當(dāng)前全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)處于下行周期，但趕上國產(chǎn)替代化熱潮，半導(dǎo)體部分領(lǐng)域正逆勢增長，其中半導(dǎo)體設(shè)備成為業(yè)界多方關(guān)注的焦點(diǎn)。中國是全球最大半導(dǎo)體市場，但半導(dǎo)體自主生產(chǎn)率低下，仍面臨依賴海外先進(jìn)半導(dǎo)體制造設(shè)備的現(xiàn)狀。就國內(nèi)來看，離子注入機(jī)是在集成電路前道工藝設(shè)備中國產(chǎn)化率最低的環(huán)節(jié)之一，也因此被認(rèn)為是破除高新技術(shù)壁壘、實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的優(yōu)選賽道。

亟待國產(chǎn)化，離子注入機(jī)市場前景廣闊

“離子注入是集成電路制造中主要的摻雜技術(shù)，也是最基礎(chǔ)的制備工藝。離子注入機(jī)的國產(chǎn)化率約為3%，尤其是高能機(jī)，難度高，且國產(chǎn)化率最低，市場還是很廣闊的。”青島四方思銳智能技術(shù)有限公司（以下簡稱“思銳智能”）董事長聶翔在2023年8月10日舉行的無錫半導(dǎo)體設(shè)備年會上發(fā)表《“芯”挑戰(zhàn)化為新機(jī)遇，思銳智能再出發(fā)》演講時(shí)表示。

作為集成電路芯片制造中的關(guān)鍵設(shè)備，離子注入機(jī)至關(guān)重要，其開發(fā)難度僅次于光刻機(jī)。據(jù)了解，在芯片制造過程中，需要摻入不同種類的元素，并按預(yù)定方式改變材料的電性能。離子注入機(jī)是執(zhí)行這一摻雜工藝的芯片制造設(shè)備，使得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。

隨著芯片特征尺寸的不斷減小和集成度增加，各種器件在不斷縮小，晶體管性能受摻雜剖面的影響越來越大，離子注入憑借唯一能夠精確控制摻雜的優(yōu)勢在半導(dǎo)體前道制備中成為不可或缺的一環(huán)。

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)模化放量。根據(jù)離子束電流和束流能量范圍，離子注入機(jī)可分為三大類，分別是中低束流離子注入機(jī)、低能大束流離子注入機(jī)、高能離子注入機(jī)。其中，低能大束流離子注入機(jī)目前市場占比較高，被應(yīng)用于制程邏輯、DRAM、3D存儲器和CIS芯片制造中；而高能離子注入機(jī)則較多應(yīng)用在功率器件、IGBT、5G射頻、CIS、邏輯芯片等器件制備過程中。

圖片來源：全球半導(dǎo)體觀察攝（思銳智能在2023年無錫半導(dǎo)體設(shè)備年會的演講稿）

從市場格局上看，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等國外廠商為主導(dǎo)，目前已布局該賽道的國內(nèi)廠商包括萬業(yè)企業(yè)旗下的凱世通、中電科集團(tuán)旗下的中科信等。

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)。

穿越離子注入機(jī)高墻壁壘，思銳智能力接國產(chǎn)化重任

近年來，隨著中芯國際等國內(nèi)晶圓制造廠加大對成熟制程產(chǎn)線的布局，帶動了離子注入機(jī)的需求不斷增長。同時(shí)，隨著摩爾定律的不斷延伸，線寬不斷微縮，離子注入的工序步驟也隨之增加，據(jù)悉，28nm制程節(jié)點(diǎn)上離子注入步驟達(dá)到最高40次。

目前，離子注入機(jī)的市場集中度高，主要是因其技術(shù)壁壘在于角度控制、劑量控制、能量控制等。“離子注入機(jī)的整個(gè)工藝路線極為復(fù)雜，涉及十幾個(gè)學(xué)科的知識范疇，并且系統(tǒng)間互相耦合，因此是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的比較難的領(lǐng)域。”思銳智能董事長聶翔在接受媒體采訪時(shí)表示。

“在整個(gè)國產(chǎn)化的情境下，我們有責(zé)任響應(yīng)國家的號召，去突破國內(nèi)技術(shù)瓶頸，去攻克那些卡脖子的裝備。”思銳智能董事長聶翔向媒體表示，目前公司的策略是聚焦于突破離子注入機(jī)中最難的高能機(jī)。

資料顯示，思銳智能成立于2018年，主要聚焦關(guān)鍵半導(dǎo)體前道工藝設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，提供具有自主可控的核心關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)裝備產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)方案。

思銳智能通過全資收購芬蘭Beneq，全面啟動原子層沉積（ALD）設(shè)備業(yè)務(wù)，從科研市場向工業(yè)轉(zhuǎn)型，從泛半導(dǎo)體向半導(dǎo)體轉(zhuǎn)型，正式進(jìn)入半導(dǎo)體賽道；在推進(jìn)ALD業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級后，思銳智能通過借助海外技術(shù)資源及平臺，組建了一支海外技術(shù)研發(fā)專家與本土技術(shù)團(tuán)隊(duì)相結(jié)合的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)，率先推出高能離子注入機(jī)，正式實(shí)行ALD和IMP雙軌協(xié)同發(fā)展的布局。目前，思銳智能產(chǎn)品包括ALD和IMP設(shè)備，廣泛應(yīng)用于集成電路、第三代半導(dǎo)體、新能源、光學(xué)、零部件鍍膜等諸多高精尖領(lǐng)域。

專精ALD和IMP賽道，思銳智能立志走獨(dú)立自主國產(chǎn)替代差異化道路。在IMP方面，思銳智能于2023年6月推出首款高能離子注入機(jī)SRII-8M。其采用主流的射頻加速技術(shù)和單晶圓傳輸模式，能量高達(dá)8MeV，可滿足CIS敏感度測試需求，以及CIS產(chǎn)品的金屬污染防護(hù)需求，同時(shí)，向下兼容開發(fā)4.5M、3M高能離子注入機(jī)型。據(jù)悉，該產(chǎn)品已通過SEMI S2/S23/S6/F47/Hazop 認(rèn)證。

當(dāng)前，隨著新能源汽車等應(yīng)用增長，驅(qū)動以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體快速發(fā)展，思銳智能預(yù)計(jì)到2027年，碳化硅設(shè)備市場規(guī)模將達(dá)到63億美元。為高度適應(yīng)市場需求，思銳智能正拓展SiC系列離子注入機(jī)，將在SRII-4.5M/SRII-200機(jī)臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合Al離子源技術(shù)和高溫注入技術(shù)，發(fā)展SiC系列離子注入機(jī)。產(chǎn)品預(yù)計(jì)將于明年下線。

高能離子注入機(jī)是離子注入機(jī)中技術(shù)難度最大的機(jī)型，被認(rèn)為是離子注入機(jī)研發(fā)領(lǐng)域公認(rèn)的“珠穆朗瑪峰”，是我國集成電路制造裝備產(chǎn)業(yè)鏈上亟待攻克的關(guān)鍵一環(huán)。思銳智能認(rèn)為，整體來說，碳化硅對注入機(jī)種類的需求將同硅基功率器件一樣，就全球市場來看，包括歐洲、日本、北美、以及中國大陸等地區(qū)的部分領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)開始在其量產(chǎn)產(chǎn)線上引入像高能機(jī)或者中能大束的產(chǎn)品。本次重點(diǎn)發(fā)布的高能離子注入機(jī)，旨在適應(yīng)碳化硅未來量產(chǎn)的需求。

思銳智能的離子注入機(jī)主要聚焦Si基集成電路先進(jìn)工藝制程，滿足HEI 和HCI 的國產(chǎn)化替代需求，目前，該公司已具備全系列離子注入機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的能力。

結(jié)語

突破集成電路國產(chǎn)化瓶頸，逐步破解我國IC制造領(lǐng)域斷鏈、短鏈的難題，擺脫受制于人的困境，一直是國內(nèi)廠商的共同目標(biāo)。半導(dǎo)體設(shè)備本土化之路雖道阻且長，但行之將至，若行而不輟，未來可期。

封面圖片來源：拍信網(wǎng)