離子注入機的案例
半導體設備之離子注入機行業研究
當 2030 年半導體產業總規模達到 10000 億美元時，半導體設備市場規模將達到 1400 億美元，其中離子注入機按 3%的占比計算，即為 42 億美元的市場規模。
按照離子注入機劃分為：大束流離子注入機、中低束流離子注入機、高能離子注入機：
大束流離子注入機占到60%的比例，由此推算2021年大束流離子注入機的市場規模約15億美元；中低束流離子注入機占比 20%，由此推算 2021 年中低束流離子注入機的市場規模約 5 億美元；高能離子注入機占 18%，由此推算 2021 年高能離子注入機的市場規模約 4.5 億美元。
四、全球離子注入機競爭格局：AMAT、AXCELIS 壟斷
集成電路離子注入機的市場份額高度集中。美國應用材料公司、Axcelis 占全球大部 分市場份額，其中美國應用材料公司占有 50%以上市場份額。
美國 AMAT，在離子注入機產品上的市占率 70%。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。應用材料曾收購瓦力安半導體設備公司，而瓦力安半導體設備 公司于 1999 年從瓦力安拆分而來。
美國 Axcelis，即亞舍立科技設計公司，主要產品高能離子注入機市占率 55%。2020 年 Axcelis銷售額 4.75 億美元，凈利潤 0.50 億美元。
日本 Nissin，主要生產中束流離子注入機，在中束流離子注入機的市占率 10%左右，曾在我國的 固安 OLED 項目、合肥晶合 12 寸項目上中標離子注入機。
展開 行業 | 2021年半導體設備之離子注入機行業研究
2020 年全球 WFE 市場規模達到 612 億 美元，按 3%的比例推算離子注入機的市場規模即為 18 億美元左右。
估計 2021 年離子注入機的市場規模達到 24-26 億美元，均值 25 億美元。2021 年 WFE 市場規模估計增長 30%-40%，推算將達到 800-850 億美元，按 3%的比例推算離子注入機的市場規模即為 24-26 億美元左右。
長期估計到 2030 年離子注入機市場規模將達到 42 億美元。當 2030 年半導體產業總規模達到 10000 億美元時，半導體設備市場規模將達到 1400 億美元，其中離子注入機按 3%的占比計算，即為 42 億美元的市場規模。
按照離子注入機劃分為：大束流離子注入機、中低束流離子注入機、高能離子注入機：
大束流離子注入機占到60%的比例，由此推算2021年大束流離子注入機的市場規模約15億美元；中低束流離子注入機占比 20%，由此推算 2021 年中低束流離子注入機的市場規模約 5 億美元；高能離子注入機占 18%，由此推算 2021 年高能離子注入機的市場規模約 4.5 億美元。
四、全球離子注入機競爭格局：AMAT、AXCELIS 壟斷
集成電路離子注入機的市場份額高度集中。美國應用材料公司、Axcelis 占全球大部 分市場份額，其中美國應用材料公司占有 50%以上市場份額。
美國 AMAT，在離子注入機產品上的市占率 70%。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。應用材料曾收購瓦力安半導體設備公司，而瓦力安半導體設備 公司于 1999 年從瓦力安拆分而來。
美國 Axcelis，即亞舍立科技設計公司，主要產品高能離子注入機市占率 55%。
展開 離子注入機：四大核心裝備之一，迎來國產替代機遇!
具體分類，根據《離子注入機通用規范》（GB/T 15862-2012），離子注入機按能量高低可分為：低能離子注入機、中能離子注入機、高能離子注入機和兆伏離子注入機；按束流大小可分為：小束流離子注入機、中束流離子注入機、強流離子注入機和超強流離子注入機（通常將強流離子注入機和超強流離子注入機統稱為大束流離子注入機）。
由于集成電路制程向14nm及以下繼續縮小，源漏極的結深相應減小，為了實現淺層摻雜，低能大束流（高劑量/淺度摻雜）日漸成為主流，其技術難度也最高，根據浦東投資的統計，目前低能大束流占有離子注入機市場的55%。
按下游領域分類，目前離子注入機可用于眾多領域，包括集成電路與IGBT制造領域、太陽能電池生產領域、AMOLED面板制造等。
離子注入機主要由離子源、磁分析器、加速管或減速管、聚焦和掃描系統、工藝腔（靶室和后臺處理系統）五部分組成。設備工作時，從離子源引出的離子經過磁分析器選擇出需要的離子，分析后的離子經加速或減速以改變離子的能量，再經過兩維偏轉掃描器使離子束均勻的注入到材料表面，用電荷積分儀可精確的測量注入離子的數量，調節注入離子的能量可精確的控制離子的注入深度。
市場空間：全球市場規模較大，未來有望繼續擴大
半導體制造：25 億美元空間，受益下游需求與技術演進規模有望擴大
根據SEMI的統計，2018年全球晶圓加工設備市場規模達到502億美元，同比增 52%。
展開 半導體前道設備研究框架
（報告來源：未來智庫）
（9）離子注入機
離子注入是一種摻雜技術，以離子加速的方式將摻雜元素注入到半導體晶片內部，改變其導電特 性并最終形成所需的器件結構。根據離子束電流和束流能量范圍，一般可以把離子注入機分為低 能大束流離子注入機、高能離子注入機和中低束流離子注入機。
目前，全球離子注入機仍以大束流離子注入機為主，據 Gartner 數據，大束流離子注入機占離子 注入機市場總份額的 61％。
應用材料壟斷全球離子注入機市場。全球離子注入機市場呈現增長態勢， 2019 年全球離子注入 機市場規模達 11 億美元，2021 年市場規模超過 22 億美元。應用材料幾乎壟斷了全球離子注入機 市場，占據了 70％的市場份額，其次為 Axcelis，占 20％。
凱世通、中科信引領國內離子注入機國產替代。2021 年 5 月，凱世通自主研發的首臺低能大束流 離子注入機率先在國內 12 英寸主流集成電路芯片制造廠完成設備驗證和驗收工作。2021 年第四 季度，凱世通的低能大束流重金屬離子注入機、低能大束流超低溫離子注入機成功通過驗證和驗 收，高能離子注入機順利在另一家 12 英寸集成電路芯片制造廠完成交付。2022 年一季度，凱世 通獲得重要客戶的批量訂單，包含 12 英寸低能大束流離子注入機和低能大束流超低溫離子注入機， 并與另一家集成電路制造廠簽訂了一臺低能大束流離子注入機訂單，截止 22Q1 在手訂單金額超 人民幣 6.8 億元。中科信也已成功實現離子注入機全譜系產品國產化，包括中束流、大束流、高 能、特種應用及第三代半導體等離子注入機，工藝段覆蓋至 28nm。
（10）去膠設備
去膠即刻蝕或離子注入完成之后去除殘余光刻膠的過程。去膠工藝類似于刻蝕，操作對象是光刻 膠。
展開 
離子注入機國產化進程
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半導體，我們離開美國制造，能照樣轉嗎？
（10）離子注入設備：美國壟斷，替代難度較大
離子注入設備分為大束流、中束流和高能量離子注入機，一條 NAND Flash 產線上，約有 37 臺離子注入機，其中 10 臺高能量， 20 臺大束流， 7 臺中束流；一條 DRAM 產線上，約需要 55 臺離子注入機，其中 3 臺高能量， 40 臺大束流， 12 臺中束流；一條 Logic產線上，約需要 30-40 臺離子注入機，其中約 25-30 臺大束流， 5-10 臺中束流。離子注入設備幾乎被美國壟斷，美國的應用材料公司擁有 73%的市場占有率，美國亞舍立科技擁有約 17%的市場份額。日本的住友重機械也有離子注入產品，生產工藝節點為20-22nm。
離子注入設備美國壟斷
國產設備中，北京中科信和中電四十八所均有離子注入機產品。中電四十八所的離子注入機可用于 4 寸或 6 寸晶圓分立器件或功率器件的制造。北京中科信高能量、 大束流和中束流離子注入機中均布局較為完整， 擁有 12 寸晶圓產品， 45-22nm 低能大束流離子注入機研發和產業化項目通過了驗收， 但距離國外的產品仍有較大差距。
（11）化學機械拋光設備 CMP：美國最強，日本其次
CMP 設備依然是美國應用材料一家獨大，擁有全球 66%的市場份額。日本東京 Ebara擁有12 寸晶圓 10-20nm 級 CMP 設備，能在一定程度上實現對美國的替代。
化學機械拋光 CMP 美國最強
國產設備中，華海清科正在攻堅 12 寸晶圓 28-14nm 工藝 CMP 設備，在 8 寸與 6 寸晶圓中，也有相應產品。中電科 45 所在 2015 年研制出 8 寸晶圓 CMP 并進入中芯國際天津廠驗證，填補了國產設備產線驗證的空白。盛美半導體的 CMP 設備主要用于后段封裝的 65-45nm 銅互聯工藝。
展開 2021年前道設備（二）：光刻機、蝕刻、CVD、PVD、離子注入設備
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都2022年了，這些半導體上游設備及材料上市公司不會還有人不知道吧？
5、離子注入
中科信
北京中科信電子裝備有限公司于2003年6月在北京通州注冊成立，主要從事離子注入機、快速退火爐等裝備研發和制造以及太陽能電池片及組件生產，具備光伏太陽能屋頂電站建設能力。20世紀60年代開始研究離子注入機，先后承擔了90—65nm中束流和45—22nm大束流等重大項目的攻關任務，目前已擁有中束流離子注入機、低能大束流離子注入機、高能離子注入機和定制離子注入機四種產品，構建了較為系統的集成電路離子注入機譜系。
萬業企業
上海萬業企業股份有限公司（“萬業企業”，證券代碼：600641），成立于1991年10月，是一家具有新興產業基因的高科技上市公司。2018年，萬業企業成功收購上海凱世通半導體股份有限公司，正式進入集成電路四大核心裝備之一的離子注入機領域。凱世通是中國領先的離子注入機研發制造企業，技術覆蓋范圍從突破超越7nm到成熟主流工藝制程，團隊研發項目獲國家級重點專項審批與支持、集成電路整機設備獲多個訂單。同年，萬業企業引入國家集成電路產業投資基金作為重要戰略投資者，為企業轉型保駕護航。
6、爐管設備
北方華創
北方華創的立式爐、臥式爐設備達到國內半導體設備的先進水平，成為了主流廠商擴散氧化爐設備的優選。立式氧化爐（300mm/200mm)是在中高溫下通入特定氣體（O2/H2/DCE），在硅片表面發生氧化反應，生成二氧化硅薄膜的一種設備。生成的二氧化硅薄膜可以作為集成電路器件前道的緩沖介質層、犧牲氧化層和柵氧化層。立式退火爐（300mm/200mm)是在中低溫條件下，通入惰性氣體（N2），消除硅片界面處晶格缺陷和晶格損傷，優化硅片界面質量的一種設備。SiC-650系列高溫爐，適用于SiC基功率器件制造中的高溫工藝環節。
展開 半導體產業深度研究報告
4.離子注入工藝：離子注入是一種添加工藝，利用高能量帶電離子束注入的形式，將摻雜原子強行摻入半導體中，從而控制半導體的導電率
。離子注入提供了比擴散過程更好的摻雜工藝控制，例如在擴散工藝中摻雜物的濃度和結深無法獨立控制，而在離子注入中可以通過離子束電流和注入時間控制摻雜物濃度，通過離子的能量控制摻雜物的結深，因此離子注入是目前半導體行業中的主要摻雜方法。
離子注入所使用的半導體設備為離子注入機，離子注入機是非常龐大的設備，包括了氣體系統、電機系統、真空系統、控制系統和最重要的射線系統。根據離子束電流和束流能量范圍，一般可以把離子注入機分為低能大束流離子注入機、高能離子注入機和中低束離子注入機。
離子注入機可以應用在集成電路和光伏領域。在集成電路領域，全球的離子注入機為應用材料所壟斷，其市場占有率達到了70%，其次為Axcelis，占據了近20%的市場份額。國內的離子注入機生產企業主要是凱世通和北京中科信，2020年12月凱世通宣布擬向芯成科技出售3款12英寸集成電路離子注入機，國產離子注入機邁出了關鍵一步。
5.薄膜沉積工藝
：薄膜沉積是一種添加工藝，是指利用化學方法或物理方法在晶圓表面沉積一層電介質薄膜或金屬薄膜，根據沉積方法可以分為化學氣相沉積和物理氣相沉積。
CVD是利用氣態化學源材料在晶圓表面產生化學反應過程，在表面沉積一種固態物作為薄膜層
。
展開 國內半導體設備中標明細及其國產化率統計（二）
其中華海清科共計中標 34 臺，僅次于應用材料，中標產品主要為層間介質層化學機械拋光機、氧化硅化學機械拋光機、晶圓硅面化學機械拋光機等。
華力集成：應用材料、荏原制作所領先，國內華海清科中標。華海清科共計中標 4臺，中標產品涵蓋硅研磨設備、銅化學機械研磨設備、氧化硅化學機械研磨設備和硅片背面氧化膜化學機械研磨設備。
華虹無錫：應用材料、華海清科獲采購較多。華海清科共計中標 10 臺設備，化學機械拋光工藝涵蓋銅、硅片再生、淺溝槽絕緣氧化膜&多晶硅膜、鎢等工藝環節，應用領域較為多樣；吉姆西半導體科技中標 5 臺，為氧化膜化學機械拋光設備。
總結：化學機械拋光設備方面，華海清科為國內細分龍頭，化學機械拋光設備涵蓋銅、硅片再生、淺溝槽絕緣氧化膜&多晶硅膜、鎢等多類材料。從三座晶圓廠累計招標情況統計，國產設備中標總數 48 臺，晶圓廠招標設備總數 230 臺，由此計算國產化率約20.9%。與海外廠商相比，在工藝覆蓋率方面，國內廠商有進一步提升空間。
8、離子注入：國產化率 1.4%，爍科中科信國產獲采購
長江存儲：應用材料、亞舍立（Axcelis）中標較多。應用材料為離子注入領域全球龍頭，共計中標 38 臺，中標產品涵蓋高束流、中束流等類型；亞舍立 Axcelis 中標 8 臺，主要為高能離子注入設備。
華力集成：應用材料、住友重工、亞舍立等企業領先，國產爍科中科信獲得采購。應用材料中標設備涵蓋高電流、中電流和高能量離子注入設備；住友重工中標設備包括高電流和中電流離子注入設備；亞舍立中標設備為中電流和高能量離子注入機；爍科中科信于 2019 年中標 1 臺中束流離子注入機。
華虹無錫：住友重工、應用材料獲采購最多，國產廠商爍科中科信獲得采購。
展開 2021年中國半導體離子注入設備行業概覽
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離子注入可以優化SiC器件設計
鋁摻雜可以通過兩種方式實現——外延或離子注入。外延生長涉及在襯底上逐層沉積半導體材料，而離子注入需要用高能帶電粒子轟擊半導體層。但是離子注入會導致在半導體層深處形成缺陷，這可能對電導率調制產生關鍵影響。
在最近發表在 Physica Status Solidi (b ) 上的一項研究中，來自日本的研究人員調查了由 Al 摻雜形成的 SiC 雙極二極管中缺陷的深度分布。“我們的研究結果將有助于 SiC 功率器件的優化設計，該器件很快將用于電動汽車、火車等。這些結果最終將有助于提高車輛和火車牽引系統的性能、尺寸和能耗，”領導這項研究的名古屋工業大學副教授 Masashi Kato 博士說。
為了研究缺陷的深度分布，研究小組制造了兩個帶有 Al 摻雜 p 層的 SiC PiN 二極管，一個通過外延生長，另一個通過離子注入。然后，他們使用傳統的“深能級瞬態光譜”（DLTS）研究了兩個二極管中的缺陷分布，并使用陰極發光（CL）表征了其特性。他們發現通過外延生長的 p 型層沉積不會對相鄰的 n 型層造成損壞，但生長表現出輕微的不穩定性，導致形成深能級缺陷。由于電導調制的影響，該二極管的特定導通電阻也很低。
然而，對于通過離子注入形成的二極管，研究人員發現，Al 摻雜在不影響電導調制的情況下實現了高比導通電阻。此外，研究人員觀察到半導體器件中的缺陷從注入區滲透到至少 20 μm。“我們的研究表明，碳化硅雙極器件中的離子注入需要在距有源區至少 20 μm 的地方進行處理，”加藤博士解釋說。
碳化硅功率器件的低功耗意味著它們在未來隨著氣候變化加劇和化石燃料能源危機惡化而必不可少。迅速改進半導體技術以使其在世界舞臺上占據應有的地位至關重要。有了這樣的強大結果來為未來的研究和制造提供信息，我們可能會比預期更快地實現這個未來。
展開 離子注入可以優化SiC器件設計
鋁摻雜可以通過兩種方式實現——外延或離子注入。外延生長涉及在襯底上逐層沉積半導體材料，而離子注入需要用高能帶電粒子轟擊半導體層。但是離子注入會導致在半導體層深處形成缺陷，這可能對電導率調制產生關鍵影響。
在最近發表在 Physica Status Solidi (b ) 上的一項研究中，來自日本的研究人員調查了由 Al 摻雜形成的 SiC 雙極二極管中缺陷的深度分布。“我們的研究結果將有助于 SiC 功率器件的優化設計，該器件很快將用于電動汽車、火車等。這些結果最終將有助于提高車輛和火車牽引系統的性能、尺寸和能耗，”領導這項研究的名古屋工業大學副教授 Masashi Kato 博士說。
為了研究缺陷的深度分布，研究小組制造了兩個帶有 Al 摻雜 p 層的 SiC PiN 二極管，一個通過外延生長，另一個通過離子注入。然后，他們使用傳統的“深能級瞬態光譜”（DLTS）研究了兩個二極管中的缺陷分布，并使用陰極發光（CL）表征了其特性。他們發現通過外延生長的 p 型層沉積不會對相鄰的 n 型層造成損壞，但生長表現出輕微的不穩定性，導致形成深能級缺陷。由于電導調制的影響，該二極管的特定導通電阻也很低。
然而，對于通過離子注入形成的二極管，研究人員發現，Al 摻雜在不影響電導調制的情況下實現了高比導通電阻。此外，研究人員觀察到半導體器件中的缺陷從注入區滲透到至少 20 μm。“我們的研究表明，碳化硅雙極器件中的離子注入需要在距有源區至少 20 μm 的地方進行處理，”加藤博士解釋說。
碳化硅功率器件的低功耗意味著它們在未來隨著氣候變化加劇和化石燃料能源危機惡化而必不可少。迅速改進半導體技術以使其在世界舞臺上占據應有的地位至關重要。
展開 一文搞懂離子注入工藝
來源：中國半導體論壇
芯片制造環節，我們到底還缺啥？
可行性分析
北方華創的硅刻蝕機在14nm工藝上取得重大進展，中微公司第二代電介質刻蝕設備已廣泛應用于28到7nm后段制程以及10nm前段制程。
刻蝕之后使用去膠設備將表面遺留的光刻膠去除。屹唐半導體
的去膠設備已經進入了5nm生產線。
5. 離子注入環節主要是注入機，基本滿足要求。
晶圓制造中需要將雜質離子（如硼離子、磷離子）摻入被刻蝕后的特定硅片區域中，從而形成PN結、電阻、歐姆接觸等。離子注入是使帶電粒子（離子）高速轟擊硅片并將其注入硅襯底的方法。
中電科旗下北京中科信的12英寸離子注入機已進入中芯國際生產線，工藝覆蓋至28nm。萬業企業旗下凱世通的離子注入機已突破3nm工藝，主要參數均優于國外同類產品。
6. 薄膜沉積環節主要是PVD、CVD設備，基本滿足要求。
絕緣薄膜（如SiO2）、半導體薄膜（如多晶硅）、導電薄膜（如金屬）是芯片中的重要物質，薄膜沉積是各類薄膜形成的最主要方式。
薄膜沉積工藝分為物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）和外延三大類。PVD多應用于金屬薄膜的沉積，CVD可應用于絕緣薄膜、半導體薄膜和導電膜層的沉積，外延是在硅片表面生長單晶薄膜的工藝。
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