离子注入设备行业发展现状分析

离子注入设备行业发展现状分析一、离子注入设备概述离子注入是现代集成电路制造中的一种非常重要的掺杂技术，它以离子加速的方式将掺杂元素注入到半导体晶片内部，改变其导电特性并最终形成所需的器件结构。离子注入技术是一种纯净的表面处理技术，它无需在高温环境下进行，故不会改变加工工件的外形和表面光洁度。根据离子束电流和束流能量范围，一般可以把离子注入机分为低能大束流离子注入机、高能离子注入机和中低束离子注入机。这些离子注入机的运行原理基本莱斯，但是注入计量范围和具体在工艺中的主要应用各有不同。离子注入机也是集成电路制造前工序中的关键设备，半导体为改变载流子浓度和导电类型需要对半导体表面附近区域进行掺杂，而离子注入与常规热掺杂工艺相比可对注入剂量、注入角度、注入深度、横向扩散等方面进行精确的控制，使得离子注入在半导体制造中被广泛应用。二、离子注入设备现状离子注入是掺杂工艺的主要手段（另一种方法是热扩散）。按照离子能力高低可分为低能、中能、高能和兆伏离子注入机，按照束流大小可分为小、中、大束流离子注入机。实际应用中超过60%为低能大束流离子注入机，其余为中束流和高能离子注入机。目前，全球离子注入机根据其下游应用不同，可以分为IC离子注入机和光伏离子注入机，IC离子注入机方面，呈现寡头垄断的局面，美国的应用材料几乎垄断了市场，占据了70%左右的市场份额，其次为Axcelis(亚克士)，占据了近20%的市场份额。从市场规模来看，2013-2019年，全球半导体离子注入设备行业市场呈现增长的态势，除2016年略有下降外，其他年份离子注入机市场规模均呈现增长态势。到2019年，全球离子注入机市场规模达到18亿美元，较2018年增长17.65%。全球离子注入机的领先企业主要分布在中国、美国和日本，其中，中国大陆拥有凯世通和中科信两家离子注入机行业的龙头企业，凯世通在光伏离子注入机方面遥遥领先。而美国则拥有近乎垄断IC离子注入机市场的应用材料，以及汉辰科技、Axcelis、intevac等企业。日本也拥有日新、日本真空、住友重工等离子注入机知名厂商。三、离子注入设备行业相关政策从政策环境上来看，我国对于离子注入机行业较为重视。其主要表现在将离子注入机在多项政策中列为推荐发展的关键设备。如《国家集成电路产业发展推荐纲要》中明确提出，要离子注入机作为关键设备进行研发。《首台(套)重大技术装备推广应用指导目录》(2019年版)也将中束流、大束流、高能离子注入机等离子注入机列入了名录。四、离子注入设备常见故障及处理1、部件老化国内注入机大多是引进国外生产线的二手设备，所以部件老化是经常遇到的故障问题。在注入机系统的维修中，要仔细分析判断，对其真空部件、高低电位控制光纤和一些经常动作的运动部件等，要进行定期检查维护，及时更换老化部件，紧固松动的螺钉等。2、真空问题注入机设备系统真空的好坏，是影响注入质量的重要因素。对注入系统真空的维护，通常有以下几项措施：（1）定期维护保养，要经常定期更换各腔体连接处的密封圈。例如，注入靶室的真空密封圈，经常由于碎片或杂物划伤而导致漏气，要及时更换。（2）定期维护保养真空泵组。经常检查机械泵的油面是否合适；观察冷泵压缩机压力是否偏低，及时更换吸附桶，冷泵正常温度是否维持在13K以下；定期维护保养分子泵，保证本体真空度。3、电源问题注入机的电源主要有高压电源、吸极电源、灯丝电源、磁分析电源和扫描电源等。进行电源的检修时要注意电源的负载是否正常，先分析定位发生故障的电源模块，然后再逐步排查导致故障的原因，在搞懂各单元电路的工作原理后，再进行直流和稳压、稳流过程分析。4、系统污染导致注入系统污染的原因，主要有以下几种：（1）离子源污染。措施：检查离子源真空系统是否漏气；检查所用原材料纯度是否满足要求。（2）质量分析中离子束被污染。措施：检查系统真空是否漏气；检查质量分析器的窄峰是否合适；检查离子能量过