離子注入是半導(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)的關(guān)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(jī)、刻蝕設(shè)備和薄膜設(shè)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(guān)鍵設(shè)備
離子注入（Ion Implantation）是一種向半導(dǎo)體材料內(nèi)注入一定數(shù)量和種類的雜質(zhì)，以改變其電學(xué)性能的方法，是一種半導(dǎo)體材料的摻雜技術(shù)。半導(dǎo)體離子注入具有低溫?fù)诫s、精確的劑量控制、掩蔽容易、均勻性好等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)離子注入摻雜所制成的幾十種半導(dǎo)體器件和集成電路擁有速度快、功耗低、穩(wěn)定性好、成品率高等特點(diǎn)。對(duì)于大規(guī)模、超大規(guī)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(tǒng)的硅功率器件工藝中，高溫?cái)U(kuò)散和離子注入是最主要的摻雜控制方法，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)：
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高溫?cái)U(kuò)散工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備便宜，摻雜分布輪廓為等向性，且高溫?cái)U(kuò)散工藝引入的晶格損傷低； -
離子注入工藝復(fù)雜且設(shè)備昂貴，但溫度條件相對(duì)擴(kuò)散工藝較低，可獨(dú)立控制摻雜元素的濃度和結(jié)深，雖然也會(huì)給襯底引入大量的點(diǎn)缺陷和擴(kuò)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(kuò)散系數(shù)較高，在1300℃左右就可以實(shí)現(xiàn)高溫?cái)U(kuò)散摻雜。但磷、鋁、硼和氮元素在碳化硅中的擴(kuò)散系數(shù)都很低，需要2000℃以上才能實(shí)現(xiàn)合理的擴(kuò)散系數(shù)。而高溫?cái)U(kuò)散會(huì)帶來很多問題，如引入多種擴(kuò)散缺陷會(huì)惡化器件的電學(xué)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(zhì)的擴(kuò)散常數(shù)對(duì)比圖
由于碳化硅太堅(jiān)硬，為了減少在離子注入過程中對(duì)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(jī)。
????高溫離子注入機(jī)是寬禁帶半導(dǎo)體生產(chǎn)線上價(jià)值量最大的關(guān)鍵設(shè)備之一，產(chǎn)業(yè)化難度很大，價(jià)格昂貴，而且設(shè)備交期漫長，是國內(nèi)IGBT產(chǎn)業(yè)加速追趕的關(guān)鍵之一，也是離子注入機(jī)中技術(shù)難度最大的機(jī)型。
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下文整理了11家面向SiC半導(dǎo)體領(lǐng)域的離子注入機(jī)企業(yè)，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(jī) |
| 美國 | 美國應(yīng)用材料公司 |  |
VIISta? 900 3D 中束流離子注入機(jī) |
| 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(jī) | |
| SHELLBACK |  |
?Varian 350D 和 XP 系列離子注入系統(tǒng) | |
| 日本 | 愛發(fā)科 |  |
IH-860 DISC |
| 日新離子機(jī)械株式會(huì)社 |  |
IMPHEAT-II | |
| 中國 | 臺(tái)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(shù)有限公司 |  |
SRII-4.5M、SRII-200 | |
| 上海凱世通半導(dǎo)體股份有限公司 |  |
凱世通研發(fā)了面向碳化硅的高溫離子注入機(jī) | |
| 季華恒一（佛山）半導(dǎo)體科技有限公司 |  |
碳化硅高溫高能離子注入機(jī) | |
| 法國 | IBS |  |
?FLEXION 400-SIC |
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美國應(yīng)用材料公司
https://www.appliedmaterials.com/
美國應(yīng)用材料公司（AMAT）成立于1967年，是材料工程解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者，全球幾乎每一個(gè)新生產(chǎn)的芯片和先進(jìn)顯示器的背后都有應(yīng)用材料公司的身影。憑借在規(guī)模生產(chǎn)的條件下可以在原子級(jí)層面改變材料的技術(shù)。
應(yīng)用材料公司VIISta? 900 3D高溫離子注入系統(tǒng)可向200毫米和150毫米碳化硅晶圓注入和擴(kuò)散離子， 產(chǎn)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(jī)旗艦產(chǎn)品中具有高精度、清潔度高、生產(chǎn)率和生產(chǎn)價(jià)值高等優(yōu)勢(shì)。此外，擴(kuò)展的能量范圍允許在 300keV 和 600keV 下分別以 + 和 ++ 電荷狀態(tài)運(yùn)行。??
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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(dǎo)體行業(yè)提供創(chuàng)新、高效的離子注入及其他用于半導(dǎo)體芯片的設(shè)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(jī)。
Axcelis已向Wolfspeed、德州儀器等全球領(lǐng)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(jī)系統(tǒng)。包括 Purion H200? SiC 高電流、Purion XE? SiC 高能量和 Purion M? SiC 中電流注入機(jī)。150 毫米和 200 毫米系統(tǒng)將用于大批量生產(chǎn)功率器件，支持汽車、工業(yè)、能源和其他高耗能應(yīng)用。
圖 Axcelis Purion XE 系列離子注入機(jī)
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SHELLBACK?
https://shellbacksemi.com/
SHELLBACK由業(yè)界領(lǐng)先的兩家半導(dǎo)體品牌OEM Group和RITE Track合并成立，擁有50年的全球營運(yùn)經(jīng)驗(yàn)。SHELLBACK提供眾多專利產(chǎn)品，包括SEMITOOL、VARIAN、Applied P5000、SVG Track等等，以及用于晶圓載具檢驗(yàn)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(tǒng)
SHELLBACK的離子注入機(jī)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。
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愛發(fā)科（株式會(huì)社ULVAC）
https://www.ulvac-shanghai.com/
愛發(fā)科的前身是1952年創(chuàng)立的日本真空技術(shù)株式會(huì)社，株式會(huì)社ULVAC(ULVAC,Inc.)是以在各領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用的真空技術(shù)為基礎(chǔ)，以開創(chuàng)精細(xì)加工工藝為追求目標(biāo)的研究開發(fā)型綜合企業(yè)。2006年在愛發(fā)科真空技術(shù)(上海)有限公司的基礎(chǔ)上，整合ULVAC集團(tuán)在中國的銷售網(wǎng)絡(luò)，成立了愛發(fā)科商貿(mào)(上海)有限公司。銷售包括電子元器件領(lǐng)域相關(guān)IGBT、SiC功率器件、MEMS、SAW/BAW等設(shè)備。
IH-860 DISC是愛發(fā)科推出的面向SiC量產(chǎn)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(shí)（支持直徑為75mm-150mm的晶圓）。? ??
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日新離子機(jī)械株式會(huì)社?
https://nissin-ion.co.jp/
日新離子機(jī)械株式會(huì)社成立于1999年，經(jīng)營半導(dǎo)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(fā)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(jī)器用半導(dǎo)體器件，在EV汽車、HEV汽車和家電產(chǎn)品等節(jié)能方面受到關(guān)注。
圖：高溫離子注入設(shè)備IMPHEAT-II
IMPHEAT-II可進(jìn)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。
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臺(tái)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(tái)南科學(xué)園區(qū)設(shè)立營運(yùn)總部與研發(fā)制造中心，是臺(tái)灣漢民科技的子公司，專注于低能量高電流離子注入設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。漢辰是臺(tái)灣唯一能制造、生產(chǎn)半導(dǎo)體前段設(shè)備的廠商，開發(fā)制造低能量高電流離子注入機(jī)。借由28納米制程打下的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，與全球半導(dǎo)體制造龍頭公司長期合作，設(shè)備由早期的iPlusar延伸至iPulsar Plus，再進(jìn)展為iBlazar，年產(chǎn)能達(dá)50臺(tái)。
圖 iBlazar低能量高電流離子注入機(jī)
圖 漢民科技化合物半導(dǎo)體布局
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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(nèi)較早專注于集成電路領(lǐng)域離子注入機(jī)業(yè)務(wù)的高端裝備供應(yīng)商。連續(xù)突破光路、控制、軟件等關(guān)鍵模塊的核心技術(shù)，形成中束流、大束流、高能及第三代半導(dǎo)體等全系列離子注入機(jī)產(chǎn)品格局，已實(shí)現(xiàn)離子注入裝備28納米工藝制程全覆蓋，電科裝備研發(fā)的芯片制造關(guān)鍵裝備碳化硅高溫離子注入機(jī)已實(shí)現(xiàn)100%國產(chǎn)化，穩(wěn)居國內(nèi)市場(chǎng)占有率第一。? ?
爍科中科信推出了CI S0380系列束流增強(qiáng)型中束流SiC離子注入機(jī)和CI S0200系列大束流SiC離子注入機(jī)。? ? ??
圖 爍科中科信離子注入裝備
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青島四方思銳智能技術(shù)有限公司
? ?https://www.sri-i.com/
青島四方思銳智能技術(shù)有限公司成立于2018年，總部位于中國青島，并在北京、上海設(shè)有研發(fā)中心。思銳智能主要聚焦關(guān)鍵半導(dǎo)體前道工藝設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，提供具有自主可控的核心關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)裝備產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)方案。公司產(chǎn)品包括原子層沉積（ALD）設(shè)備及離子注入（IMP）設(shè)備，廣泛應(yīng)用于集成電路、第三代半導(dǎo)體、新能源、光學(xué)、零部件鍍膜等諸多高精尖領(lǐng)域。
思銳智能為碳化硅離子注入自主研發(fā)了兩款產(chǎn)品：SRII-4.5M SiC高能碳化硅離子注入機(jī)，SRII-200 SiC中能大束流碳化硅離子注入機(jī)。
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上海凱世通半導(dǎo)體股份有限公司
http://www.kingstonesemi.com/
上海凱世通半導(dǎo)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(shù)為核心的集科研、制造于一體的高科技企業(yè)，主要研制、生產(chǎn)、再制造和銷售高端離子注入機(jī)，重點(diǎn)應(yīng)用于光伏太陽能電池，新型平板顯示，和半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域。2018年并入萬業(yè)企業(yè)（ 股票代碼600641）。凱世通研發(fā)了面向碳化硅的高溫離子注入機(jī)，計(jì)劃三季度搬入客戶端驗(yàn)證。
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季華恒一（佛山）半導(dǎo)體科技有限公司?
https://jihuahy.com/
季華恒一是季華實(shí)驗(yàn)室（先進(jìn)制造科學(xué)與技術(shù)廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）的科技成果產(chǎn)業(yè)化公司。公司于2021年6月22日成立，注冊(cè)資本1000萬元，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)于一體的半導(dǎo)體裝備高科技型企業(yè)。公司專注于寬禁帶半導(dǎo)體和新能源領(lǐng)域的半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)化。著力于開發(fā)滿足高良率、穩(wěn)定生產(chǎn)需求的SiC單晶生長系統(tǒng)、SiC高溫外延生長系統(tǒng)、高溫離子注入系統(tǒng)、高溫氧化系統(tǒng)、快速退火系統(tǒng)、電子束蒸鍍系統(tǒng)、磁控濺射鍍膜系統(tǒng)等裝備，推動(dòng)我國寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主可控發(fā)展。
圖 碳化硅高溫高能離子注入機(jī)?
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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(lǐng)域的研發(fā)、設(shè)計(jì)制造與服務(wù)，創(chuàng)始人是來自法國軍方的技術(shù)專家。產(chǎn)品有多種型號(hào)，包括低能注入、中束流注入和高能注入。
為了滿足制造商對(duì)化合物半導(dǎo)體和SiC元件的需求，IBS 設(shè)計(jì)了FLEXION 400-SIC設(shè)備，采用高束流設(shè)計(jì)，適用于 SiC 的650 °C快速升溫/降溫平臺(tái)，適配200 毫米晶圓。? ? ? ??
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