碳化硅在制程上，大部分設備與傳統硅生產線相同，但由于碳化硅具有硬度高等特性，需要一些特殊的生產設備，如高溫離子注入機、碳膜濺射儀、量產型高溫退火爐等，其中是否具備高溫離子注入機是衡量碳化硅生產線的一個重要標準。

離子注入機是芯片制造中的關鍵裝備。在芯片制造過程中，需要摻入不同種類的元素按預定方式改變材料的電性能，這些元素以帶電離子的形式被加速至預定能量并注入至特定半導體材料中，離子注入機就是執行這一摻雜工藝的芯片制造設備。


晶圓制造七大關鍵環節

在晶圓制造過程當中，總共有七大關鍵環節，分別是擴散(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蝕(Etch)、離子注入(Ion Implant)、薄膜生長(Dielectric Deposition)、拋光(CMP，即化學機械拋光)、金屬化(Metalization)。與之對應的七大類的生產設備包括：擴散爐、光刻機、刻蝕機、離子注入機、薄膜沉積設備（包括PECVD、LPCVD、ALD等）、化學機械拋光機、清洗機。

離子注入機是芯片制造中的關鍵裝備。在芯片制造過程中，需要摻入不同種類的元素按預定方式改變材料的電性能，這些元素以帶電離子的形式被加速至預定能量并注入至特定半導體材料中，離子注入機就是執行這一摻雜工藝的芯片制造設備。

離子注入機由離子源、離子引入和質量分析器、加速管、掃描系統和工藝腔組成，可以根據實際需要省去次要部位。離子源是離子注入機的主要部位，作用是把需要注入的元素氣態粒子電離成離子，決定要注入離子的種類和束流強度。離子源直流放電或高頻放電產生的電子作為轟擊粒子，當外來電子的能量高于原子的電離電位時，通過碰撞使元素發生電離。碰撞后除了原始電子外，還出現正電子和二次電子。正離子進入質量分析器選出需要的離子，再經過加速器獲得較高能量，由四級透鏡聚焦后進入靶室，進行離子注入。

而根據能量范圍和注入劑量范圍的不同，常用的生產型離子注入機主要分為三種類型：低能大束流注入機、中束流注入機和高能注入機。其中，高能離子注入機的能量范圍需要高達幾MeV（百萬電子伏特），是離子注入機中技術難度最大的機型。


該領域一個能打的都沒有

離子注入是一種半導體材料的摻雜技術，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。

根據離子束電流和束流能量范圍，離子注入機可分為三大類，分別是中低束流離子注入機、低能大束流離子注入機、高能離子注入機。低能大束流離子注入機通常掃描硅片超淺源漏區注入的超低能束流，被應用于邏輯芯片、DRAM、3D存儲器和CMOS圖像傳感器制造中；高能離子注入機流能量超過200keV，最高達到幾個MeV向溝槽或厚氧化層下面注入雜質能形成倒摻雜阱和埋層，較多應用在功率器件、IGBT、CMOS圖像傳感器、5G射頻、邏輯芯片等器件制備過程中。

“離子注入機的技術壁壘主要有三點：一是角度控制，注入角度精度±0.1°，隨著制程的縮小，對注入角度要求更高;二是劑量控制，即對均勻性、濃度的控制要求高;三是能量控制，要求能量控制在±1%。”賽迪工業和信息化研究院(集團)四川有限公司平臺運營部兼產業創新小組經理、高級工程師池憲念表示。

青島四方思銳智能技術有限公司董事長聶翔表示：“離子注入機整個工藝路線極為復雜，涉及十幾個學科的知識范疇，并且系統間互相耦合，因此，其制造難度僅次于光刻機，本土化率遠低于去膠機、刻蝕設備、薄膜沉積設備等環節。”


國產實現28nm工藝全覆蓋

過去，離子注入機的國產化率較低，大部分的離子注入機市場被 Applied Materials、Axcelis、SEN、AIBT 等國際品牌壟斷。特別是在高能離子注入機市場，國內之前一直是空白。

直到2020年6月，電科裝備在高能離子注入機上實現了突破，打破了國外廠商的壟斷，填補了國內的空白。在此之前，電科裝備在離子注入機領域已連續突破中束流、大束流、特種應用及第三代半導體等離子注入機產品研發及產業化難題，產品廣泛服務于全球知名芯片制造企業。

2021年3月，中國電子科技集團對外宣布，電科裝備攻克系列“卡脖子”技術，已成功實現離子注入機全譜系產品國產化，包括中束流、大束流、高能、特種應用及第三代半導體等離子注入機，工藝段覆蓋至28nm，為我國芯片制造產業鏈補上重要一環，為全球芯片制造企業提供離子注入機一站式解決方案。

此次，中國電子科技集團宣布電科裝備已實現國產離子注入機28納米工藝制程全覆蓋，將有力保障我國集成電路制造行業在成熟制程領域的產業安全。

當前，28納米是芯片應用領域中覆蓋面最廣的成熟制程。據介紹，電科裝備連續突破光路、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，實現了28納米工藝制程全覆蓋，切實保障國產芯片生產制造。

作為國內最早從事離子注入設備研制及產業化的企業，電科裝備已具備從產品設計到量產應用的完整研制體系，產品涵蓋邏輯器件、存儲器件、功率器件、傳感器等工藝器件，百臺設備廣泛應用于國內各大集成電路先進產線，累計流片2000萬片，有力提升我國產業鏈供應鏈韌性和安全水平。