打破國(guó)外壟斷！國(guó)產(chǎn)高能離子注入機(jī)重大突破

6月30日消息，據(jù)新華社報(bào)道，中國(guó)電子科技集團(tuán)宣布，由該集團(tuán)旗下電科裝備自主研制的高能離子注入機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)電子伏特高能離子加速，性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

在晶圓制造中，總共有七大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分別是擴(kuò)散(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蝕(Etch)、離子注入(Ion Implant)、薄膜生長(zhǎng)(Dielectric Deposition)、拋光(CMP，即化學(xué)機(jī)械拋光)、金屬化(Metalization)。

這其中金屬化，也就是把集成電路里的各個(gè)元件用金屬導(dǎo)體連接起來(lái)，用到的設(shè)備也是薄膜生長(zhǎng)設(shè)備，所以這兩個(gè)環(huán)節(jié)所用到的設(shè)備是類(lèi)似的。另外，幾乎每個(gè)環(huán)節(jié)都需要用到清洗機(jī)，因?yàn)樯a(chǎn)工藝越來(lái)越復(fù)雜，幾乎每一兩步就要對(duì)硅片進(jìn)行清洗一次。

所以，晶圓制造需要七大類(lèi)的生產(chǎn)設(shè)備，包括：擴(kuò)散爐、光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、離子注入機(jī)、薄膜沉積設(shè)備（包括PECVD、LPCVD、ALD等）、化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)、清洗機(jī)。

其中，離子注入機(jī)是芯片制造中的關(guān)鍵裝備。

半導(dǎo)體材料的特性之一就是導(dǎo)電性和導(dǎo)電類(lèi)型（N型和P型），這個(gè)能夠通過(guò)在材料中摻入專(zhuān)門(mén)的雜質(zhì)而被產(chǎn)生和控制，通過(guò)引入專(zhuān)門(mén)的摻雜物，形成使晶體管和二極管工作的 PN 結(jié)。

這里主要有兩種方式：采用離子注入或熱擴(kuò)散工藝，在晶圓表面形成PN結(jié)。

熱擴(kuò)散是指通過(guò)加熱，將摻雜材料散布到晶圓體內(nèi)，而現(xiàn)在離子注入已經(jīng)逐漸取代了較老的熱擴(kuò)散工藝，并且在當(dāng)今的小型和多種結(jié)構(gòu)器件方面起作用。

與熱擴(kuò)散不同，離子注入是物理過(guò)程，也就是說(shuō)注入動(dòng)作不依賴于雜質(zhì)與晶圓材料的化學(xué)反應(yīng)，意味著工藝在接近室溫下可以進(jìn)行，寬范圍濃度的摻雜成為可能，并可以對(duì)晶圓內(nèi)摻雜的位置和數(shù)量進(jìn)行更好的控制，因此廣泛應(yīng)用于先進(jìn)電路的摻雜步驟。而離子注入機(jī)就是實(shí)現(xiàn)這一步驟的關(guān)鍵設(shè)備。

離子注入機(jī)由離子源、離子引入和質(zhì)量分析器、加速管、掃描系統(tǒng)和工藝腔組成，可以根據(jù)實(shí)際需要省去次要部位。離子源是離子注入機(jī)的主要部位，作用是把需要注入的元素氣態(tài)粒子電離成離子，決定要注入離子的種類(lèi)和束流強(qiáng)度。

離子源直流放電或高頻放電產(chǎn)生的電子作為轟擊粒子，當(dāng)外來(lái)電子的能量高于原子的電離電位時(shí)，通過(guò)碰撞使元素發(fā)生電離。碰撞后除了原始電子外，還出現(xiàn)正電子和二次電子。正離子進(jìn)入質(zhì)量分析器選出需要的離子，再經(jīng)過(guò)加速器獲得較高能量，由四級(jí)透鏡聚焦后進(jìn)入靶室，進(jìn)行離子注入。

而根據(jù)能量范圍和注入劑量范圍的不同，常用的生產(chǎn)型離子注入機(jī)主要分為三種類(lèi)型：低能大束流注入機(jī)、中束流注入機(jī)和高能注入機(jī)。

其中，高能離子注入機(jī)的能量范圍需要高達(dá)幾MeV（百萬(wàn)電子伏特），是離子注入機(jī)中技術(shù)難度最大的機(jī)型。

一直以來(lái)，離子注入機(jī)的國(guó)產(chǎn)化率非常低，大部分的離子注入機(jī)市場(chǎng)被 Applied Materials、Axcelis、SEN、AIBT 等國(guó)際品牌壟斷。特別是在高能離子注入機(jī)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)之前一直是空白。

此次，電科裝備在高能離子注入機(jī)上的突破，可謂是打破了國(guó)外廠商的壟斷，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。

而在此之前，電科裝備在離子注入機(jī)領(lǐng)域已連續(xù)突破中束流、大束流、特種應(yīng)用及第三代半導(dǎo)體等離子注入機(jī)產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化難題，產(chǎn)品廣泛服務(wù)于全球知名芯片制造企業(yè)。

電科裝備離子注入機(jī)總監(jiān)張叢表示，電科裝備將在年底前推出首臺(tái)高能離子注入機(jī)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)芯片制造領(lǐng)域全系列離子注入機(jī)自主創(chuàng)新發(fā)展，并為全球芯片制造企業(yè)提供離子注入機(jī)成套解決方案。

關(guān)于電科裝備

中電科電子裝備集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱“電科裝備”）是中國(guó)電子科技集團(tuán)公司（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)電科”）的全資子公司，成立于2013年，由中國(guó)電科二所、四十五所和四十八所及其11家控股公司整合而成，地跨北京、太原、長(zhǎng)沙、上海等六省市八園區(qū)。主要從事半導(dǎo)體裝備及光伏裝備的研發(fā)。主要產(chǎn)品包括：離子注入機(jī)、CMP拋光機(jī)、MOCVD、多線切割機(jī)、光伏電站等。

需要指出的是，電科裝備目前是國(guó)內(nèi)唯一一家集研發(fā)、制造、服務(wù)于一體的離子注入機(jī)供應(yīng)商。特別是在承擔(dān)了國(guó)家02專(zhuān)項(xiàng)后，電科裝備在離子注入機(jī)研發(fā)方面，一年邁上一個(gè)新臺(tái)階。實(shí)際上如果沒(méi)有國(guó)家02專(zhuān)項(xiàng)的支持，我國(guó)離子注入機(jī)到現(xiàn)在還是一片空白。

2014年，電科裝備的12英寸中束流離子注入機(jī)就以優(yōu)秀等級(jí)通過(guò)國(guó)家02專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施管理辦公室組織的驗(yàn)收。

2015年，在中芯國(guó)際先后完成了55nm、45nm和40nm小批量產(chǎn)品工藝驗(yàn)證，這一年國(guó)產(chǎn)首臺(tái)中束流離子注入機(jī)率先實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)晶圓過(guò)百萬(wàn)片。

到2017年11月，電科裝備的中束流離子注入機(jī)已經(jīng)在中芯國(guó)際實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定流片200萬(wàn)片，請(qǐng)注意這個(gè)數(shù)字在2015年還是剛剛突破百萬(wàn)片。

這個(gè)200萬(wàn)片意味著什么呢？2017年第三季度，中芯國(guó)際的實(shí)際產(chǎn)能為44.8萬(wàn)片。

從2015年的百萬(wàn)片，到2017年的200萬(wàn)片，兩年時(shí)間國(guó)產(chǎn)離子注入機(jī)完成了100萬(wàn)片的生產(chǎn)量，而按照中芯國(guó)際2017年第三季度的實(shí)際產(chǎn)能計(jì)算，年產(chǎn)能為180萬(wàn)片左右。

因此我們可以合理估計(jì)，在七大類(lèi)設(shè)備中的離子注入機(jī)這塊，當(dāng)時(shí)中芯國(guó)際產(chǎn)線25%-30%左右已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

需要注意的是，中束流離子注入機(jī)只是適用于55nm、45nm和40nm，要進(jìn)一步適應(yīng)更先進(jìn)制程，還需要大束流離子注入機(jī)。

2016年，電科裝備推出滿足高端工藝的新機(jī)型45—;22nm低能大束流離子注入機(jī)，前面提到中束流、低能大束流系列產(chǎn)品已經(jīng)批量應(yīng)用于IC大線。隨后，2017年，該離子注入機(jī)也在中芯國(guó)際產(chǎn)線進(jìn)行驗(yàn)證通過(guò)。

2017年，電科裝備的離子注入機(jī)批量制造條件廠房及工藝實(shí)驗(yàn)室投入使用，具備符合SEMI標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，年產(chǎn)能達(dá)50臺(tái)，并應(yīng)用信息化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)離子注入機(jī)批量制造全程質(zhì)量控制及追溯。

▲中電科的大束流28nm離子注入機(jī)在中芯國(guó)際12英寸生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)。

電科裝備董事長(zhǎng)、黨委書(shū)記劉濟(jì)東當(dāng)時(shí)就強(qiáng)調(diào)，電科裝備自主研發(fā)的離子注入機(jī)打破了高端市場(chǎng)被美日壟斷的局面，打造了離子注入機(jī)國(guó)產(chǎn)品牌。

此外，電科裝備還是國(guó)產(chǎn)CMP 拋光設(shè)備的主要供應(yīng)商之一。2017年8月，電科裝備就成功研發(fā)出了國(guó)內(nèi)首臺(tái)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的200mm化學(xué)機(jī)械拋光商用機(jī)。并于2017年11月21日成功在中芯國(guó)際天津廠8英寸大生產(chǎn)線裝機(jī)驗(yàn)證。2018年底，電科裝備的12英寸CMP設(shè)備也成功研發(fā)完成。

除了集成電路晶圓制造兩大關(guān)鍵設(shè)備以外，電科裝備還是國(guó)內(nèi)主力的集成電路封裝設(shè)備制造商，其封裝設(shè)備累計(jì)銷(xiāo)售2000余臺(tái)套，已經(jīng)批量應(yīng)用于長(zhǎng)電科技、通富微電、蘇州晶方等國(guó)內(nèi)知名封測(cè)企業(yè)—;—;在高端封裝設(shè)備領(lǐng)域，電科裝備已經(jīng)形成局部成套的供應(yīng)能力。

在02專(zhuān)項(xiàng)支持下，電科裝備完成了封裝產(chǎn)線必須的300mm超薄晶圓減薄拋光一體機(jī)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)研發(fā)了倒裝芯片鍵合機(jī)、全自動(dòng)精密劃片機(jī)用于封裝產(chǎn)線，技術(shù)水平在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。