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今天看到一个半导体公司，通过收购资产从原来的CMP主业扩展到了离子注入设备行业。
对于半导体行业对上下游以及同行收购整个和启哥是非常支持的，因为我一直认为中国从芯片设计到半导体装备到材料耗材，需要整合出几家大而强的公司才能去和国外同行抗争，如果是小而散的格局，根本无力与欧美传统巨头扳手腕。
设备行业到最后一定是形成两种公司：
1、大而强的平台型公司，比如国际半导体巨头如AMAT，LAM，KLA，TEL等。这些在公司发展历史上一直是两条腿走路，一方面不断强化自己的核心业务在市场竞争力，另外一方面也通过资本运作，不断收购其他同类型公司，补齐自己业务线的短板。这几个巨头公司都是这么一路走过来的。
2、在细分赛道耕耘的小而美的隐形冠军，除了上面这些大而强的平台型供公司，还有很多设备小公司就在自己的赛道上默默发展，最后成为细分特色赛道的绝对霸主，比如日本就有很多这种公司，又比如以前在化合物半导体领域的设备公司SPTS，不过现在SPTS被KLA收购了。
所以未来一定就是这种市场格局，中国的设备同行们在完成第一步之后，就开始分化，一部分强强联合形成更大的平台，另外一方面就是小公司在自己的小天地里默默耕耘。
所以对于设备公司的整合我是非常看好的。
之前启哥有个很好的朋友一直跟我咨询离子注入这个领域，今天以超硬核的专业的知识来科普一下离子注入设备的相关知识。
何为离子注入？
离子注入设备，英语写作Ion Implanter，日常交流里也常简写作Imp。它对应的工艺为离子注入工艺。
为什么要做离子注入？
为了改变晶体管的电阻率以及PN特性，属于掺杂工艺的一种，掺杂工艺另外一种方法叫扩散法（需要配合扩散炉），集成电路工艺早期扩散法比较多，12英寸之后离子注入法比较多，主要是离子注入能精确控制深区和浓度，此外还有部分长外延的时候掺杂，比如锗硅外延，这种主要是为了高选择比刻蚀各种稀奇古怪的结构形貌。
在硅片世界里，高纯度的硅片也叫本征半导体，它本身其实和绝缘体差不多，本身不具备太多导电能力，在温度变化下，有少量的导电率变化。
但是掺入少量杂质元素比如三价的硼，五价的磷和砷，电阻率就会下降非常多，这就是半导体材料的可掺杂性，属于半导体的五大特性之一。
其中掺入三价元素硼可以形成P型半导体，掺杂五价元素磷和砷可以形成N型半导体。
所以离子注入机就是专门做这一道掺杂工艺的，最终能形成芯片底层常见两种晶体管：n-MOS和p-MOS。
为抑制 CMOS 穿通电流和减小器件的短沟效应，需要减小 CMOS 源/漏结深。先进制程 CMOS 工艺对器件的PN 结有很高要求——高的表面掺杂浓度、极浅的结深、低接触和薄层电阻以及小的结漏电流。离子注入工艺通过改变器件内载流子的分布从而达到所需的电参数和电性能，具体包括：1、隔离工序中防止寄生沟道用的沟道截断；2、调整阈值电压用的沟道掺杂；3、CMOS 肼的形成；4、浅结/电阻的制备。
这就是为什么要做掺杂，离子注入工艺的基本道理。
离子注入机的基本结构
离子注入机由气体系统、电机系统、真空系统、控制系统和射线系统构成，包含 6 大核心零部件——
离子源、吸极、离子分析器、加速管、扫描系统和工艺腔。
它们的作用是：
离子源：等待注入杂质以带电粒子束或者离子束形式存在；
吸机：从离子源中提出正离子并形成离子束；
离子分析器：把所需要的离子从混合离子束中分离出来；
加速管：将杂质离子加速；
扫描系统：保证剂量的统一性，重复性；
工艺腔：加速后的离子束向硅片注入发生工艺的腔体内；
设备工作时，从离子源引出的带正电荷的杂质离子（BF3/Ash3/PH3）经过磁分析器选择出需要的离子——吸极用于把离子从离子源室中引出，分析器磁铁呈90度角，不同离子偏转的角度不同最后分离出所需的杂质离子→分析后的离子经加速或减速以改变离子的能量，使离子有足够的动能注入到硅片的晶格结构中→再经过两维偏转扫描器使离子束均匀的注入到材料表面，用电荷积分仪可精确的测量注入离子的数量，调节注入离子的能量可精确的控制离子的注入深度。
所有的离子注入掺杂工艺在高真空下进行，对设备的稳定性和精度的要求极高。当然离子注入后，掺杂元素并不是在正确位置，需要进行晶格修复，这就是离子注入后下一道工序——退火工艺。
离子注入参数
向硅衬底中引入数量可控的杂质过程，需要离子注入设备通过控制束流和能量来实现掺杂杂质的数量及深度的准确控制。
为了精确控制注入深度，避免沟道效应（直穿晶格而未与原子核或电子发生碰撞），要使靶材的晶轴方向与入射方向形成一定角度。
晶圆制造离子注入机行业的技术壁垒在于三大参数的控制精度要求：
1、注入角度精度±0.1°，且随着线宽微缩，注入角度要求更高；
2、即均匀性、浓度，主要用法拉第杯进行剂量控制；
3、能量控制在±1%以内；
离子注入机分类
离子注入机按能量高低可分为低能离子注入机、中能离子注入机、高能离子注入机（KeV）和更高能量的兆伏离子注入机（MeV）；
其中低能离子注入大约小于100KeV；
中能大约是100-300KeV；
高能大约是300-1000KeV；
兆伏级基本就是MeV以上了；
按束流大小可分为小束流离子注入机、中束流离子注入机、强流离子注入机和超强流离子注入机（通常将强流离子注入机和超强流离子注入机统称为大束流离子注入机），他们的单位是从100nA-100uA（小束流），100uA-2000uA（中束流），2mA-30mA（强流型），大于30mA（超强流束型）。
他们的作用区别是：
中低束流的多数情况用于扫描硅片+扫描离子束穿通注入专用；
但是低能大束流的除了扫描硅片+超浅源漏区注入的超低能束流（通常只有几百eV）；
高能粒子注入机用的最多，主要是向沟槽或者厚氧化层下注入杂质，形成倒掺杂肼区和埋层；
此外还有少量专用型的，比如氧注入型，以及碳化硅行业的专用高温型离子注入，以及IGBT注氢型。
也就说，说穿了的工艺也就是这么几种，源漏区注入，多晶硅栅极注入，深埋层注入，轻掺杂漏区，以及搞SOI硅的特殊氧注入，还有碳化硅的高温铝注入，IGBT注氢；
当然了用最多的是以大束流离子注入机为主。
离子注入机的市场规模
其实以前离子注入机在整个半导体前道工艺里，份额还是不少的，但是由于用途太单一，且其他刻蚀，薄膜沉积工艺增加迅速，导致离子注入机市场份额相对值变的越来越小，现在已经下滑到只有3%都不到的占比，甚至比清洗和CMP都小，它们量都至少有5%左右。
尽管离子注入机单价并不便宜，都是数百万美金一台，但是需求量太少了，且不是FAB上的产能瓶颈设备，一个5万片产能的12英寸FAB，也就用了40-55台，这和动辄需求是大几百台的刻蚀和沉积型设备相比就显得微不足道。
按照2024年全球半导体设备设备市场规模1090亿美金计算，离子注入机只有区区31亿美金而已，而刻蚀，沉积则各自高达200-300亿美金！而且其中集成电路也就占了95%，面板+光伏只有5%都不到。
其中对应的各种型号的注入机中，大束流约为43%，中束流的28%，高能的为27%，其他的只有2%；
行业公司
说到离子注入设备，大家耳熟能详的有这么几个公司：
1、AMAT，全世界最大，总量占了至少70%，其产品包括大束流离子注入机、中束流离子注入机、超高剂量的离子注入机等，在行业中处于龙头地位；
2、Axcelis，亚舍利，占了20%，传统离子注入机强者，市占率第二，在高能型离子注入机方面第一超过AMAT，占了大概55%；
3、美国intevac，目前仅在光伏行业有；
4、爱发科，更多是在面板行业用，集成电路前道工艺里几乎看不到；
5、日新，同样是是专注面板，中束流方面约占10%；
6、日本SMIT，产品包括高束流离子注入机、中束流离子注入机、高能量离子注入机等，其中中束流离子注入机、高能量离子注入的收入占比略高，但在中国大陆地区的市占率相对较低；
7、汉辰科技，主要是服务于TSMC；
8、国内的凯世通，之前光伏型市场份额第一，现在属于万业企业，已经拿到不少国内FAB订单；
9、中科信，属于CETC48，另外一个国内强有力的竞争对手；
10、芯嵛，低能大束流离子注入设备，也是最近刚被某同行CMP公司收购，对价约12.25亿；
其他国内还有个别小公司。
国内目前离子注入机市占率不超过10%，国产化任重而道远！
