行業門檻高，對新玩家來說高能離子注入設備或是機會？

6月29日，據中國電子科技集團有限公司（以下簡稱“中國電科”）官方消息，該集團旗下中電科電子裝備集團有限公司（以下簡稱“電科裝備”）已實現國產離子注入機28納米工藝制程全覆蓋，有力保障我國集成電路制造行業在成熟制程領域的產業安全。

在晶圓制造過程當中，總共有七大關鍵環節，分別是擴散(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蝕(Etch)、離子注入(Ion Implant)、薄膜生長(Dielectric Deposition)、拋光(CMP，即化學機械拋光)、金屬化(Metalization)。與之對應的七大類的生產設備包括：擴散爐、光刻機、刻蝕機、離子注入機、薄膜沉積設備（包括PECVD、LPCVD、ALD等）、化學機械拋光機、清洗機。

離子注入機是芯片制造中的關鍵裝備。在芯片制造過程中，需要摻入不同種類的元素按預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定能量并注入至特定半導體材料中，離子注入機就是執行這一摻雜工藝的芯片制造設備。

離子注入機由離子源、離子引入和質量分析器、加速管、掃描系統和工藝腔組成，可以根據實際需要省去次要部位。離子源是離子注入機的主要部位，作用是把需要注入的元素氣態粒子電離成離子，決定要注入離子的種類和束流強度。離子源直流放電或高頻放電產生的電子作為轟擊粒子，當外來電子的能量高于原子的電離電位時，通過碰撞使元素發生電離。碰撞后除了原始電子外，還出現正電子和二次電子。正離子進入質量分析器選出需要的離子，再經過加速器獲得較高能量，由四級透鏡聚焦后進入靶室，進行離子注入。

而根據能量范圍和注入劑量范圍的不同，常用的生產型離子注入機主要分為三種類型：低能大束流注入機、中束流注入機和高能注入機。其中，高能離子注入機的能量范圍需要高達幾MeV（百萬電子伏特），是離子注入機中技術難度最大的機型。

全球范圍內來看，由離子注入設備基本由AMAT和Axcelis供應。此外，對于技術壁壘較低的中束流離子注入機，Sumitomo等日本廠商也具備較強市場競爭力。

離子注入機為前道國產化率最低的環節之一，凱世通聚焦市場規模較大的低能大束流和高能離子注入設備領域。若以批量公開招標的華虹無錫和積塔半導體為統計標本，2022年1-10月份2家晶圓廠合計完成離子注入設備招標28臺，國產設備中標1臺，對應國產化率僅為3%，遠低于去膠機、刻蝕設備、薄膜沉積設備等環節。在本土供應商中，凱世通和中科信進展較快，二者整體呈現錯位競爭格局，其中凱世通重點聚焦低能大束流和高能離子注入設備，中科信在中束流離子注入設備領域競爭力較強。

三大應用領域：對離子注入機提出高要求

隨著超摩爾時代的到來，圍繞新材料、新工藝、新制程的研究逐漸增多，推動了半導體設備的發展，離子注入機的應用領域也越來越多，技術要求越來越高。

據記者了解，離子注入機將主要在三大芯片品類的生產環節中得到需求增長，尤其是研發難度更大的高能離子注入機。

首先在邏輯芯片和存儲芯片領域。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點的升級，離子注入道數越來越多，所需的離子注入機的數量就越多。而在28納米以后的先進制程中，離子注入機的數量雖然在減少，但難度卻在不斷提升。對于設備的Particle控制、角度控制、損傷控制等要求會更加嚴格。

其次是在智能手機上使用的CMOS圖像傳感器領域。眾所周知，在消費類市場，智能手機對于相機像素的要求越來越高，CMOS圖像傳感器需要制備更高深寬比的深層光電二極管，高能離子注入機可以幫助CMOS圖像傳感器制造商，實現更為嚴格的金屬污染控制，離子注入的能量最高甚至超過10MeV。因此 高能離子注入機成為不可替代的選擇。

最后是功率半導體領域。高能離子注入機正是國內IGBT產業加速追趕的關鍵之一，也是離子注入機中技術難度最大的機型。思銳智能副總經理陳祥龍告訴記者，功率器件的發展并不是一味追求尺寸的微縮，而是追求耐壓、開關速率、轉換效率的平衡，其中就要求離子注入機提供穩定的薄片傳輸能力，因為更薄的器件才能帶來更大的電場強度，從而滿足耐高壓的應用需求。

如碳化硅功率器件，由于碳化硅難以熱擴散，因此需要更高能量才能達到特定深度的注入，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來滿足量產需求。

新玩家：高能離子注入設備或是機會

數據顯示，2022年全球半導體設備市場規模為1175億美元（約合人民幣8587億元），其中離子注入設備市場規模達206億元，預計2023年增至211億元。在中國大陸市場，2022年半導體設備銷售額為282.7億美元（約合人民幣2066億元），其中，離子注入設備市場規模為66億元，2023年有望增至74億元，增速高于全球平均值。

從市場格局上看，全球離子注入機設備主要以應用材料（AMAT）、亞舍立（Acelis）、日本Nissin及SEN等國外廠商為主導。從產品布局看，應用材料主要產品包括大束流離子注入機、中束流離子注入機、超高劑量的離子注入；亞舍立主要產品為高能離子注入機；日本Nissin主要生產中束流離子注入機；SEN產品包括高束流離子注入機、中束流離子注入機、高能量離子注入機。

池憲念表示，新玩家想要進入離子注入機這個賽道將面臨兩方面難題：一是離子注入機制造所需的關鍵元器件和精密零部件的技術難度高；二是離子注入機在芯片制造廠完成設備驗證工作的時間周期較長和投入費用較高。”

然而，相較于薄膜沉積、刻蝕等環節，離子注入機雖研制難度極大，但設備產品結構較為單一，通用性較強，且較易實現規模化放量。業內人士表示，離子注入機設備研發前期花費巨大，不過一旦跨越“0到1”的突破，順利進入Fab廠生產線，實現“1到N”的增長就會非常快。

思銳智能就是離子注入機領域的新玩家，聶翔表示，不同芯片離子注入需求不同，所需機型也是不一樣的，三類機型的離子注入機（呈現互補并存的關系，在技術路徑選擇上，思銳智能選擇率先攻克難度最高的高能離子注入機并進行深耕，最終實現機臺穩定、可靠的性能要求。“后續再按照節奏，從高能離子注入機向中低束流離子注入機、低能大束流離子注入機延伸，實現離子注入機全系列機臺的全覆蓋。”聶翔表示。

思銳智能新近推出了高能離子注入機SRII-8M，可以幫助CMOS圖像傳感器客戶實現更為嚴格的金屬污染控制。思銳智能還很看好未來碳化硅量產所帶來的離子注入機需求。陳祥龍認為：“目前國內市場，碳化硅制備仍以中束流離子注入機為主。事實上，碳化硅對離子注入的能量要求及劑量要求是非常高的，在碳化硅前期產業規模還不大的時候，中束流離子注入機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來滿足量產需求。我們推出的SRII-8M高能離子注入機也是為了滿足未來我國碳化硅量產的需求。”據了解，今年年初，思銳智能實現SRII-8M高能離子注入機整機下線，目前已在幾家主流FAB廠做測試，從數據反饋來看，整體機臺的表現良好。

“中國大陸半導體制造的產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需求，以穩定、可靠的產品進一步鞏固市場經驗與優勢，進而迎接未來先進工藝制程對離子注入機的挑戰。” 聶翔表示。