離子注入是半導體器件和集成電路生產的關鍵工藝之一，其提供的高精度和高均勻性摻雜可以大幅度提高集成電路的成品率，與光刻機、刻蝕設備和薄膜設備并稱為集成電路制造的“四大金剛”。

圖 集成電路制造四大關鍵設備

離子注入（Ion Implantation）是一種向半導體材料內注入一定數量和種類的雜質，以改變其電學性能的方法，是一種半導體材料的摻雜技術。半導體離子注入具有低溫摻雜、精確的劑量控制、掩蔽容易、均勻性好等優點，經離子注入摻雜所制成的幾十種半導體器件和集成電路擁有速度快、功耗低、穩定性好、成品率高等特點。對于大規模、超大規模集成電路來說，離子注入是一種理想的摻雜工藝。

為什么SiC摻雜采用離子注入工藝更為合適？

傳統的硅功率器件工藝中，高溫擴散和離子注入是最主要的摻雜控制方法，兩者各有優缺點：

• 高溫擴散工藝簡單，設備便宜，摻雜分布輪廓為等向性，且高溫擴散工藝引入的晶格損傷低；
• 離子注入工藝復雜且設備昂貴，但溫度條件相對擴散工藝較低，可獨立控制摻雜元素的濃度和結深，雖然也會給襯底引入大量的點缺陷和擴展缺陷。

它們的電離能和溶解極限見表1（注：hexagonal (h) and cubic (k)）

▲表1 SiC中主要摻雜劑的電離能和溶解極限

以上摻雜元素在硅中的擴散系數較高，在1300℃左右就可以實現高溫擴散摻雜。但磷、鋁、硼和氮元素在碳化硅中的擴散系數都很低，需要2000℃以上才能實現合理的擴散系數。而高溫擴散會帶來很多問題，如引入多種擴散缺陷會惡化器件的電學性能，無法使用常見的光刻膠作掩膜等等，所以離子注入工藝成為了目前碳化硅摻雜的唯一選擇。

圖SiC和Si中主要摻雜雜質的擴散常數對比圖

由于碳化硅太堅硬，為了減少在離子注入過程中對晶格的破壞，需將溫度提高到五六百度，所以碳化硅離子注入需要用到高溫離子注入機。

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高溫離子注入機是寬禁帶半導體生產線上價值量最大的關鍵設備之一，產業化難度很大，價格昂貴，而且設備交期漫長，是國內IGBT產業加速追趕的關鍵之一，也是離子注入機中技術難度最大的機型。

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下文整理了11家面向SiC半導體領域的離子注入機企業，主要分布在美國、日本、中國和法國。

國別	公司名	logo	碳化硅離子注入機
美國	美國應用材料公司		VIISta? 900 3D 中束流離子注入機
	亞舍立科技Axcelis ACLS		Purion H200? SiC 高電流、Purion XE? SiC 高能量和 Purion M? SiC 中電流注入機
	SHELLBACK		?Varian 350D 和 XP 系列離子注入系統
日本	愛發科		IH-860 DISC
	日新離子機械株式會社		IMPHEAT-II
中國	臺灣漢辰科技股份有限公司		iBlazar
	北京爍科中科信電子裝備有限公司		CI S0380系列、CI S0200系列
	青島四方思銳智能技術有限公司		SRII-4.5M、SRII-200
	上海凱世通半導體股份有限公司		凱世通研發了面向碳化硅的高溫離子注入機
	季華恒一（佛山）半導體科技有限公司		碳化硅高溫高能離子注入機
法國	IBS		?FLEXION 400-SIC

• 美國應用材料公司

https://www.appliedmaterials.com/

美國應用材料公司（AMAT）成立于1967年，是材料工程解決方案的領導者，全球幾乎每一個新生產的芯片和先進顯示器的背后都有應用材料公司的身影。憑借在規模生產的條件下可以在原子級層面改變材料的技術。

應用材料公司VIISta? 900 3D高溫離子注入系統可向200毫米和150毫米碳化硅晶圓注入和擴散離子， 產生的電阻率僅為室溫下注入的四十分之一。VIISta 900XP在中束流離子注入機旗艦產品中具有高精度、清潔度高、生產率和生產價值高等優勢。此外，擴展的能量范圍允許在 300keV 和 600keV 下分別以 + 和 ++ 電荷狀態運行。??

• 亞舍立科技Axcelis（ACLS）

https://www.axcelis.com/

Axcelis（ACLS），總部位于美國，成立于1978年，一直為半導體行業提供創新、高效的離子注入及其他用于半導體芯片的設備解決方案，公司提供完整系列的高能、高電流和中電流注入機。

Axcelis已向Wolfspeed、德州儀器等全球領先的碳化硅 (SiC) 功率器件芯片制造商多批出貨 Purion Power Series? 離子注入機系統。包括 Purion H200? SiC 高電流、Purion XE? SiC 高能量和 Purion M? SiC 中電流注入機。150 毫米和 200 毫米系統將用于大批量生產功率器件，支持汽車、工業、能源和其他高耗能應用。

圖 Axcelis Purion XE 系列離子注入機

• SHELLBACK?

https://shellbacksemi.com/

SHELLBACK由業界領先的兩家半導體品牌OEM Group和RITE Track合并成立，擁有50年的全球營運經驗。SHELLBACK提供眾多專利產品，包括SEMITOOL、VARIAN、Applied P5000、SVG Track等等，以及用于晶圓載具檢驗和清洗的卓越科技組合——EAGLEi和STORM。

圖 Varian 350D 和 XP 系列離子注入系統

SHELLBACK的離子注入機包括中電流系列350D、350DE，大電流系列80XP、120XP、160XP以及高頻系列G1500、G1510。覆蓋晶圓加工尺寸：100mm、125mm 和 150mm。

• 愛發科（株式會社ULVAC）

https://www.ulvac-shanghai.com/

愛發科的前身是1952年創立的日本真空技術株式會社，株式會社ULVAC(ULVAC,Inc.)是以在各領域獲得廣泛應用的真空技術為基礎，以開創精細加工工藝為追求目標的研究開發型綜合企業。2006年在愛發科真空技術(上海)有限公司的基礎上，整合ULVAC集團在中國的銷售網絡，成立了愛發科商貿(上海)有限公司。銷售包括電子元器件領域相關IGBT、SiC功率器件、MEMS、SAW/BAW等設備。

IH-860 DISC是愛發科推出的面向SiC量產用的高能粒子注入裝置，搭載了高溫ESC（靜電吸附卡盤，吞吐量為30枚/小時（支持直徑為75mm-150mm的晶圓）。? ??

• 日新離子機械株式會社?

https://nissin-ion.co.jp/

日新離子機械株式會社成立于1999年，經營半導體制造用離子注入裝置，除了使用300mm晶圓的尖端硅元件的注入之外，還提供SiC和GaN裝置等的高溫注入和VCSEL的氫離子注入等。

日新開發的高溫離子注入裝置“IMPHEAT”能更高率地處理高電壓和大電流的電力機器用半導體器件，在EV汽車、HEV汽車和家電產品等節能方面受到關注。

圖：高溫離子注入設備IMPHEAT-II

IMPHEAT-II可進行SiC功率器件用鋁(Al)注入，可覆蓋從室溫到500℃的范圍，晶圓尺寸覆蓋4/6/8英寸。

• 臺灣漢辰科技股份有限公司?

https://www.aibt.com.tw/

漢辰科技1999年成立于美國硅谷，并于2003年在新竹與臺南科學園區設立營運總部與研發制造中心，是臺灣漢民科技的子公司，專注于低能量高電流離子注入設備及相關技術的研發。漢辰是臺灣唯一能制造、生產半導體前段設備的廠商，開發制造低能量高電流離子注入機。借由28納米制程打下的堅實基礎，與全球半導體制造龍頭公司長期合作，設備由早期的iPlusar延伸至iPulsar Plus，再進展為iBlazar，年產能達50臺。

圖 iBlazar低能量高電流離子注入機

圖 漢民科技化合物半導體布局

• 北京爍科中科信電子裝備有限公司

https://www.cetc.com.cn/

北京爍科中科信成立于2019年，源于中國電科第48研究所，是國內較早專注于集成電路領域離子注入機業務的高端裝備供應商。連續突破光路、控制、軟件等關鍵模塊的核心技術，形成中束流、大束流、高能及第三代半導體等全系列離子注入機產品格局，已實現離子注入裝備28納米工藝制程全覆蓋，電科裝備研發的芯片制造關鍵裝備碳化硅高溫離子注入機已實現100%國產化，穩居國內市場占有率第一。? ?

爍科中科信推出了CI S0380系列束流增強型中束流SiC離子注入機和CI S0200系列大束流SiC離子注入機。? ? ??

圖 爍科中科信離子注入裝備

• 青島四方思銳智能技術有限公司

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https://www.sri-i.com/

青島四方思銳智能技術有限公司成立于2018年，總部位于中國青島，并在北京、上海設有研發中心。思銳智能主要聚焦關鍵半導體前道工藝設備的研發、生產和銷售，提供具有自主可控的核心關鍵技術的系統裝備產品和技術服務方案。公司產品包括原子層沉積（ALD）設備及離子注入（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。

思銳智能為碳化硅離子注入自主研發了兩款產品：SRII-4.5M SiC高能碳化硅離子注入機，SRII-200 SiC中能大束流碳化硅離子注入機。

• 上海凱世通半導體股份有限公司

http://www.kingstonesemi.com/

上海凱世通半導體股份有限公司，2009年4月在張江成立，是一家以離子束技術為核心的集科研、制造于一體的高科技企業，主要研制、生產、再制造和銷售高端離子注入機，重點應用于光伏太陽能電池，新型平板顯示，和半導體集成電路領域。2018年并入萬業企業（ 股票代碼600641）。凱世通研發了面向碳化硅的高溫離子注入機，計劃三季度搬入客戶端驗證。

• 季華恒一（佛山）半導體科技有限公司?

https://jihuahy.com/

季華恒一是季華實驗室（先進制造科學與技術廣東省重點實驗室）的科技成果產業化公司。公司于2021年6月22日成立，注冊資本1000萬元，是一家集研發、生產、銷售和服務于一體的半導體裝備高科技型企業。公司專注于寬禁帶半導體和新能源領域的半導體裝備產業化。著力于開發滿足高良率、穩定生產需求的SiC單晶生長系統、SiC高溫外延生長系統、高溫離子注入系統、高溫氧化系統、快速退火系統、電子束蒸鍍系統、磁控濺射鍍膜系統等裝備，推動我國寬禁帶半導體產業自主可控發展。

圖 碳化硅高溫高能離子注入機?

• IBS

https://www.ion-beam-services.com/

法國IBS公司成立于1987年，一直致力于離子注入領域的研發、設計制造與服務，創始人是來自法國軍方的技術專家。產品有多種型號，包括低能注入、中束流注入和高能注入。

為了滿足制造商對化合物半導體和SiC元件的需求，IBS 設計了FLEXION 400-SIC設備，采用高束流設計，適用于 SiC 的650 °C快速升溫/降溫平臺，適配200 毫米晶圓。? ? ? ??

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原文始發于微信公眾號（艾邦半導體網）：SiC離子注入設備全球供應商