當前全球半導體產(chǎn)業(yè)處于下行周期，但趕上國產(chǎn)替代化熱潮，半導體部分領域正逆勢增長，其中半導體設備成為業(yè)界多方關注的焦點。中國是全球最大半導體市場，但半導體自主生產(chǎn)率低下，仍面臨依賴海外先進半導體制造設備的現(xiàn)狀。就國內(nèi)來看，離子注入機是在集成電路前道工藝設備中國產(chǎn)化率最低的環(huán)節(jié)之一，也因此被認為是破除高新技術壁壘、實現(xiàn)國產(chǎn)化的優(yōu)選賽道。
亟待國產(chǎn)化，離子注入機市場前景廣闊
“離子注入是集成電路制造中主要的摻雜技術，也是最基礎的制備工藝。離子注入機的國產(chǎn)化率約為3%，尤其是高能機，難度高，且國產(chǎn)化率最低，市場還是很廣闊的?！鼻鄭u四方思銳智能技術有限公司（以下簡稱“思銳智能”）董事長聶翔在2023年8月10日舉行的無錫半導體設備年會上發(fā)表《“芯”挑戰(zhàn)化為新機遇，思銳智能再出發(fā)》演講時表示。
作為集成電路芯片制造中的關鍵設備，離子注入機至關重要，其開發(fā)難度僅次于光刻機。據(jù)了解，在芯片制造過程中，需要摻入不同種類的元素，并按預定方式改變材料的電性能。離子注入機是執(zhí)行這一摻雜工藝的芯片制造設備，使得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。
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，離子注入作為唯一能夠精確控制摻雜的優(yōu)勢在半導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)，離子注入機雖研制難度極大，但設備產(chǎn)品結構較為單一，通用性較強，且較易實現(xiàn)規(guī)?；帕?。根據(jù)離子束電流和束流能量范圍，離子注入機可分為三大類，分別是中低束流離子注入機、低能大束流離子注入機、高能離子注入機。其中，低能大束流離子注入機目前市場占比較高，被應用于制程邏輯、DRAM、3D存儲器和CIS芯片制造中；而高能離子注入機則較多應用在功率器件、IGBT、5G射頻、CIS、邏輯芯片等器件制備過程中。
圖片來源：全球半導體觀察攝（思銳智能在2023年無錫半導體設備年會的演講稿）
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，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、中電科集團旗下的中科信等。
產(chǎn)品布局看，應用材料主要產(chǎn)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(chǎn)品為高能離子注入機；日本Nissin主要生產(chǎn)中束流離子注入機；SEN產(chǎn)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。
穿越離子注入機高墻壁壘，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，帶動了離子注入機的需求不斷增長。同時，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)點上離子注入步驟達到最高40次。
目前，離子注入機的市場集中度高，主要是因其技術壁壘在于角度控制、劑量控制、能量控制。“離子注入機的整個工藝路線極為復雜，涉及十幾個學科的知識范疇，并且系統(tǒng)間互相耦合，從而產(chǎn)生作用的一個設備，因此是業(yè)內(nèi)公認的比較難的領域。”思銳智能董事長聶翔在接受媒體采訪時表示。
“在整個國產(chǎn)化的情境下，我們有責任響應國家的號召，去突破國內(nèi)技術瓶頸，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中最難的高能機。
資料顯示，思銳智能成立于2018年，主要聚焦關鍵半導體前道工藝設備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，提供具有自主可控的核心關鍵技術的系統(tǒng)裝備產(chǎn)品和技術服務方案。
思銳智能通過全資收購芬蘭Beneq，全面啟動原子層沉積（ALD）設備業(yè)務，從科研市場向工業(yè)轉型，從泛半導體向半導體轉型，正式進入半導體賽道；在推進ALD業(yè)務轉型升級后，思銳智能通過借助海外技術資源及平臺，組建了一支海外技術研發(fā)專家與本土技術團隊相結合的核心技術團隊，率先推出高能離子注入機，正式實行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設備，廣泛應用于集成電路、第三代半導體、新能源、光學、零部件鍍膜等諸多高精尖領域。
專精ALD和IMP賽道，思銳智能立志走獨立自主國產(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SRII-8M。其采用主流的射頻加速技術和單晶圓傳輸模式，能量高達8MeV，可滿足CIS敏感度測試需求，以及CIS產(chǎn)品的金屬污染防護需求，同時，向下兼容開發(fā)4.5M、3M高能離子注入機型。據(jù)悉，該產(chǎn)品已通過SEMI S2/S23/S6/F47/Hazop 認證。
當前，隨著新能源汽車等應用增長，驅動以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導體快速發(fā)展，思銳智能預計到2027年，碳化硅設備市場規(guī)模將達到63億美元。為高度適應市場需求，思銳智能正拓展SiC系列離子注入機，將在SRII-4.5M/SRII-200機臺的基礎上，結合Al離子源技術和高溫注入技術，發(fā)展SiC系列離子注入機。產(chǎn)品預計將于明年下線。
高能離子注入機是離子注入機中技術難度最大的機型，被認為是離子注入機研發(fā)領域公認的“珠穆朗瑪峰”，是我國集成電路制造裝備產(chǎn)業(yè)鏈上亟待攻克的關鍵一環(huán)。思銳智能認為，整體來說，碳化硅對注入機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)的部分領先企業(yè)已經(jīng)開始在其量產(chǎn)產(chǎn)線上引入像高能機或者中能大束的產(chǎn)品。本次重點發(fā)布的高能離子注入機，旨在適應碳化硅未來量產(chǎn)的需求。
思銳智能的離子注入機主要聚焦Si基集成電路先進工藝制程，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產(chǎn)品開發(fā)的能力。
結語
突破集成電路國產(chǎn)化瓶頸，逐步破解我國IC制造領域斷鏈、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。半導體設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)
