日本ULVAC IH-860PSIC：满足6英寸SiC晶圆量产需求的高温离子注入解决方案

一、产品概述

IH-860PSIC是日本ULVAC（爱发科）公司面向SiC功率器件量产领域推出的高能离子注入机，属于IH系列中的主力机型。该设备搭载高温静电吸附卡盘（ESC），支持高温与常温工艺的瞬时切换，可在最高500℃的环境下完成高能离子注入，有效解决SiC晶圆在离子注入过程中易产生结晶缺陷的工艺难题。

与硅晶圆相比，SiC晶圆在离子注入时因晶体结构特性，更容易产生损伤和晶格缺陷，因此必须将晶圆温度维持在较高水平（通常为500℃），以在控制结晶缺陷产生的同时完成注入。IH-860PSIC正是针对这一特殊工艺需求而开发的专业解决方案。该设备可兼容Φ150mm（6英寸）晶圆加工，采用紧凑化设计与软件链式注入功能，从研发试产到规模化量产均具备良好的适应性。

ULVAC在SiC器件量产制造领域具有深厚积累，可提供包括离子注入、刻蚀、溅射、蒸发、去胶等全流程的SiC晶圆量产设备及工艺方案，IH-860PSIC正是其SiC离子注入产品线中的核心设备之一。

二、核心优势

1. 高温注入技术，有效抑制SiC结晶缺陷

注入离子时产生的晶格损伤若不能在后续退火工艺中有效修复，将导致器件电学特性劣化。SiC材料中杂质的扩散系数极低，退火温度需高达约2000℃才能实现杂质活化，对结晶缺陷的控制要求极为严苛。IH-860PSIC搭载高温静电吸附卡盘（ESC），可稳定地将晶圆加热至500℃，在注入过程中持续保持高温状态，有效抑制非晶化区域的产生和扩展，为后续的高温激活退火奠定良好的晶体质量基础。

2. 瞬时切换双工位（Dual Platen），兼顾高温与冷却工艺

IH-860PSIC配备Dual Platen系统，即一个高温处理工位和一个常温冷却工位，两个工位之间可瞬时切换。这一创新设计解决了长期困扰行业的两难问题：若持续保持整机高温运行，会降低设备稳定性和部件寿命；若频繁升降温，则严重影响生产效率。IH-860PSIC采用ULVAC的电压脉冲施加技术，减少了因快速升温导致的基板损伤，并可在预加热腔中缩短加热时间。搭配双端站（Dual-End-Station）设计（如A系统配置4英寸或6英寸高温ESC，B系统配置3英寸高温ESC或6英寸常温ESC等），实现了晶圆在真空腔内的连续更换和自动连续高温注入，将吞吐量提升至最高约30枚/小时（支持75mm-150mm晶圆），充分满足量产需求。

3. 高能注入能力，实现深结掺杂

IH-860PSIC具备针对SiC材料的高能注入能力：1价离子最高可注入至350keV（选配可达400keV），2价离子最高可注入至700keV（选配可达860keV），3价离子最高可达1.2MeV。高能量离子束能够穿透SiC材料中较深的区域，为场截止层等深结掺杂结构提供工艺实现可能。在N型掺杂源方面，束流强度达2000eμA，可满足高剂量注入的效率需求。

4. 高精度注入控制，保障器件性能均匀性

东南大学采购的IH-860PSIC-Ⅱ机型技术指标显示，剂量范围覆盖1E11~1E16 ions/cm²，注入均匀性1σ(％) ≤0.5%，束流平行度≤0.3度，Al在碳化硅晶圆内最大注入深度不低于2μm。同时，该设备的X射线辐射量低于0.6μSv/h，符合半导体制造设备的安全标准要求。

5. 链式注入与软件集成，降低操作员负担

在双电荷离子注入至700keV或更高能量的工艺中，IH-860PSIC支持通过软件实现链式注入（Chain Implantation）。无需分步人工干预，可在同一真空环境下自动完成多步能量切换和剂量注入，显著降低操作员负担并提升工艺一致性。紧凑式设计也使设备占地面积控制在较小范围内，方便工厂产线布局。

6. 宽范围晶圆材料与掺杂元素兼容

IH-860PSIC兼容SiC、GaN、GaAs、Si等多种半导体材料，可注入P、B、Ar、Al、N、As等掺杂元素，涵盖N型与P型掺杂的全谱系需求。一台设备可满足多种功率器件和化合物半导体器件的掺杂工艺需求，为产线配置提供了充分的灵活性。

7. 应用覆盖R&D至量产全阶段

IH-860PSIC的设计兼顾了研发与量产的双重需求。从半导体研究机构到功率器件量产厂，该设备均可胜任。例如，东南大学微纳系统国际创新中心于2022年引进了IH-860PSIC-Ⅱ机型，用于半导体表面附近区域的掺杂研究与共享服务。而在量产端，该设备的技术成熟度已获得SiC功率元件厂商的充分肯定。

三、关键技术规格

四、应用场景分析

1. SiC功率器件掺杂（核心应用）

IH-860PSIC的核心应用场景是SiC功率器件的掺杂工艺，涵盖SiC-SBD（肖特基势垒二极管）、SiC-MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等主流SiC功率器件。具体工艺任务包括：

• P阱（Body Region）注入：通过高能Al离子注入形成P型区，耐压结构的深度和均匀性直接决定器件的击穿电压；

• 源区/漏区（N⁺注入）：采用高剂量N离子注入，形成低电阻欧姆接触区；

• 场截止层（Field Stop Layer）注入：利用高能离子（可至700keV以上）在器件漂移区深处形成场截止结构，抑制穿通效应并优化开关损耗；

• 沟道区注入：精确控制注入能量和剂量，调节阈值电压。

2. 新能源汽车与充电设施

在电动汽车（EV）的主驱逆变器、车载充电器（OBC）及直流快充桩中，SiC功率模块以其高耐压、低导通损耗和优异的高温工作能力成为关键技术方向。IH-860PSIC注入的SiC晶圆正是制造这些核心功率模块的基础。

3. 工业电机与可再生能源

光伏逆变器、工业电机驱动系统及储能变流器等应用对功率器件的效率和可靠性提出严苛要求。SiC功率器件在这些场景中可实现更高的开关频率和更低的能量损耗，IH-860PSIC的高质量离子注入工艺直接支撑了这些前沿应用的发展。

4. 学术研究与器件开发

IH-860PSIC同时适用于高校、研究机构和器件开发单位的新材料与新结构研究。例如东南大学引进的该设备，为半导体表面掺杂研究提供了开放的工艺平台。从原型验证到小批量试产，该设备能够覆盖从概念探索到工艺落地的完整创新链条。

5. 化合物半导体器件（GaN、GaAs、Si等）

除SiC外，IH-860PSIC还兼容GaN、GaAs、Si等多种半导体材料。在射频功放、光电器件和微波器件等领域，该设备同样可作为高能掺杂的有效手段，为化合物半导体器件的开发和量产提供工艺支撑。

五、选配与配套生态

IH-860PSIC在产品配置上具有较大的灵活性，用户可根据自身工艺需求进行选配。在注入能量方面，支持从标配的350keV（单价）/700keV（双价）扩展至选配的400keV（单价）/860keV（双价）乃至1.2MeV（三价）。在双端站配置上，用户也可根据期望的晶圆规格（如A系统6"高温ESC+B系统6"常温ESC）进行定制。

在工艺生态层面，ULVAC为SiC器件制造构建了完整的设备矩阵。与IH-860PSIC协同的配套设备包括：

• 碳膜溅射设备（SME-200）：用于高温激活退火前的表面保护碳膜沉积；

• 高温激活退火设备（PFS-6000-25）：用于注入后杂质的活化及结晶缺陷的修复，峰值温度约2000℃；

• 刻蚀设备（NE-550EX、uGmini-200E等）：用于SiC沟槽刻蚀和掩膜去除；

• 去胶灰化设备（NA系列）：用于光刻胶和表面残留物的去除；

这一完整的设备链确保了SiC功率器件从离子注入到激活退火的全流程工艺可控性和良率稳定性。

六、产品定位与市场对比

ULVAC面向SiC高温注入领域的产品体系以IH系列为骨干，主要包括IH-860PSIC和IH-1200PSIC等机型，其中IH-860PSIC聚焦于Φ150mm以下晶圆的高温注入量产，IH-1200PSIC则面向Φ200mm更大规格晶圆的工艺需求。

在同类SiC高温注入设备中，IH-860PSIC的技术特点突出在Dual Platen设计所带来的高温/常温工艺快速切换能力，以及链式注入在复杂多步掺杂中的自动化优势。相比部分竞品在高温注入后需等待晶圆冷却方可进行下一工艺，IH-860PSIC的双工位并行机制有效提升了产线的整体效率。

在能量覆盖范围上，标配350keV/700keV（选配400keV/860keV）的能量水平充分覆盖了SiC功率器件的主流深结掺杂需求，而较高能量规格的配置（如1.2MeV的三价离子）则为更深的场截止层设计和先进器件结构提供了扩展空间。

七、结语

IH-860PSIC作为ULVAC面向SiC功率器件量产的专用高能离子注入机，以高温注入技术、瞬时切换双工位系统、高能注入能力和紧凑化设计，精准回应了SiC功率半导体制造中的核心工艺需求。500℃高温ESC、Dual Platen设计、支持高达700keV/860keV的双电荷离子能量、≤0.5%的注入均匀性，以及完整的SiC工艺生态配套，共同构成了这款设备的技术体系。

从新能源汽车到工业电力电子，从高校研究机构到半导体量产工厂，IH-860PSIC凭借其对SiC高温注入工艺的深刻理解和扎实的工程实现，为第三代半导体功率器件的发展提供了可靠的技术基础，也为中国SiC产业链的自主可控与规模化发展贡献了核心装备支撑。