(资料图片仅供参考)

6月29日，据中国电子科技集团有限公司（以下简称“中国电科”）官方消息，该集团旗下中电科电子装备集团有限公司（以下简称“电科装备”）已实现国产离子注入机28纳米工艺制程全覆盖，有力保障我国集成电路制造行业在成熟制程领域的产业安全。在晶圆制造过程当中，总共有七大关键环节，分别是扩散(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蚀(Etch)、离子注入(Ion Implant)、薄膜生长(Dielectric Deposition)、抛光(CMP，即化学机械抛光)、金属化(Metalization)。与之对应的七大类的生产设备包括：扩散炉、光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉积设备（包括PECVD、LPCVD、ALD等）、化学机械抛光机、清洗机。离子注入机是芯片制造中的关键装备。在芯片制造过程中，需要掺入不同种类的元素按预定方式改变材料的电性能，这些元素以带电离子的形式被加速至预定能量并注入至特定半导体材料中，离子注入机就是执行这一掺杂工艺的芯片制造设备。离子注入机由离子源、离子引入和质量分析器、加速管、扫描系统和工艺腔组成，可以根据实际需要省去次要部位。离子源是离子注入机的主要部位，作用是把需要注入的元素气态粒子电离成离子，决定要注入离子的种类和束流强度。离子源直流放电或高频放电产生的电子作为轰击粒子，当外来电子的能量高于原子的电离电位时，通过碰撞使元素发生电离。碰撞后除了原始电子外，还出现正电子和二次电子。正离子进入质量分析器选出需要的离子，再经过加速器获得较高能量，由四级透镜聚焦后进入靶室，进行离子注入。而根据能量范围和注入剂量范围的不同，常用的生产型离子注入机主要分为三种类型：低能大束流注入机、中束流注入机和高能注入机。其中，高能离子注入机的能量范围需要高达几MeV（百万电子伏特），是离子注入机中技术难度最大的机型。全球范围内来看，由离子注入设备基本由AMAT和Axcelis供应。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。

三大应用领域：对离子注入机提出高要求随着超摩尔时代的到来，围绕新材料、新工艺、新制程的研究逐渐增多，推动了半导体设备的发展，离子注入机的应用领域也越来越多，技术要求越来越高。据记者了解，离子注入机将主要在三大芯片品类的生产环节中得到需求增长，尤其是研发难度更大的高能离子注入机。首先在逻辑芯片和存储芯片领域。如果是在28纳米以前的成熟制程，随着晶体管的微缩和工艺节点的升级，离子注入道数越来越多，所需的离子注入机的数量就越多。而在28纳米以后的先进制程中，离子注入机的数量虽然在减少，但难度却在不断提升。对于设备的Particle控制、角度控制、损伤控制等要求会更加严格。其次是在智能手机上使用的CMOS图像传感器领域。众所周知，在消费类市场，智能手机对于相机像素的要求越来越高，CMOS图像传感器需要制备更高深宽比的深层光电二极管，高能离子注入机可以帮助CMOS图像传感器制造商，实现更为严格的金属污染控制，离子注入的能量最高甚至超过10MeV。因此 高能离子注入机成为不可替代的选择。最后是功率半导体领域。高能离子注入机正是国内IGBT产业加速追赶的关键之一，也是离子注入机中技术难度最大的机型。思锐智能副总经理陈祥龙告诉记者，功率器件的发展并不是一味追求尺寸的微缩，而是追求耐压、开关速率、转换效率的平衡，其中就要求离子注入机提供稳定的薄片传输能力，因为更薄的器件才能带来更大的电场强度，从而满足耐高压的应用需求。如碳化硅功率器件，由于碳化硅难以热扩散，因此需要更高能量才能达到特定深度的注入，而且碳化硅中掺杂元素的剂量偏大，需要高能或大束流碳化硅离子注入机来满足量产需求。

新玩家：高能离子注入设备或是机会数据显示，2022年全球半导体设备市场规模为1175亿美元（约合人民币8587亿元），其中离子注入设备市场规模达206亿元，预计2023年增至211亿元。在中国大陆市场，2022年半导体设备销售额为282.7亿美元（约合人民币2066亿元），其中，离子注入设备市场规模为66亿元，2023年有望增至74亿元，增速高于全球平均值。从市场格局上看，全球离子注入机设备主要以应用材料（AMAT）、亚舍立（Acelis）、日本Nissin及SEN等国外厂商为主导。从产品布局看，应用材料主要产品包括大束流离子注入机、中束流离子注入机、超高剂量的离子注入；亚舍立主要产品为高能离子注入机；日本Nissin主要生产中束流离子注入机；SEN产品包括高束流离子注入机、中束流离子注入机、高能量离子注入机。池宪念表示，新玩家想要进入离子注入机这个赛道将面临两方面难题：一是离子注入机制造所需的关键元器件和精密零部件的技术难度高；二是离子注入机在芯片制造厂完成设备验证工作的时间周期较长和投入费用较高。”然而，相较于薄膜沉积、刻蚀等环节，离子注入机虽研制难度极大，但设备产品结构较为单一，通用性较强，且较易实现规模化放量。业内人士表示，离子注入机设备研发前期花费巨大，不过一旦跨越“0到1”的突破，顺利进入Fab厂生产线，实现“1到N”的增长就会非常快。思锐智能就是离子注入机领域的新玩家，聂翔表示，不同芯片离子注入需求不同，所需机型也是不一样的，三类机型的离子注入机（呈现互补并存的关系，在技术路径选择上，思锐智能选择率先攻克难度最高的高能离子注入机并进行深耕，最终实现机台稳定、可靠的性能要求。“后续再按照节奏，从高能离子注入机向中低束流离子注入机、低能大束流离子注入机延伸，实现离子注入机全系列机台的全覆盖。”聂翔表示。思锐智能新近推出了高能离子注入机SRII-8M，可以帮助CMOS图像传感器客户实现更为严格的金属污染控制。思锐智能还很看好未来碳化硅量产所带来的离子注入机需求。陈祥龙认为：“目前国内市场，碳化硅制备仍以中束流离子注入机为主。事实上，碳化硅对离子注入的能量要求及剂量要求是非常高的，在碳化硅前期产业规模还不大的时候，中束流离子注入机尚可以覆盖所有的能量段，但这并不是最佳选择。碳化硅中掺杂元素的剂量偏大，因此需要高能或大束流碳化硅离子注入机来满足量产需求。我们推出的SRII-8M高能离子注入机也是为了满足未来我国碳化硅量产的需求。”据了解，今年年初，思锐智能实现SRII-8M高能离子注入机整机下线，目前已在几家主流FAB厂做测试，从数据反馈来看，整体机台的表现良好。“中国大陆半导体制造的产能主要集中在成熟制程。思锐智能希望充分满足这一部分的量产需求，以稳定、可靠的产品进一步巩固市场经验与优势，进而迎接未来先进工艺制程对离子注入机的挑战。” 聂翔表示。