离子注入机搞定

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总的观点:就这么大


上周有个新闻:中国电科实现国产离子注入机28纳米工艺全覆盖。这是个啥意思?

01

基本情况

在半导体晶圆制造过程中,要使导电性能很差的纯净硅变为一种有用的半导体,需要掺入不同种类的元素按预定方式改变材料的结构和电导率,这个过程就被称为掺杂半导体器件的电学性能就取决于半导体掺杂的杂质浓度,掺杂工艺有高温热扩散法和离子注入法两种,在中低端的电子电路、芯片、太阳能电池等领域出于成本考虑采用高温热扩散法的不少,在8英寸及更大尺寸晶圆制造中,主要用离子注入法。而离子注入机就是执行这一掺杂工艺的芯片制造设备。
离子注入机是高压小型加速器中的一种,它将由离子源得到所需要的离子,经过加速得到几百千电子伏能量的离子束流,用做半导体材料、大规模集成电路和器件的离子注入,还用于金属材料表面改性和制膜等。离子注入机大致分为离子源、质量分离器、加速器、离子束扫描和离子注入室。而言之,离子源使电子与杂质的气体分子碰撞产生所需的离子,而质量分离器则利用电场和磁场的作用去除不需要的离子,并仅得到所需的离子。加速器通过施加高电压给离子提供注入硅的能量。束流扫描单元能够对离子束进行整形,并扫描离子束以将其注入整个晶圆。其上放置晶圆的承物台被放入离子注入室中,在此离子被注入晶圆中。
离子注入机又可细分为低能大束流离子注入机适用于大剂量浅注入,中低束流离子注入机用在芯片制造中的沟道掺杂、阱掺杂和漏/源掺杂等多种工艺中,高能离子注入机用于沟槽或厚氧化层注入,形成倒掺杂阱和埋层。它是集成电路制造工艺中必不可少的关键设备,与光刻机、刻蚀机、沉积膜设备,同列芯片制造四大核心设备。

02

市场应用

离子注入设备决定了芯片前道工艺中材料的掺杂质量,也是后续晶圆上器件形成的关键。目前芯片的成熟工艺制程和存储器芯片的先进工艺制程是离子注入机的主要应用领域。离子注入机在制程设备中的价值比重的3%到5%。不同产品因工艺的不同,各类注入机所占的比例不同。一条NAND Flash生产线,一般需要37台离子注入机,其中低能大束流20台,中束机7台,高束机10台。DRAM生产线需要55台,其中低能大束流40台,中束机12台,高束机3台。逻辑电路芯片的生产线需要30到40台离子注入机,其中低能大束流25到30台,中束机5到10台。不同的芯片制程对各种注入机的需求也不同,制程越先进,对低能大束流离子注入机的需求越高。
除了芯片制造领域,在AMOLED面板制造和太阳能电池等领域也需要离子注入机,AMOLED离子注入机投资约占AMOLED前段设备投资额的10%,在太阳能电池领域,在硅片中制备PN结,掺杂的质量决定了电池转换效率、衰减率、良品率等多个关键指标,是太阳能光伏电池生产过程中的关键步骤之一。当然这两个领域的市场较小。

03

主要企业

目前全球生产离子注入机的企业在10家以内,领先企业主要分布在美国、日本和中国。美国应用材料AMAT离子注入机全球第一,主要产品比较全。美国亚舍立Axcelis全球第二,主要产品高能离子注入机市占率超过50%,两者占据了整个离子注入机七成以上的市场份额。台湾汉辰科技AIBT只涉及大束流离子注入机产品业务,产品主要服务于台积电。这三者掌控了用量最大的低能大束流离子注入机95%以上的市场。日本日新离子机Nissin主要生产中束流离子注入机,在大陆中标个好几个项目的离子注入机。日本住友重工SMIT拥有全系列离子注入机产品。
美国因特瓦克intevac公司专注于太阳能离子注入机,凯世通是全球唯一一家全领域离子注入设备都覆盖的公司,光伏、芯片、AMOLED等等的离子注入机都有,在光伏领域全球市占率第一。日本真空也专注于光伏离子注入机领域。电科装备国内最早从事离子注入设备研制及产业化的企业,偏重于IC领域,形成了中束流、大束流、高能及第三代半导体等全系列离子注入机产品格局,已有百台设备广泛应用于国内各大集成电路先进产线,累计流片2000万片。本次发布了高能离子注入机,其意义在于实现我国28纳米成熟制程中领域全系列离子注入机成套解决方案。

04

几个观点

1.离子注入机在8英寸晶圆线已经基本实现自给自足,28纳米是芯片应用领域中覆盖面最广的成熟制程,继续往先进制程走还需要不断突破,而且配套的真空泵等核心部件也需要同步提升。
2.离子注入机设备的门槛很高,集成难度也比较大,同时设备商还要具备根据下游客户的生产工艺和技术水平提供定制化服务的能力。
3.离子注入机的市场并不算大,龙头的地位基本稳固。
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