6月29日，據(jù)中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)電科”）官方消息，該集團(tuán)旗下中電科電子裝備集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“電科裝備”）已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)離子注入機(jī)28納米工藝制程全覆蓋，有力保障我國(guó)集成電路制造行業(yè)在成熟制程領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)安全。

在晶圓制造過(guò)程當(dāng)中，總共有七大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分別是擴(kuò)散(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蝕(Etch)、離子注入(Ion Implant)、薄膜生長(zhǎng)(Dielectric Deposition)、拋光(CMP，即化學(xué)機(jī)械拋光)、金屬化(Metalization)。與之對(duì)應(yīng)的七大類的生產(chǎn)設(shè)備包括：擴(kuò)散爐、光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、離子注入機(jī)、薄膜沉積設(shè)備（包括PECVD、LPCVD、ALD等）、化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)、清洗機(jī)。

離子注入機(jī)是芯片制造中的關(guān)鍵裝備。在芯片制造過(guò)程中，需要摻入不同種類的元素按預(yù)定方式改變材料的電性能，這些元素以帶電離子的形式被加速至預(yù)定能量并注入至特定半導(dǎo)體材料中，離子注入機(jī)就是執(zhí)行這一摻雜工藝的芯片制造設(shè)備。

離子注入機(jī)由離子源、離子引入和質(zhì)量分析器、加速管、掃描系統(tǒng)和工藝腔組成，可以根據(jù)實(shí)際需要省去次要部位。離子源是離子注入機(jī)的主要部位，作用是把需要注入的元素氣態(tài)粒子電離成離子，決定要注入離子的種類和束流強(qiáng)度。離子源直流放電或高頻放電產(chǎn)生的電子作為轟擊粒子，當(dāng)外來(lái)電子的能量高于原子的電離電位時(shí)，通過(guò)碰撞使元素發(fā)生電離。碰撞后除了原始電子外，還出現(xiàn)正電子和二次電子。正離子進(jìn)入質(zhì)量分析器選出需要的離子，再經(jīng)過(guò)加速器獲得較高能量，由四級(jí)透鏡聚焦后進(jìn)入靶室，進(jìn)行離子注入。

而根據(jù)能量范圍和注入劑量范圍的不同，常用的生產(chǎn)型離子注入機(jī)主要分為三種類型：低能大束流注入機(jī)、中束流注入機(jī)和高能注入機(jī)。其中，高能離子注入機(jī)的能量范圍需要高達(dá)幾MeV（百萬(wàn)電子伏特），是離子注入機(jī)中技術(shù)難度最大的機(jī)型。

全球范圍內(nèi)來(lái)看，由離子注入設(shè)備基本由AMAT和Axcelis供應(yīng)。此外，對(duì)于技術(shù)壁壘較低的中束流離子注入機(jī)，Sumitomo等日本廠商也具備較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

離子注入機(jī)為前道國(guó)產(chǎn)化率最低的環(huán)節(jié)之一，凱世通聚焦市場(chǎng)規(guī)模較大的低能大束流和高能離子注入設(shè)備領(lǐng)域。若以批量公開(kāi)招標(biāo)的華虹無(wú)錫和積塔半導(dǎo)體為統(tǒng)計(jì)標(biāo)本，2022年1-10月份2家晶圓廠合計(jì)完成離子注入設(shè)備招標(biāo)28臺(tái)，國(guó)產(chǎn)設(shè)備中標(biāo)1臺(tái)，對(duì)應(yīng)國(guó)產(chǎn)化率僅為3%，遠(yuǎn)低于去膠機(jī)、刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備等環(huán)節(jié)。在本土供應(yīng)商中，凱世通和中科信進(jìn)展較快，二者整體呈現(xiàn)錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)格局，其中凱世通重點(diǎn)聚焦低能大束流和高能離子注入設(shè)備，中科信在中束流離子注入設(shè)備領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)。

三大應(yīng)用領(lǐng)域：對(duì)離子注入機(jī)提出高要求

隨著超摩爾時(shí)代的到來(lái)，圍繞新材料、新工藝、新制程的研究逐漸增多，推動(dòng)了半導(dǎo)體設(shè)備的發(fā)展，離子注入機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越多，技術(shù)要求越來(lái)越高。

據(jù)記者了解，離子注入機(jī)將主要在三大芯片品類的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中得到需求增長(zhǎng)，尤其是研發(fā)難度更大的高能離子注入機(jī)。

首先在邏輯芯片和存儲(chǔ)芯片領(lǐng)域。如果是在28納米以前的成熟制程，隨著晶體管的微縮和工藝節(jié)點(diǎn)的升級(jí)，離子注入道數(shù)越來(lái)越多，所需的離子注入機(jī)的數(shù)量就越多。而在28納米以后的先進(jìn)制程中，離子注入機(jī)的數(shù)量雖然在減少，但難度卻在不斷提升。對(duì)于設(shè)備的Particle控制、角度控制、損傷控制等要求會(huì)更加嚴(yán)格。

其次是在智能手機(jī)上使用的CMOS圖像傳感器領(lǐng)域。眾所周知，在消費(fèi)類市場(chǎng)，智能手機(jī)對(duì)于相機(jī)像素的要求越來(lái)越高，CMOS圖像傳感器需要制備更高深寬比的深層光電二極管，高能離子注入機(jī)可以幫助CMOS圖像傳感器制造商，實(shí)現(xiàn)更為嚴(yán)格的金屬污染控制，離子注入的能量最高甚至超過(guò)10MeV。因此 高能離子注入機(jī)成為不可替代的選擇。

最后是功率半導(dǎo)體領(lǐng)域。高能離子注入機(jī)正是國(guó)內(nèi)IGBT產(chǎn)業(yè)加速追趕的關(guān)鍵之一，也是離子注入機(jī)中技術(shù)難度最大的機(jī)型。思銳智能副總經(jīng)理陳祥龍告訴記者，功率器件的發(fā)展并不是一味追求尺寸的微縮，而是追求耐壓、開(kāi)關(guān)速率、轉(zhuǎn)換效率的平衡，其中就要求離子注入機(jī)提供穩(wěn)定的薄片傳輸能力，因?yàn)楦〉钠骷拍軒?lái)更大的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而滿足耐高壓的應(yīng)用需求。

如碳化硅功率器件，由于碳化硅難以熱擴(kuò)散，因此需要更高能量才能達(dá)到特定深度的注入，而且碳化硅中摻雜元素的劑量偏大，需要高能或大束流碳化硅離子注入機(jī)來(lái)滿足量產(chǎn)需求。

新玩家：高能離子注入設(shè)備或是機(jī)會(huì)

數(shù)據(jù)顯示，2022年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為1175億美元（約合人民幣8587億元），其中離子注入設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模達(dá)206億元，預(yù)計(jì)2023年增至211億元。在中國(guó)大陸市場(chǎng)，2022年半導(dǎo)體設(shè)備銷售額為282.7億美元（約合人民幣2066億元），其中，離子注入設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為66億元，2023年有望增至74億元，增速高于全球平均值。

從市場(chǎng)格局上看，全球離子注入機(jī)設(shè)備主要以應(yīng)用材料（AMAT）、亞舍立（Acelis）、日本Nissin及SEN等國(guó)外廠商為主導(dǎo)。從產(chǎn)品布局看，應(yīng)用材料主要產(chǎn)品包括大束流離子注入機(jī)、中束流離子注入機(jī)、超高劑量的離子注入；亞舍立主要產(chǎn)品為高能離子注入機(jī)；日本Nissin主要生產(chǎn)中束流離子注入機(jī)；SEN產(chǎn)品包括高束流離子注入機(jī)、中束流離子注入機(jī)、高能量離子注入機(jī)。

池憲念表示，新玩家想要進(jìn)入離子注入機(jī)這個(gè)賽道將面臨兩方面難題：一是離子注入機(jī)制造所需的關(guān)鍵元器件和精密零部件的技術(shù)難度高；二是離子注入機(jī)在芯片制造廠完成設(shè)備驗(yàn)證工作的時(shí)間周期較長(zhǎng)和投入費(fèi)用較高?！?/span>

然而，相較于薄膜沉積、刻蝕等環(huán)節(jié)，離子注入機(jī)雖研制難度極大，但設(shè)備產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為單一，通用性較強(qiáng)，且較易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；帕?。業(yè)內(nèi)人士表示，離子注入機(jī)設(shè)備研發(fā)前期花費(fèi)巨大，不過(guò)一旦跨越“0到1”的突破，順利進(jìn)入Fab廠生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)“1到N”的增長(zhǎng)就會(huì)非?？?。

思銳智能就是離子注入機(jī)領(lǐng)域的新玩家，聶翔表示，不同芯片離子注入需求不同，所需機(jī)型也是不一樣的，三類機(jī)型的離子注入機(jī)（呈現(xiàn)互補(bǔ)并存的關(guān)系，在技術(shù)路徑選擇上，思銳智能選擇率先攻克難度最高的高能離子注入機(jī)并進(jìn)行深耕，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)臺(tái)穩(wěn)定、可靠的性能要求。“后續(xù)再按照節(jié)奏，從高能離子注入機(jī)向中低束流離子注入機(jī)、低能大束流離子注入機(jī)延伸，實(shí)現(xiàn)離子注入機(jī)全系列機(jī)臺(tái)的全覆蓋?！甭櫹璞硎尽?/span>

思銳智能新近推出了高能離子注入機(jī)SRII-8M，可以幫助CMOS圖像傳感器客戶實(shí)現(xiàn)更為嚴(yán)格的金屬污染控制。思銳智能還很看好未來(lái)碳化硅量產(chǎn)所帶來(lái)的離子注入機(jī)需求。陳祥龍認(rèn)為：“目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，碳化硅制備仍以中束流離子注入機(jī)為主。事實(shí)上，碳化硅對(duì)離子注入的能量要求及劑量要求是非常高的，在碳化硅前期產(chǎn)業(yè)規(guī)模還不大的時(shí)候，中束流離子注入機(jī)尚可以覆蓋所有的能量段，但這并不是最佳選擇。碳化硅中摻雜元素的劑量偏大，因此需要高能或大束流碳化硅離子注入機(jī)來(lái)滿足量產(chǎn)需求。我們推出的SRII-8M高能離子注入機(jī)也是為了滿足未來(lái)我國(guó)碳化硅量產(chǎn)的需求?！睋?jù)了解，今年年初，思銳智能實(shí)現(xiàn)SRII-8M高能離子注入機(jī)整機(jī)下線，目前已在幾家主流FAB廠做測(cè)試，從數(shù)據(jù)反饋來(lái)看，整體機(jī)臺(tái)的表現(xiàn)良好。

“中國(guó)大陸半導(dǎo)體制造的產(chǎn)能主要集中在成熟制程。思銳智能希望充分滿足這一部分的量產(chǎn)需求，以穩(wěn)定、可靠的產(chǎn)品進(jìn)一步鞏固市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)與優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而迎接未來(lái)先進(jìn)工藝制程對(duì)離子注入機(jī)的挑戰(zhàn)?！?聶翔表示。