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今天看到一個半導體公司，通過收購資產從原來的CMP主業(yè)擴展到了離子注入設備行業(yè)。
對于半導體行業(yè)對上下游以及同行收購整個和啟哥是非常支持的，因為我一直認為中國從芯片設計到半導體裝備到材料耗材，需要整合出幾家大而強的公司才能去和國外同行抗爭，如果是小而散的格局，根本無力與歐美傳統(tǒng)巨頭扳手腕。
設備行業(yè)到最后一定是形成兩種公司：
1、大而強的平臺型公司，比如國際半導體巨頭如AMAT，LAM，KLA，TEL等。這些在公司發(fā)展歷史上一直是兩條腿走路，一方面不斷強化自己的核心業(yè)務在市場競爭力，另外一方面也通過資本運作，不斷收購其他同類型公司，補齊自己業(yè)務線的短板。這幾個巨頭公司都是這么一路走過來的。
2、在細分賽道耕耘的小而美的隱形冠軍，除了上面這些大而強的平臺型供公司，還有很多設備小公司就在自己的賽道上默默發(fā)展，最后成為細分特色賽道的絕對霸主，比如日本就有很多這種公司，又比如以前在化合物半導體領域的設備公司SPTS，不過現(xiàn)在SPTS被KLA收購了。
所以未來一定就是這種市場格局，中國的設備同行們在完成第一步之后，就開始分化，一部分強強聯(lián)合形成更大的平臺，另外一方面就是小公司在自己的小天地里默默耕耘。
所以對于設備公司的整合我是非常看好的。
之前啟哥有個很好的朋友一直跟我咨詢離子注入這個領域，今天以超硬核的專業(yè)的知識來科普一下離子注入設備的相關知識。
何為離子注入？
離子注入設備，英語寫作Ion Implanter，日常交流里也常簡寫作Imp。它對應的工藝為離子注入工藝。
為什么要做離子注入？
為了改變晶體管的電阻率以及PN特性，屬于摻雜工藝的一種，摻雜工藝另外一種方法叫擴散法（需要配合擴散爐），集成電路工藝早期擴散法比較多，12英寸之后離子注入法比較多，主要是離子注入能精確控制深區(qū)和濃度，此外還有部分長外延的時候摻雜，比如鍺硅外延，這種主要是為了高選擇比刻蝕各種稀奇古怪的結構形貌。
在硅片世界里，高純度的硅片也叫本征半導體，它本身其實和絕緣體差不多，本身不具備太多導電能力，在溫度變化下，有少量的導電率變化。
但是摻入少量雜質元素比如三價的硼，五價的磷和砷，電阻率就會下降非常多，這就是半導體材料的可摻雜性，屬于半導體的五大特性之一。
其中摻入三價元素硼可以形成P型半導體，摻雜五價元素磷和砷可以形成N型半導體。
所以離子注入機就是專門做這一道摻雜工藝的，最終能形成芯片底層常見兩種晶體管：n-MOS和p-MOS。
為抑制 CMOS 穿通電流和減小器件的短溝效應，需要減小 CMOS 源/漏結深。先進制程 CMOS 工藝對器件的PN 結有很高要求——高的表面摻雜濃度、極淺的結深、低接觸和薄層電阻以及小的結漏電流。離子注入工藝通過改變器件內載流子的分布從而達到所需的電參數(shù)和電性能，具體包括：1、隔離工序中防止寄生溝道用的溝道截斷；2、調整閾值電壓用的溝道摻雜；3、CMOS 肼的形成；4、淺結/電阻的制備。
這就是為什么要做摻雜，離子注入工藝的基本道理。
離子注入機的基本結構
離子注入機由氣體系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和射線系統(tǒng)構成，包含 6 大核心零部件——
離子源、吸極、離子分析器、加速管、掃描系統(tǒng)和工藝腔。
它們的作用是：
離子源：等待注入雜質以帶電粒子束或者離子束形式存在；
吸機：從離子源中提出正離子并形成離子束；
離子分析器：把所需要的離子從混合離子束中分離出來；
加速管：將雜質離子加速；
掃描系統(tǒng)：保證劑量的統(tǒng)一性，重復性；
工藝腔：加速后的離子束向硅片注入發(fā)生工藝的腔體內；
設備工作時，從離子源引出的帶正電荷的雜質離子（BF3/Ash3/PH3）經過磁分析器選擇出需要的離子——吸極用于把離子從離子源室中引出，分析器磁鐵呈90度角，不同離子偏轉的角度不同最后分離出所需的雜質離子→分析后的離子經加速或減速以改變離子的能量，使離子有足夠的動能注入到硅片的晶格結構中→再經過兩維偏轉掃描器使離子束均勻的注入到材料表面，用電荷積分儀可精確的測量注入離子的數(shù)量，調節(jié)注入離子的能量可精確的控制離子的注入深度。
所有的離子注入摻雜工藝在高真空下進行，對設備的穩(wěn)定性和精度的要求極高。當然離子注入后，摻雜元素并不是在正確位置，需要進行晶格修復，這就是離子注入后下一道工序——退火工藝。
離子注入?yún)?shù)
向硅襯底中引入數(shù)量可控的雜質過程，需要離子注入設備通過控制束流和能量來實現(xiàn)摻雜雜質的數(shù)量及深度的準確控制。
為了精確控制注入深度，避免溝道效應（直穿晶格而未與原子核或電子發(fā)生碰撞），要使靶材的晶軸方向與入射方向形成一定角度。
晶圓制造離子注入機行業(yè)的技術壁壘在于三大參數(shù)的控制精度要求：
1、注入角度精度±0.1°，且隨著線寬微縮，注入角度要求更高；
2、即均勻性、濃度，主要用法拉第杯進行劑量控制；
3、能量控制在±1%以內；
離子注入機分類
離子注入機按能量高低可分為低能離子注入機、中能離子注入機、高能離子注入機（KeV）和更高能量的兆伏離子注入機（MeV）；
其中低能離子注入大約小于100KeV；
中能大約是100-300KeV；
高能大約是300-1000KeV；
兆伏級基本就是MeV以上了；
按束流大小可分為小束流離子注入機、中束流離子注入機、強流離子注入機和超強流離子注入機（通常將強流離子注入機和超強流離子注入機統(tǒng)稱為大束流離子注入機），他們的單位是從100nA-100uA（小束流），100uA-2000uA（中束流），2mA-30mA（強流型），大于30mA（超強流束型）。
他們的作用區(qū)別是：
中低束流的多數(shù)情況用于掃描硅片+掃描離子束穿通注入專用；
但是低能大束流的除了掃描硅片+超淺源漏區(qū)注入的超低能束流（通常只有幾百eV）；
高能粒子注入機用的最多，主要是向溝槽或者厚氧化層下注入雜質，形成倒摻雜肼區(qū)和埋層；
此外還有少量專用型的，比如氧注入型，以及碳化硅行業(yè)的專用高溫型離子注入，以及IGBT注氫型。
也就說，說穿了的工藝也就是這么幾種，源漏區(qū)注入，多晶硅柵極注入，深埋層注入，輕摻雜漏區(qū)，以及搞SOI硅的特殊氧注入，還有碳化硅的高溫鋁注入，IGBT注氫；
當然了用最多的是以大束流離子注入機為主。
離子注入機的市場規(guī)模
其實以前離子注入機在整個半導體前道工藝里，份額還是不少的，但是由于用途太單一，且其他刻蝕，薄膜沉積工藝增加迅速，導致離子注入機市場份額相對值變的越來越小，現(xiàn)在已經下滑到只有3%都不到的占比，甚至比清洗和CMP都小，它們量都至少有5%左右。
盡管離子注入機單價并不便宜，都是數(shù)百萬美金一臺，但是需求量太少了，且不是FAB上的產能瓶頸設備，一個5萬片產能的12英寸FAB，也就用了40-55臺，這和動輒需求是大幾百臺的刻蝕和沉積型設備相比就顯得微不足道。
按照2024年全球半導體設備設備市場規(guī)模1090億美金計算，離子注入機只有區(qū)區(qū)31億美金而已，而刻蝕，沉積則各自高達200-300億美金！而且其中集成電路也就占了95%，面板+光伏只有5%都不到。
其中對應的各種型號的注入機中，大束流約為43%，中束流的28%，高能的為27%，其他的只有2%；
行業(yè)公司
說到離子注入設備，大家耳熟能詳?shù)挠羞@么幾個公司：
1、AMAT，全世界最大，總量占了至少70%，其產品包括大束流離子注入機、中束流離子注入機、超高劑量的離子注入機等，在行業(yè)中處于龍頭地位；
2、Axcelis，亞舍利，占了20%，傳統(tǒng)離子注入機強者，市占率第二，在高能型離子注入機方面第一超過AMAT，占了大概55%；
3、美國intevac，目前僅在光伏行業(yè)有；
4、愛發(fā)科，更多是在面板行業(yè)用，集成電路前道工藝里幾乎看不到；
5、日新，同樣是是專注面板，中束流方面約占10%；
6、日本SMIT，產品包括高束流離子注入機、中束流離子注入機、高能量離子注入機等，其中中束流離子注入機、高能量離子注入的收入占比略高，但在中國大陸地區(qū)的市占率相對較低；
7、漢辰科技，主要是服務于TSMC；
8、國內的凱世通，之前光伏型市場份額第一，現(xiàn)在屬于萬業(yè)企業(yè)，已經拿到不少國內FAB訂單；
9、中科信，屬于CETC48，另外一個國內強有力的競爭對手；
10、芯崳，低能大束流離子注入設備，也是最近剛被某同行CMP公司收購，對價約12.25億；
其他國內還有個別小公司。
國內目前離子注入機市占率不超過10%，國產化任重而道遠！
