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

由于眾所周知的原因，近期國(guó)外尤其是美國(guó)對(duì)中國(guó)的科技“卡脖子”打擊，這也掀起了我國(guó)自主研發(fā)突破國(guó)外封鎖的一波熱潮，近期也是捷報(bào)頻頻。在芯片方面，離子注入機(jī)是芯片制造中的關(guān)鍵裝備，中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司近日公布，該集團(tuán)旗下電科裝備已成功實(shí)現(xiàn)離子注入機(jī)全譜系產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化，可為全球芯片制造企業(yè)提供離子注入機(jī)一站式解決方案。

在晶圓制造中，總共有七大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分別是擴(kuò)散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長(zhǎng)、拋光、金屬化。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、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。

用離子注入機(jī)向硅片注入硼離子，可以形成很多空穴，它們都是正電子。正電子帶正電荷，質(zhì)量與電子相等，是電子的反粒子。帶有空穴的半導(dǎo)體，稱為空穴型半導(dǎo)體，也叫P型半導(dǎo)體。它們以帶正電的空穴導(dǎo)電為主，讓三價(jià)元素（如硼）取代晶格中硅原子的位置。由于P型半導(dǎo)體中正電荷量與負(fù)電荷量相等，P型半導(dǎo)體呈電中性。另一類半導(dǎo)體叫N型半導(dǎo)體。在這類半導(dǎo)體中，參與導(dǎo)電的主要是帶負(fù)電的電子，這些電子來(lái)自半導(dǎo)體中的磷、砷等五價(jià)元素。磷、砷都比硅元素多一個(gè)電子，所以能為硅片帶來(lái)多余的電子。因此，要制造N型半導(dǎo)體，就得用離子注入機(jī)將磷、砷等五價(jià)元素以帶電離子形態(tài)注入硅片。P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體結(jié)合，可以形成P-N結(jié)。通電后，正電荷與負(fù)電荷產(chǎn)生勢(shì)能差，就會(huì)形成電流，像地勢(shì)差會(huì)形成水流一樣。

根據(jù)SEMI（美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)）的數(shù)據(jù)顯示，離子注入設(shè)備在晶圓加工設(shè)備比重為5%左右，對(duì)應(yīng)的全球市場(chǎng)規(guī)模25億美元左右，不過(guò)在該領(lǐng)域，國(guó)外廠商占據(jù)著大部分市場(chǎng)，主要是由美國(guó)廠商所壟斷，美國(guó)應(yīng)用材料公司和美國(guó) Axcelis 這兩家公司占據(jù)全球共計(jì)70% 以上的市場(chǎng)份額。我國(guó)目前在離子注入機(jī)領(lǐng)域有所突破的是兩家企業(yè)，一家是前面所提到的中國(guó)電子科技集團(tuán)下面的電科裝備集團(tuán)，另外一家則是萬(wàn)業(yè)集團(tuán)旗下的凱世通公司。

離子注入機(jī)行業(yè)存在較高競(jìng)爭(zhēng)壁壘，行業(yè)集中度較高，整體而言整個(gè)市場(chǎng)主要由美國(guó)廠商壟斷，美國(guó)應(yīng)用材料公司和美國(guó)Axcelis公司合計(jì)占據(jù)全球70%以上的市場(chǎng)。分領(lǐng)域來(lái)看，半導(dǎo)體制造領(lǐng)域應(yīng)用材料、Axcelis和漢辰科技AIBT地位領(lǐng)先，太陽(yáng)能電池生產(chǎn)領(lǐng)域主要為萬(wàn)業(yè)企業(yè)旗下凱世通、美國(guó)Inte-vac和日本真空技術(shù)三家，其中萬(wàn)業(yè)企業(yè)旗下凱世通競(jìng)爭(zhēng)地位領(lǐng)先，AMOLED面板制造領(lǐng)域被日本日新壟斷。

早在2020年6月30日的時(shí)候，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。

如今，中束流、大束流、高能、特種應(yīng)用及第三代半導(dǎo)體等離子注入機(jī)全譜系產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化消息傳來(lái)，工藝段覆蓋至28nm，為我國(guó)芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈補(bǔ)上重要一環(huán)，也為全球芯片制造企業(yè)在離子注入機(jī)領(lǐng)域提供了更多選擇。

但是，我們距世界頭部企業(yè)仍有一定的距離，離子注入機(jī)研發(fā)進(jìn)度仍待加快。此次中國(guó)電科攻克離子注入機(jī)全譜系產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化，將為我國(guó)芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈補(bǔ)上重要一環(huán)，為全球芯片制造企業(yè)提供離子注入機(jī)一站式解決方案。