此，随着半导体器件制造工艺的精细化要求持续提升，特别是主流产品进入先进制程后，激光热处理工艺开始导入各类半导体制造，应用场景逐步拓宽。《三维集成电路制造技术》一书指出，集成电路三维技术未来发展面临的一大挑战也是热预算控制、器件热稳定性、额外的杂质热扩散等问题，激光技术在未来新型器件的热处理工艺中所占比例会越来越高。

传统工艺场景大量使用的炉管热处理、快速热处理等技术存在缺陷

<strong>传统工艺场景大量使用的炉管热处理、快速热处理等技术存在缺陷</strong>

资料来源：观研天下整理

3、我国激光热处理设备市场面临规模化和结构化的双重增长机遇，发展空间大

在后摩尔时代，集成电路的发展重心正从单纯缩小线宽转向三维堆叠与异构集成，传统热处理工艺因依赖热扩散和热对流，在向立体结构内部输送能量时极易导致外围电路过度升温。相比之下，激光热处理技术凭借加热时间短、能量可定向非接触传输以及较低的热预算，能够对器件特定结构进行高效精准处理，因而高度契合立体化发展趋势，并对传统热处理工艺形成一定程度的替代。

在逻辑芯片领域，当工艺制程进入40nm以下时，激光热处理的技术优势逐步显现，而迈入28nm以下后则已成为必备工艺；对于3D NAND Flash和DRAM而言，其新架构下的创新工艺以及存储结构中的SNC、BLC等关键工序同样离不开激光热处理。未来随着相关先进制程产能的持续建设，激光热处理设备将迎来稳定的市场需求。此外，SiC、GaN等宽禁带新材料以及沟槽型IGBT等新结构的引入，也将为这一市场带来额外的增长空间。

整体而言，激光热处理设备市场面临规模化和结构化的双重增长机遇，市场规模有望长期保持增长。根据数据，我国大陆激光热处理设备市场规模将由2019年的7.96亿元增长至2030年的32.96亿元，年复合增长率达13.79%。并且，2024年，中国大陆热处理设备市场，激光工艺技术路径渗透率达到 16.01%，仍低于全球平均水平（25.89%），预期存在较大的发展空间。

数据来源：观研天下整理

展望未来，我国激光热处理设备将朝着更高功率、更高精度方向演进，超快激光淬火等技术的应用将显著提升表面处理的精细度与效率，同时激光技术整体向更窄脉宽、更短波长及更高光束质量持续优化。并且，智能化与自动化正在深度融入制造过程，基于大数据和人工智能的工艺优化系统助力实现高效自动化生产，制造商也日益将智能技术集成到激光热处理系统中，以提升生产率并降低劳动力成本。

与此同时，激光热处理技术积极与其他前沿技术交叉融合，激光‑超声复合强化、水导激光等新兴工艺不断涌现，在半导体领域，其应用边界已拓展至材料诱导相变、辅助外延生长、表面处理及超晶格动态调制等方向。此外，该技术凭借自冷淬火无需介质、能耗相对较低等绿色特征，与“双碳”目标高度契合，正成为推动制造业低碳转型的重要工具。（WYD）

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