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CMOS 工藝的發(fā)展極大推動(dòng)了離子注入（Ion Implantation）工藝的發(fā)展，也可以說(shuō)離子注入工藝的不斷成熟進(jìn)一步改善了集成電路產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是 CMOS 產(chǎn)品的性能，當(dāng)線寬進(jìn)入亞微米后，離子注入在整個(gè)集成電路制造前工序中更成了不可或缺的一個(gè)工藝流程。
離子注入執(zhí)行的是芯片前道制造核心摻雜（doping）工藝，就是將特定種類離子以指定參數(shù)（能量、劑量、角度等）注入至半導(dǎo)體材料中，從而改變半導(dǎo)體硅材料特性（如載流子濃度和導(dǎo)電類型）。
離子注入與傳統(tǒng)高溫?cái)U(kuò)散（Diffusion）工藝相比，離子注入具有良好的摻雜均勻性和可控性、摻雜元素的單一性，可對(duì)注入劑量、注入角度、注入深度、橫向擴(kuò)散等方面進(jìn)行精確的控制，而且很容易實(shí)現(xiàn)摻雜區(qū)域的圖形化，克服了傳統(tǒng)高溫?fù)诫s工藝的限制，提高了電路的集成度、開啟速度、成品率和壽命，降低了成本和功耗。
在芯片生產(chǎn)過(guò)程中，需要進(jìn)行多次離子注入，注入到芯片的不同位置、注入的次數(shù)對(duì)于不同芯片類型和工藝節(jié)點(diǎn)有所差異，隨著 CMOS 工藝的快速推進(jìn)，離子注入次數(shù)也快速增加。例如 1970 年代處理一個(gè)的ｎ型金屬氧化物半導(dǎo)體（NMOS）可能只需 6～8 次注入，而現(xiàn)在對(duì)于 28nm 邏輯器件來(lái)說(shuō)需要 40 次注入甚至更多。
而在實(shí)際制造過(guò)程中，對(duì)離子注入的要求也不盡相同，比如在結(jié)深（在注入時(shí)給予離子的能量）、劑量（注入時(shí)所需的雜質(zhì)數(shù)量大?。?、均勻性、重復(fù)性等方面都有不同的需求，一般來(lái)說(shuō)，離子注入的劑量取決于束流值和時(shí)間，注入深度取決于加速電場(chǎng)。為了滿足這些不同的需求，在不同的環(huán)節(jié)中需要采用不同加工能力的離子注入機(jī)，包括中束流（Medium Current）離子注入機(jī)、大束流（High Current）離子注入機(jī)、高能（High Energy）離子注入機(jī)。
隨著集成電路工藝技術(shù)的持續(xù)提升，由于器件的特征尺寸不斷縮小，需要更低能量的注入，以形成淺結(jié)或超淺結(jié)，低能大束流離子注入機(jī)日漸成為主流。低能大束流注入機(jī)的最低能量可以達(dá)到 0.2keV。
離子注入技術(shù)廣泛應(yīng)用于集成電路、AMOLED、太陽(yáng)能光伏、IGBT 等制造過(guò)程中，全球離子注入機(jī)市場(chǎng)約為 30 億美元，其中半導(dǎo)體約 26 美元。
集成電路用離子注入機(jī)行業(yè)存在較高競(jìng)爭(zhēng)壁壘，行業(yè)集中度較高。整體而言，整個(gè)市場(chǎng)主要由美國(guó)廠商壟斷。應(yīng)用材料（Applied Materials）、亞舍立（Axcelis）、中國(guó)臺(tái)灣漢辰科技（Advanced Ion Beam Technology，AIBT）合計(jì)占據(jù)全球 80%的市場(chǎng)。
近來(lái)來(lái)，為快速突破集成電路國(guó)產(chǎn)化瓶頸，國(guó)產(chǎn)離子注入機(jī)也受到國(guó)家政策的重點(diǎn)支持。2014 年，在《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》中，明確指出，要加強(qiáng)集成電路裝備、材料與工藝結(jié)合，研發(fā)光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、離子注入機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備，開發(fā)光刻膠、大尺寸硅片等關(guān)鍵材料，加強(qiáng)集成電路制造企業(yè)和裝備、材料企業(yè)的協(xié)作，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)配套能力；2017 年，發(fā)改委頒布的《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄》（2016 版）中指出，集成電路設(shè)備主要包括 6 英寸 /8 英寸 /12 英寸集成電路生產(chǎn)線所用的光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、離子注入機(jī)、退火設(shè)備、單晶生長(zhǎng)設(shè)備、薄膜生長(zhǎng)設(shè)備、化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備、封裝設(shè)備、測(cè)試設(shè)備等。集成電路離子注入機(jī)納入目錄范圍；2018 年，工信部發(fā)布的《首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄》，也將離子注入機(jī)列入。
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我國(guó)對(duì)離子注入機(jī)的性能指標(biāo)要求
來(lái)源：工信部發(fā)布的《首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄》
在各項(xiàng)政策的推動(dòng)下，我國(guó)離子注入機(jī)的研發(fā)也取得了重大進(jìn)展。日前，北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)工作辦公室公示了 2019 年度北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)各評(píng)審委員會(huì)項(xiàng)目評(píng)審結(jié)果，“大束流離子注入機(jī)裝備及工藝研發(fā)”項(xiàng)目榮獲北京市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，國(guó)內(nèi)兩大離子注入機(jī)供應(yīng)商萬(wàn)業(yè)企業(yè)旗下凱世通、爍科中科信攜手參與研發(fā)。
說(shuō)到凱世通，三年前在集成電路領(lǐng)域也是默默無(wú)名，直到 2018 年，大基金參股的萬(wàn)業(yè)企業(yè)的收購(gòu)，凱世通才得以進(jìn)入視野。
作為離子注入機(jī)領(lǐng)域的國(guó)家隊(duì)，成立于 2009 年的凱世通是如何在眾多產(chǎn)業(yè)巨頭當(dāng)中開拓自己的方寸之地，并得到業(yè)界的認(rèn)可。芯思想研究院認(rèn)為，新勢(shì)力企業(yè)，后發(fā)優(yōu)勢(shì)是機(jī)遇，站在巨人的肩膀上，從高起點(diǎn)開始，站得高看得遠(yuǎn)，對(duì)于新技術(shù)、新思維，有更好的接納度。
凱世通從光伏領(lǐng)域起步，轉(zhuǎn)入 AMOLED 領(lǐng)域，積累技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，再轉(zhuǎn)戰(zhàn)集成電路領(lǐng)域。2019 年，凱世通“高能離子注入機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與樣機(jī)驗(yàn)證”項(xiàng)目被正式列入上海市年度“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”集成電路領(lǐng)域立項(xiàng)項(xiàng)目清單；表彰其在集成電路裝備領(lǐng)域的戰(zhàn)略地位和代表意義入選了上海市科技小巨人工程；榮膺上海市政府頒發(fā)的“上海市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”、浦東新區(qū)政府頒發(fā)的“上海市浦東新區(qū)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”等諸多獎(jiǎng)項(xiàng)；更喜人的成績(jī)是，低能大束流離子注入機(jī)遷機(jī)成功，順利進(jìn)入驗(yàn)證階段。
根據(jù)芯思想研究院的數(shù)據(jù)，在 12 英寸晶圓制造生產(chǎn)線布置中，每萬(wàn)片約需 15 臺(tái)各類離子注入機(jī)，約占設(shè)備投資總額 6%。
根據(jù)芯思想研究院發(fā)布的中國(guó)內(nèi)地晶圓制造線報(bào)告來(lái)看，中國(guó) 12 英寸晶圓制造產(chǎn)線新增數(shù)量多達(dá)十五條，帶來(lái)半導(dǎo)體設(shè)備投資新機(jī)遇。
首先是存儲(chǔ)產(chǎn)能擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)。2020 年將是國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)芯片的關(guān)鍵一年。長(zhǎng)鑫存儲(chǔ)的產(chǎn)品已經(jīng)在多個(gè)頭部企業(yè)通過(guò)驗(yàn)證，今年月產(chǎn)能將要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能翻倍，有可望達(dá)到 5 萬(wàn)片；長(zhǎng)江存儲(chǔ)的 128 層 3D NAND 已經(jīng) 128 層 QLC 3D NAND 閃存（X2-6070）研發(fā)成功，并已在多家控制器廠商 SSD 等終端存儲(chǔ)產(chǎn)品上通過(guò)驗(yàn)證，產(chǎn)能今年也有望達(dá) 5 萬(wàn)片。據(jù)悉，凱世通已獲得國(guó)內(nèi)存儲(chǔ)制造廠的設(shè)備采購(gòu)訂單，設(shè)備送樣驗(yàn)證在即。
邏輯制程產(chǎn)能擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)。中芯國(guó)際在 2019 年三季度實(shí)現(xiàn) 14 納米量產(chǎn)，同時(shí) 12 納米已經(jīng)客戶導(dǎo)入；N+1 代工藝也要開始風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)。按照規(guī)劃，今年將提升月產(chǎn)能至 1.5 萬(wàn)片，未來(lái)將建成月產(chǎn)能 7 萬(wàn)片先進(jìn)生產(chǎn)線。華虹集團(tuán) 14 納米工藝于 2020 年 1 月全線貫通，28 納米（28LP/28HK/28HKC+）均實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
功率半導(dǎo)體產(chǎn)能擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)。華虹無(wú)錫 12 英寸今年將擴(kuò)產(chǎn)，士蘭微廈門 12 英寸工廠今年將投產(chǎn)，華潤(rùn)微重慶 12 英寸項(xiàng)目將啟動(dòng)，芯恩 8 英寸將投產(chǎn)，海芯、富芯項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)。
MEMS 產(chǎn)線方面，2020 年賽萊克斯將有望投產(chǎn)，新的 8 英寸 MEMS 產(chǎn)線今年還將啟動(dòng)兩條。
芯思想研究院認(rèn)為，按照目前規(guī)劃，未來(lái)五年國(guó)內(nèi)前道 FAB 將釋放 3000 億元以上的設(shè)備采購(gòu)空間。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)擁有非常豐富的下游應(yīng)用，通常是“一代器件、一代設(shè)備、一代工藝”。下游應(yīng)用往往是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力，這就給國(guó)產(chǎn)企業(yè)開辟了發(fā)展空間。
凱世通的低能大束流離子注入機(jī)進(jìn)入驗(yàn)證階段，無(wú)疑為進(jìn)入大生產(chǎn)線打開了一扇窗，必將加快公司進(jìn)入更廣闊的主戰(zhàn)場(chǎng)的步伐。
除了注重離子注入機(jī)等一系列內(nèi)生式高速成長(zhǎng)，萬(wàn)業(yè)企業(yè)還通過(guò)入股產(chǎn)業(yè)基金，助力國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備材料。在集成電路國(guó)產(chǎn)化的大背景下，萬(wàn)業(yè)企業(yè)抓住裝備材料國(guó)產(chǎn)替代的機(jī)遇，以“外延并購(gòu)+產(chǎn)業(yè)整合”雙輪驅(qū)動(dòng)，“集成裝備+產(chǎn)業(yè)投資+產(chǎn)業(yè)園”三駕馬車并駕齊驅(qū)，積極布局集成電路裝備材料領(lǐng)域。
2017 年 7 月，萬(wàn)業(yè)企業(yè) 10 億元認(rèn)購(gòu)首期上海半導(dǎo)體裝備材料產(chǎn)業(yè)基金 20%份額；2018 年 7 月，國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金以 6.77 億元參股萬(wàn)業(yè)企業(yè)，占公司 7%股權(quán)，成為萬(wàn)業(yè)第三大股東；2018 年 12 月，萬(wàn)業(yè)完成對(duì)離子注入機(jī)提供商凱世通的收購(gòu)。
僅僅 18 個(gè)月的時(shí)間，萬(wàn)業(yè)企業(yè)完成了從國(guó)家到地方（上海）的資源整合，加快產(chǎn)業(yè)整合進(jìn)程。上海半導(dǎo)體裝備材料產(chǎn)業(yè)基金先后增資華卓精科（雙工件臺(tái)）御渡半導(dǎo)體（測(cè)試系統(tǒng)，2018 年 10 月）、飛凱材料（電子化學(xué)材料）、精測(cè)電子（量測(cè)設(shè)備，2019 年 12 月）、長(zhǎng)川科技（測(cè)試系統(tǒng)和分選機(jī)）、紫光控股（SMT 裝備）等集成電路裝備材料核心項(xiàng)目，裝備材料平臺(tái)初具效應(yīng)。
