当前全球半导体产业处于下行周期，但赶上国产替代化热潮，半导体部分领域正逆势增长，其中半导体设备成为业界多方关注的焦点。中国是全球最大半导体市场，但半导体自主生产率低下，仍面临依赖海外先进半导体制造设备的现状。就国内来看，离子注入机是在集成电路前道工艺设备中国产化率最低的环节之一，也因此被认为是破除高新技术壁垒、实现国产化的优选赛道。

亟待国产化，离子注入机市场前景广阔

“离子注入是集成电路制造中主要的掺杂技术，也是最基础的制备工艺。离子注入机的国产化率约为3%，尤其是高能机，难度高，且国产化率最低，市场还是很广阔的。”青岛四方思锐智能技术有限公司（以下简称“思锐智能”）董事长聂翔在2023年8月10日举行的无锡半导体设备年会上发表《“芯”挑战化为新机遇，思锐智能再出发》演讲时表示。

作为集成电路芯片制造中的关键设备，离子注入机至关重要，其开发难度仅次于光刻机。据了解，在芯片制造过程中，需要掺入不同种类的元素，并按预定方式改变材料的电性能。离子注入机是执行这一掺杂工艺的芯片制造设备，使得元素以带电离子的形式，被加速至预定能量，并注入至特定半导体材料中。

随着芯片特征尺寸的不断减小和集成度增加，各种器件在不断缩小，晶体管性能受掺杂剖面的影响越来越大，离子注入凭借唯一能够精确控制掺杂的优势在半导体前道制备中成为不可或缺的一环。

相较于薄膜沉积、刻蚀等环节，离子注入机虽研制难度极大，但设备产品结构较为单一，通用性较强，且较易实现规模化放量。根据离子束电流和束流能量范围，离子注入机可分为三大类，分别是中低束流离子注入机、低能大束流离子注入机、高能离子注入机。其中，低能大束流离子注入机目前市场占比较高，被应用于制程逻辑、DRAM、3D存储器和CIS芯片制造中；而高能离子注入机则较多应用在功率器件、IGBT、5G射频、CIS、逻辑芯片等器件制备过程中。

图片来源：全球半导体观察摄（思锐智能在2023年无锡半导体设备年会的演讲稿）

从市场格局上看，全球离子注入机设备主要以应用材料（AMAT）、亚舍立（Acelis）、日本Nissin及SEN等国外厂商为主导，目前已布局该赛道的国内厂商包括万业企业旗下的凯世通、中电科集团旗下的中科信等。

产品布局看，应用材料主要产品包括大束流离子注入机、中束流离子注入机、超高剂量的离子注入；亚舍立主要产品为高能离子注入机；日本Nissin主要生产中束流离子注入机；SEN产品包括高束流离子注入机、中束流离子注入机、高能量离子注入机。

穿越离子注入机高墙壁垒，思锐智能力接国产化重任

近年来，随着中芯国际等国内晶圆制造厂加大对成熟制程产线的布局，带动了离子注入机的需求不断增长。同时，随着摩尔定律的不断延伸，线宽不断微缩，离子注入的工序步骤也随之增加，据悉，28nm制程节点上离子注入步骤达到最高40次。

目前，离子注入机的市场集中度高，主要是因其技术壁垒在于角度控制、剂量控制、能量控制等。“离子注入机的整个工艺路线极为复杂，涉及十几个学科的知识范畴，并且系统间互相耦合，因此是业内公认的比较难的领域。”思锐智能董事长聂翔在接受媒体采访时表示。

“在整个国产化的情境下，我们有责任响应国家的号召，去突破国内技术瓶颈，去攻克那些卡脖子的装备。”思锐智能董事长聂翔向媒体表示，目前公司的策略是聚焦于突破离子注入机中最难的高能机。

资料显示，思锐智能成立于2018年，主要聚焦关键半导体前道工艺设备的研发、生产和销售，提供具有自主可控的核心关键技术的系统装备产品和技术服务方案。

思锐智能通过全资收购芬兰Beneq，全面启动原子层沉积（ALD）设备业务，从科研市场向工业转型，从泛半导体向半导体转型，正式进入半导体赛道；在推进ALD业务转型升级后，思锐智能通过借助海外技术资源及平台，组建了一支海外技术研发专家与本土技术团队相结合的核心技术团队，率先推出高能离子注入机，正式实行ALD和IMP双轨协同发展的布局。目前，思锐智能产品包括ALD和IMP设备，广泛应用于集成电路、第三代半导体、新能源、光学、零部件镀膜等诸多高精尖领域。

专精ALD和IMP赛道，思锐智能立志走独立自主国产替代差异化道路。在IMP方面，思锐智能于2023年6月推出首款高能离子注入机SRII-8M。其采用主流的射频加速技术和单晶圆传输模式，能量高达8MeV，可满足CIS敏感度测试需求，以及CIS产品的金属污染防护需求，同时，向下兼容开发4.5M、3M高能离子注入机型。据悉，该产品已通过SEMI S2/S23/S6/F47/Hazop 认证。

当前，随着新能源汽车等应用增长，驱动以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体快速发展，思锐智能预计到2027年，碳化硅设备市场规模将达到63亿美元。为高度适应市场需求，思锐智能正拓展SiC系列离子注入机，将在SRII-4.5M/SRII-200机台的基础上，结合Al离子源技术和高温注入技术，发展SiC系列离子注入机。产品预计将于明年下线。

高能离子注入机是离子注入机中技术难度最大的机型，被认为是离子注入机研发领域公认的“珠穆朗玛峰”，是我国集成电路制造装备产业链上亟待攻克的关键一环。思锐智能认为，整体来说，碳化硅对注入机种类的需求将同硅基功率器件一样，就全球市场来看，包括欧洲、日本、北美、以及中国大陆等地区的部分领先企业已经开始在其量产产线上引入像高能机或者中能大束的产品。本次重点发布的高能离子注入机，旨在适应碳化硅未来量产的需求。

思锐智能的离子注入机主要聚焦Si基集成电路先进工艺制程，满足HEI 和HCI 的国产化替代需求，目前，该公司已具备全系列离子注入机产品开发的能力。

结语

突破集成电路国产化瓶颈，逐步破解我国IC制造领域断链、短链的难题，摆脱受制于人的困境，一直是国内厂商的共同目标。半导体设备本土化之路虽道阻且长，但行之将至，若行而不辍，未来可期。

封面图片来源：拍信网