产品表面处理是一种通过改变材料表面的化学、物理性质来改善其性能的方法。它可以提高材料的耐腐蚀性、耐磨性、硬度、美观度等方面的性能，从而提高产品的质量和使用寿命。离子注入是一种将离子注入材料表面形成一定深度的硬化层的工艺。离子注入工艺复杂，设备昂贵，但是离子注入的温度条件相对扩散工艺较低，同时可形成更加灵活和准确的掺杂分布。
SiC关键工艺:离子注入
离子注入是一种向半导体材料内加入一定数量和种类的杂质，以改变其电学性能的方法，可以精确控制掺入的杂质数量和分布情况。
为什么SiC掺杂采用离子注入工艺更为合适？
对于碳化硅来说，使用高温扩散工艺进行掺杂相当困难。碳化硅中碳硅键能高，杂质原子在碳化硅中难以扩散。
进一步看，在SiC功率器件掺杂工艺中，N型掺杂通常采用氮(N)元素和磷(P)元素；P型掺杂通常采用铝(Al)元素和硼(B)元素。
而这些杂质原子的扩散常数系数极小，想要实现选择性掺杂，采用扩散工艺不现实。
如采用扩散工艺，SiC扩散温度远高于Si，即SiC中需要极高温度（2000℃以上）才能得到理想的扩散系数。而如此高温也会引入多种扩散缺陷会恶化器件的电学性能，无法使用常见的光刻胶作为掩膜等，因而SiC掺杂采用离子注入工艺更为合适。
但是，如果注入过程中对晶格的破坏接近于非晶态，则晶格很难恢复。因此，通常使用高温（~500°C）注入，特别是当注入剂量非常高时。可以最大限度地减少离子轰击对晶格的破坏，尤其是对于良好的欧姆接触特性所需的高掺杂密度。
同时，SiC掺杂也需要高能注入，一般注入能量在300keV，甚至需要打二阶到700keV以上，这会造成工艺制造成本高、流片效率低。
离子注入机的“机遇”与“挑战”
在离子注入设备中，掺杂剂材料被离子化，并由此生成离子束。离子束被引导到半导体晶片或工件的表面处并注入晶片或工件中。离子注入的剂量和角度是离子注入工艺中需要精确控制的参数，他们决定了离子注入的浓度和有效深度。
1、技术门槛高
离子注入机包含五大结构：离子源、离子引入和质量分析器、加速管、扫描系统和工艺腔。其中仅离子源中就涵盖起弧室、气化喷嘴、电炉、气体导入室、DI 冷却水入口、掺杂剂气体入口等。
李勇军博士称，离子注入机是一种驾驭离子数的复杂装置，体现多学科融合的特点，涉及高真空系统、高压系统，如何解决低能量与大束流矛盾、如何控制束流角度、控制颗粒污染、软件系统如何高效运转。涉及的学科门类，既有强电，也有弱电，既有机械又有电子，既有硬件又有软件，既有设备又有工艺，所以说是一个巨大的系统工程。
李勇军博士补充，在设备领域研发难度离子注入机仅次于光刻机。离子注入机注入工艺验证困难，需要2~3个月芯片制造完成后，测量电性才知道离子注入质量如何。其中低能大束流离子注入机是技术门槛最高产品，因为离子存在同性相斥的物理特性，要处理极端能量和束流大这两者之间矛盾。
李勇军博士表示，凯世通瞄准了低能大速流和高能机两种高难度产品，目前均已实现了产业化的突破。
2、国产化率低，国产替代前景好
当下离子注入成为半导体发展的核心且必须国产替代的设备。首先在逻辑芯片和存储芯片领域。如果是在28纳米以前的成熟制程，随着晶体管的微缩和工艺节点的升级，离子注入道数越来越多，所需的离子注入机的数量就越多。而在28纳米以后的先进制程中，离子注入机的数量虽然在减少，但难度却在不断提升。对于设备的Particle控制、角度控制、损伤控制等要求会更加严格。
其次是在智能手机上使用的CMOS图像传感器领域。众所周知，在消费类市场，智能手机对于相机像素的要求越来越高，CMOS图像传感器需要制备更高深宽比的深层光电二极管，高能离子注入机可以帮助CMOS图像传感器制造商，实现更为严格的金属污染控制，离子注入的能量最高甚至超过10MeV。因此高能离子注入机成为不可替代的选择。
最后是功率半导体领域。高能离子注入机正是国内IGBT产业加速追赶的关键之一，也是离子注入机中技术难度最大的机型。
市场对先进离子注入设备需求不断加大的同时我国进口先进离子注入机的难度也在加大。
在美国的推动下，日本已经出台了新的半导体设备出口管制措施。随后，荷兰也宣布，加入了全球范围内对半导体设备出口的管制措施。我国半导体设备通过国外采购的难度加大，国产替代迫在眉睫。近些年涌现出一批以凯世通、芯嵛半导体为代表的产品可靠、技术先进的离子注入设备供应商。
2023H1 凯世通新增两家 12 英寸芯片晶圆制造客户，新签订单金额超 1.6 亿元，涵盖逻辑、存储、功率多个方向。公司产品持续升级、覆盖面持续增加，目前已实现 28nm 低能离子注入工艺全覆盖，并已完成产线验证及验收。同时，公司启动了上海浦东金桥研发制造基地，可提供低能大束流、超低温低能大束流、重金属低能大束流、高能离子注入机等全系列产品的评估，缩短从技术验证到客户导入的时间。
3、光伏产业市场“节节败退”
离子注入机不仅广泛应用在半导体领域，光伏领域也有巨大市场。离子注入机在光伏产业掺杂工艺中扮演重要角色。
掺杂，是将一定数量的杂质掺入到半导体材料的工艺，是为了改变半导体材料电学特性，从而得到所需电学参数。掺杂方法主要有扩散和离子注入。
在晶硅太阳能电池的生产过程中，离子注入是一项非常重要的工艺，它可以大幅度提高光电转换率，实现在应用中的精益有效。
加速离子束将特定元素注入太阳能电池片的表面。离子注入工艺的原理是利用加速器将离子束加速到高速，然后将离子束引导到太阳能电池的硅片表面，离子束与电池片表面相互作用，使得离子进入太阳能电池的表面层，注入的离子将太阳能电池片表面的原子替换为注入的离子，从而改变电池的光电性能，提升太阳能电池的光电转换率。
离子注入制备发射极在高方阻情况下能保证很好的均匀性，且退火过程同时可对发射极进行热氧化钝化，可减少表面复合损失。离子注入制备的发射极能与丝网印刷电极有更好的接触，有利于减少接触电阻的损失。离子注入可增加晶硅太阳能电池的有效受光面积，从而减少光学损失，通过离子注入工艺的注入剂量、离子能量和退火工艺，能精确控制掺杂水平，实现晶硅太阳能电池的高光电转换率。
但是离子注入机的缺点也是十分突出：
1）、离子注入将在靶中产生大量晶格缺陷，且注入的杂质大部分停留在间隙位置处，因此需要进行退火处理;
2）、离子注入难以获得很深的结深;
3）、离子注入的生产效率比扩散工艺低;
4）、离子注入系统复杂昂贵。
我国分布式光伏发电补贴标准和新增集中式光伏电站指导价均有所降低。这已经是8年内第六次下调光伏行业指导价。光伏企业难以承受价格高昂的离子注入机，纷纷采用杂质扩散工艺为替代。离子注入机在光伏领域市场不断缩小。
虽然在光伏领域离子注入机逐渐被其他工艺替代，但是我国半导体行业发展迅猛，离子注入机未来市场依旧一片大好。
