在电子工业中,离子注入成为了微电子工艺中的一种重要的掺杂技术,也是控制MOSFET阈值电压的一个重要手段。因此在当代制造大规模集成电路中,可以说是一种必不可少的手段。
离子注入是指当真空中有一束离子束射向一块固体材料时,离子束把固体材料的原子或分子撞出固体材料表面,这个现象叫做溅射;而当离子束射到固体材料时,从固体材料表面弹了回来,或者穿出固体材料而去,这些现象叫做散射;另外有一种现象是,离子束射到固体材料以后,受到固体材料的抵抗而速度慢慢减低下来,并最终停留在固体材料中的这一现象叫作离子注入。
在电子工业中,离子注入成为了微电子工艺中的一种重要的掺杂技术,也是控制MOSFET阈值电压的一个重要手段。因此在当代制造大规模集成电路中,可以说是一种必不可少的手段。
离子注入行业市场发展现状分析
离子注入的方法就是在真空中、低温下,把杂质离子加速(对Si,电压≥105 V),获得很大动能的杂质离子即可以直接进入半导体中;同时也会在半导体中产生一些晶格缺陷,因此在离子注入后需用低温进行退火或激光退火来消除这些缺陷。离子注入的杂质浓度分布一般呈现为高斯分布,并且浓度最高处不是在表面,而是在表面以内的一定深度处。
离子注入的优点是能精确控制杂质的总剂量、深度分布和面均匀性,而且是低温工艺(可防止原来杂质的再扩散等),同时可实现自对准技术(以减小电容效应)。
根据中研普华产业研究院发布的《2020-2025年中国离子注入行业市场发展前景预测与投资战略规划研究报告》显示:
在工艺流程中,光刻的下一道工序就是刻蚀或离子注入。在做离子注入时,有光刻胶保护的地方,离子束无法穿透光刻胶;在没有光刻胶的地方离子束才能被注入到衬底中实现掺杂。因此,用于离子注入工艺的光刻胶必须要能有效地阻挡离子束。
根据中国海关数据显示,2019年1-12月中国制造半导体器件或集成电路用的离子注入机进口数量为171台,进口金额为40068.56万美元;2019年1-12月制造半导体器件或集成电路用的离子注入机出口数量为74台,出口金额为425.9万美元。2015-2019年中国制造半导体器件或集成电路用的离子注入机进口数量与进口金额总体呈上升趋势;2015-2019年中国制造半导体器件或集成电路用的离子注入机出口数量与出口金额均在2018年达到最高值。
2015-2019年中国制造半导体器件或集成电路用的离子注入机出口金额小于进口金额,进出口逆差规模2019年扩大至最大值;2015-2019年中国制造半导体器件或集成电路用的离子注入机进口平均单价波动明显,涨跌幅度较大,出口平均单价均小于进口平均单价。
离子注入技术又是近30年来在国际上蓬勃发展和广泛应用的一种材料表面改性技术。其基本原理是:用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去,离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用,入射离子逐渐损失能量,最后停留在材料中,并引起材料表面成分、结构和性能发生变化,从而优化材料表面性能,或获得某些新的优异性能。
数据显示,2021年全球半导体设备市场规模达1026.4亿美元,经历了2019年产业的整体萎缩,产业回弹规模更快。2020-2021年全球半导体产业景气度回升,离子注入机市场规模快速扩张,2019年达18亿美元左右,根据半导体设备总体规模变化情况预测,预计2021年全球离子注入机市场规模将超过30亿美元,2022年上半年来看,主要晶圆厂订单减少。
数据显示,大束流离子注入机占全部离子注入机市场份额的61%,中低束流离子注入机及高能离子注入机分别占比20%和18%。2016年中国离子注入机的市场规模约为23.22亿元,2020年增长至44.53亿元,年复合增长率为17.68%,近3年复合增长率为28.23%。离子注入机进口量增加154台,进口金额增长48.5%至9.13亿美元,出口而言虽然出口量有所上升,但产品主要为中低端产品,对比进出口均价而言,单台离子注入机进口均价是出口均价的40倍以上。2021年我国从美国进口234台离子注入机,金额达6.11亿美元,除此之外,日韩等半导体发展较快的发达国家也是进口关键来源国,分别从日本和韩国进口74和35台。
离子注入行业企业竞争格局分析
这项高技术是一个方兴未艾的新兴产业,硬件设备的处理能力和效率有待进一步提高,在软件(离子注入材料表面改性技术)方面,也有待进一步深化和细化,其应用范围也有待不断扩大。
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。
离子注入设备行业研究报告旨在从国家经济和产业发展的战略入手,分析离子注入设备未来的政策走向和监管体制的发展趋势,挖掘离子注入设备行业的市场潜力,基于重点细分市场领域的深度研究,提供对产业规模、产业结构、区域结构、市场竞争、产业盈利水平等多个角度市场变化的生动描绘,清晰发展方向。
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