一、產(chǎn)品概述

IH-860PSIC是日本ULVAC（愛發(fā)科）公司面向SiC功率器件量產(chǎn)領(lǐng)域推出的高能離子注入機(jī)，屬于IH系列中的主力機(jī)型。該設(shè)備搭載高溫靜電吸附卡盤（ESC），支持高溫與常溫工藝的瞬時(shí)切換，可在最高500℃的環(huán)境下完成高能離子注入，有效解決SiC晶圓在離子注入過(guò)程中易產(chǎn)生結(jié)晶缺陷的工藝難題。

與硅晶圓相比，SiC晶圓在離子注入時(shí)因晶體結(jié)構(gòu)特性，更容易產(chǎn)生損傷和晶格缺陷，因此必須將晶圓溫度維持在較高水平（通常為500℃），以在控制結(jié)晶缺陷產(chǎn)生的同時(shí)完成注入。IH-860PSIC正是針對(duì)這一特殊工藝需求而開發(fā)的專業(yè)解決方案。該設(shè)備可兼容Φ150mm（6英寸）晶圓加工，采用緊湊化設(shè)計(jì)與軟件鏈?zhǔn)阶⑷牍δ?，從研發(fā)試產(chǎn)到規(guī)模化量產(chǎn)均具備良好的適應(yīng)性。

ULVAC在SiC器件量產(chǎn)制造領(lǐng)域具有深厚積累，可提供包括離子注入、刻蝕、濺射、蒸發(fā)、去膠等全流程的SiC晶圓量產(chǎn)設(shè)備及工藝方案，IH-860PSIC正是其SiC離子注入產(chǎn)品線中的核心設(shè)備之一。

二、核心優(yōu)勢(shì)

1. 高溫注入技術(shù)，有效抑制SiC結(jié)晶缺陷

注入離子時(shí)產(chǎn)生的晶格損傷若不能在后續(xù)退火工藝中有效修復(fù)，將導(dǎo)致器件電學(xué)特性劣化。SiC材料中雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)極低，退火溫度需高達(dá)約2000℃才能實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)活化，對(duì)結(jié)晶缺陷的控制要求極為嚴(yán)苛。IH-860PSIC搭載高溫靜電吸附卡盤（ESC），可穩(wěn)定地將晶圓加熱至500℃，在注入過(guò)程中持續(xù)保持高溫狀態(tài)，有效抑制非晶化區(qū)域的產(chǎn)生和擴(kuò)展，為后續(xù)的高溫激活退火奠定良好的晶體質(zhì)量基礎(chǔ)。

2. 瞬時(shí)切換雙工位（Dual Platen），兼顧高溫與冷卻工藝

IH-860PSIC配備Dual Platen系統(tǒng)，即一個(gè)高溫處理工位和一個(gè)常溫冷卻工位，兩個(gè)工位之間可瞬時(shí)切換。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)解決了長(zhǎng)期困擾行業(yè)的兩難問(wèn)題：若持續(xù)保持整機(jī)高溫運(yùn)行，會(huì)降低設(shè)備穩(wěn)定性和部件壽命；若頻繁升降溫，則嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。IH-860PSIC采用ULVAC的電壓脈沖施加技術(shù)，減少了因快速升溫導(dǎo)致的基板損傷，并可在預(yù)加熱腔中縮短加熱時(shí)間。搭配雙端站（Dual-End-Station）設(shè)計(jì)（如A系統(tǒng)配置4英寸或6英寸高溫ESC，B系統(tǒng)配置3英寸高溫ESC或6英寸常溫ESC等），實(shí)現(xiàn)了晶圓在真空腔內(nèi)的連續(xù)更換和自動(dòng)連續(xù)高溫注入，將吞吐量提升至最高約30枚/小時(shí)（支持75mm-150mm晶圓），充分滿足量產(chǎn)需求。

3. 高能注入能力，實(shí)現(xiàn)深結(jié)摻雜

IH-860PSIC具備針對(duì)SiC材料的高能注入能力：1價(jià)離子最高可注入至350keV（選配可達(dá)400keV），2價(jià)離子最高可注入至700keV（選配可達(dá)860keV），3價(jià)離子最高可達(dá)1.2MeV。高能量離子束能夠穿透SiC材料中較深的區(qū)域，為場(chǎng)截止層等深結(jié)摻雜結(jié)構(gòu)提供工藝實(shí)現(xiàn)可能。在N型摻雜源方面，束流強(qiáng)度達(dá)2000eμA，可滿足高劑量注入的效率需求。

4. 高精度注入控制，保障器件性能均勻性

東南大學(xué)采購(gòu)的IH-860PSIC-Ⅱ機(jī)型技術(shù)指標(biāo)顯示，劑量范圍覆蓋1E11~1E16 ions/cm2，注入均勻性1σ(％) ≤0.5%，束流平行度≤0.3度，Al在碳化硅晶圓內(nèi)最大注入深度不低于2μm。同時(shí)，該設(shè)備的X射線輻射量低于0.6μSv/h，符合半導(dǎo)體制造設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)要求。

5. 鏈?zhǔn)阶⑷肱c軟件集成，降低操作員負(fù)擔(dān)

在雙電荷離子注入至700keV或更高能量的工藝中，IH-860PSIC支持通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)阶⑷耄–hain Implantation）。無(wú)需分步人工干預(yù)，可在同一真空環(huán)境下自動(dòng)完成多步能量切換和劑量注入，顯著降低操作員負(fù)擔(dān)并提升工藝一致性。緊湊式設(shè)計(jì)也使設(shè)備占地面積控制在較小范圍內(nèi)，方便工廠產(chǎn)線布局。

6. 寬范圍晶圓材料與摻雜元素兼容

IH-860PSIC兼容SiC、GaN、GaAs、Si等多種半導(dǎo)體材料，可注入P、B、Ar、Al、N、As等摻雜元素，涵蓋N型與P型摻雜的全譜系需求。一臺(tái)設(shè)備可滿足多種功率器件和化合物半導(dǎo)體器件的摻雜工藝需求，為產(chǎn)線配置提供了充分的靈活性。

7. 應(yīng)用覆蓋R&D至量產(chǎn)全階段

IH-860PSIC的設(shè)計(jì)兼顧了研發(fā)與量產(chǎn)的雙重需求。從半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)到功率器件量產(chǎn)廠，該設(shè)備均可勝任。例如，東南大學(xué)微納系統(tǒng)國(guó)際創(chuàng)新中心于2022年引進(jìn)了IH-860PSIC-Ⅱ機(jī)型，用于半導(dǎo)體表面附近區(qū)域的摻雜研究與共享服務(wù)。而在量產(chǎn)端，該設(shè)備的技術(shù)成熟度已獲得SiC功率元件廠商的充分肯定。

三、關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格

四、應(yīng)用場(chǎng)景分析

1. SiC功率器件摻雜（核心應(yīng)用）

IH-860PSIC的核心應(yīng)用場(chǎng)景是SiC功率器件的摻雜工藝，涵蓋SiC-SBD（肖特基勢(shì)壘二極管）、SiC-MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）等主流SiC功率器件。具體工藝任務(wù)包括：

• P阱（Body Region）注入：通過(guò)高能Al離子注入形成P型區(qū)，耐壓結(jié)構(gòu)的深度和均勻性直接決定器件的擊穿電壓；

• 源區(qū)/漏區(qū)（N?注入）：采用高劑量N離子注入，形成低電阻歐姆接觸區(qū)；

• 場(chǎng)截止層（Field Stop Layer）注入：利用高能離子（可至700keV以上）在器件漂移區(qū)深處形成場(chǎng)截止結(jié)構(gòu)，抑制穿通效應(yīng)并優(yōu)化開關(guān)損耗；

• 溝道區(qū)注入：精確控制注入能量和劑量，調(diào)節(jié)閾值電壓。

2. 新能源汽車與充電設(shè)施

在電動(dòng)汽車（EV）的主驅(qū)逆變器、車載充電器（OBC）及直流快充樁中，SiC功率模塊以其高耐壓、低導(dǎo)通損耗和優(yōu)異的高溫工作能力成為關(guān)鍵技術(shù)方向。IH-860PSIC注入的SiC晶圓正是制造這些核心功率模塊的基礎(chǔ)。

3. 工業(yè)電機(jī)與可再生能源

光伏逆變器、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及儲(chǔ)能變流器等應(yīng)用對(duì)功率器件的效率和可靠性提出嚴(yán)苛要求。SiC功率器件在這些場(chǎng)景中可實(shí)現(xiàn)更高的開關(guān)頻率和更低的能量損耗，IH-860PSIC的高質(zhì)量離子注入工藝直接支撐了這些前沿應(yīng)用的發(fā)展。

4. 學(xué)術(shù)研究與器件開發(fā)

IH-860PSIC同時(shí)適用于高校、研究機(jī)構(gòu)和器件開發(fā)單位的新材料與新結(jié)構(gòu)研究。例如東南大學(xué)引進(jìn)的該設(shè)備，為半導(dǎo)體表面摻雜研究提供了開放的工藝平臺(tái)。從原型驗(yàn)證到小批量試產(chǎn)，該設(shè)備能夠覆蓋從概念探索到工藝落地的完整創(chuàng)新鏈條。

5. 化合物半導(dǎo)體器件（GaN、GaAs、Si等）

除SiC外，IH-860PSIC還兼容GaN、GaAs、Si等多種半導(dǎo)體材料。在射頻功放、光電器件和微波器件等領(lǐng)域，該設(shè)備同樣可作為高能摻雜的有效手段，為化合物半導(dǎo)體器件的開發(fā)和量產(chǎn)提供工藝支撐。

五、選配與配套生態(tài)

IH-860PSIC在產(chǎn)品配置上具有較大的靈活性，用戶可根據(jù)自身工藝需求進(jìn)行選配。在注入能量方面，支持從標(biāo)配的350keV（單價(jià)）/700keV（雙價(jià)）擴(kuò)展至選配的400keV（單價(jià)）/860keV（雙價(jià)）乃至1.2MeV（三價(jià)）。在雙端站配置上，用戶也可根據(jù)期望的晶圓規(guī)格（如A系統(tǒng)6"高溫ESC+B系統(tǒng)6"常溫ESC）進(jìn)行定制。

在工藝生態(tài)層面，ULVAC為SiC器件制造構(gòu)建了完整的設(shè)備矩陣。與IH-860PSIC協(xié)同的配套設(shè)備包括：

• 碳膜濺射設(shè)備（SME-200）：用于高溫激活退火前的表面保護(hù)碳膜沉積；

• 高溫激活退火設(shè)備（PFS-6000-25）：用于注入后雜質(zhì)的活化及結(jié)晶缺陷的修復(fù)，峰值溫度約2000℃；

• 刻蝕設(shè)備（NE-550EX、uGmini-200E等）：用于SiC溝槽刻蝕和掩膜去除；

• 去膠灰化設(shè)備（NA系列）：用于光刻膠和表面殘留物的去除；

這一完整的設(shè)備鏈確保了SiC功率器件從離子注入到激活退火的全流程工藝可控性和良率穩(wěn)定性。

六、產(chǎn)品定位與市場(chǎng)對(duì)比

ULVAC面向SiC高溫注入領(lǐng)域的產(chǎn)品體系以IH系列為骨干，主要包括IH-860PSIC和IH-1200PSIC等機(jī)型，其中IH-860PSIC聚焦于Φ150mm以下晶圓的高溫注入量產(chǎn)，IH-1200PSIC則面向Φ200mm更大規(guī)格晶圓的工藝需求。

在同類SiC高溫注入設(shè)備中，IH-860PSIC的技術(shù)特點(diǎn)突出在Dual Platen設(shè)計(jì)所帶來(lái)的高溫/常溫工藝快速切換能力，以及鏈?zhǔn)阶⑷朐趶?fù)雜多步摻雜中的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)。相比部分競(jìng)品在高溫注入后需等待晶圓冷卻方可進(jìn)行下一工藝，IH-860PSIC的雙工位并行機(jī)制有效提升了產(chǎn)線的整體效率。

在能量覆蓋范圍上，標(biāo)配350keV/700keV（選配400keV/860keV）的能量水平充分覆蓋了SiC功率器件的主流深結(jié)摻雜需求，而較高能量規(guī)格的配置（如1.2MeV的三價(jià)離子）則為更深的場(chǎng)截止層設(shè)計(jì)和先進(jìn)器件結(jié)構(gòu)提供了擴(kuò)展空間。

七、結(jié)語(yǔ)

IH-860PSIC作為ULVAC面向SiC功率器件量產(chǎn)的專用高能離子注入機(jī)，以高溫注入技術(shù)、瞬時(shí)切換雙工位系統(tǒng)、高能注入能力和緊湊化設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)回應(yīng)了SiC功率半導(dǎo)體制造中的核心工藝需求。500℃高溫ESC、Dual Platen設(shè)計(jì)、支持高達(dá)700keV/860keV的雙電荷離子能量、≤0.5%的注入均勻性，以及完整的SiC工藝生態(tài)配套，共同構(gòu)成了這款設(shè)備的技術(shù)體系。

從新能源汽車到工業(yè)電力電子，從高校研究機(jī)構(gòu)到半導(dǎo)體量產(chǎn)工廠，IH-860PSIC憑借其對(duì)SiC高溫注入工藝的深刻理解和扎實(shí)的工程實(shí)現(xiàn)，為第三代半導(dǎo)體功率器件的發(fā)展提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，也為中國(guó)SiC產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控與規(guī)?；l(fā)展貢獻(xiàn)了核心裝備支撐。