打破国外垄断！国产高能离子注入机重大突破

6月30日消息，据新华社报道，中国电子科技集团宣布，由该集团旗下电科装备自主研制的高能离子注入机，成功实现百万电子伏特高能离子加速，性能达到国际先进水平。

在晶圆制造中，总共有七大关键环节，分别是扩散(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蚀(Etch)、离子注入(Ion Implant)、薄膜生长(Dielectric Deposition)、抛光(CMP，即化学机械抛光)、金属化(Metalization)。

这其中金属化，也就是把集成电路里的各个元件用金属导体连接起来，用到的设备也是薄膜生长设备，所以这两个环节所用到的设备是类似的。另外，几乎每个环节都需要用到清洗机，因为生产工艺越来越复杂，几乎每一两步就要对硅片进行清洗一次。

所以，晶圆制造需要七大类的生产设备，包括：扩散炉、光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉积设备（包括PECVD、LPCVD、ALD等）、化学机械抛光机、清洗机。

其中，离子注入机是芯片制造中的关键装备。

半导体材料的特性之一就是导电性和导电类型（N型和P型），这个能够通过在材料中掺入专门的杂质而被产生和控制，通过引入专门的掺杂物，形成使晶体管和二极管工作的 PN 结。

这里主要有两种方式：采用离子注入或热扩散工艺，在晶圆表面形成PN结。

热扩散是指通过加热，将掺杂材料散布到晶圆体内，而现在离子注入已经逐渐取代了较老的热扩散工艺，并且在当今的小型和多种结构器件方面起作用。

与热扩散不同，离子注入是物理过程，也就是说注入动作不依赖于杂质与晶圆材料的化学反应，意味着工艺在接近室温下可以进行，宽范围浓度的掺杂成为可能，并可以对晶圆内掺杂的位置和数量进行更好的控制，因此广泛应用于先进电路的掺杂步骤。而离子注入机就是实现这一步骤的关键设备。

离子注入机由离子源、离子引入和质量分析器、加速管、扫描系统和工艺腔组成，可以根据实际需要省去次要部位。离子源是离子注入机的主要部位，作用是把需要注入的元素气态粒子电离成离子，决定要注入离子的种类和束流强度。

离子源直流放电或高频放电产生的电子作为轰击粒子，当外来电子的能量高于原子的电离电位时，通过碰撞使元素发生电离。碰撞后除了原始电子外，还出现正电子和二次电子。正离子进入质量分析器选出需要的离子，再经过加速器获得较高能量，由四级透镜聚焦后进入靶室，进行离子注入。

而根据能量范围和注入剂量范围的不同，常用的生产型离子注入机主要分为三种类型：低能大束流注入机、中束流注入机和高能注入机。

其中，高能离子注入机的能量范围需要高达几MeV（百万电子伏特），是离子注入机中技术难度最大的机型。

一直以来，离子注入机的国产化率非常低，大部分的离子注入机市场被 Applied Materials、Axcelis、SEN、AIBT 等国际品牌垄断。特别是在高能离子注入机市场，国内之前一直是空白。

此次，电科装备在高能离子注入机上的突破，可谓是打破了国外厂商的垄断，填补了国内的空白。

而在此之前，电科装备在离子注入机领域已连续突破中束流、大束流、特种应用及第三代半导体等离子注入机产品研发及产业化难题，产品广泛服务于全球知名芯片制造企业。

电科装备离子注入机总监张丛表示，电科装备将在年底前推出首台高能离子注入机，实现我国芯片制造领域全系列离子注入机自主创新发展，并为全球芯片制造企业提供离子注入机成套解决方案。

关于电科装备

中电科电子装备集团有限公司（简称“电科装备”）是中国电子科技集团公司（以下简称“中国电科”）的全资子公司，成立于2013年，由中国电科二所、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、长沙、上海等六省市八园区。主要从事半导体装备及光伏装备的研发。主要产品包括：离子注入机、CMP抛光机、MOCVD、多线切割机、光伏电站等。

需要指出的是，电科装备目前是国内唯一一家集研发、制造、服务于一体的离子注入机供应商。特别是在承担了国家02专项后，电科装备在离子注入机研发方面，一年迈上一个新台阶。实际上如果没有国家02专项的支持，我国离子注入机到现在还是一片空白。

2014年，电科装备的12英寸中束流离子注入机就以优秀等级通过国家02专项实施管理办公室组织的验收。

2015年，在中芯国际先后完成了55nm、45nm和40nm小批量产品工艺验证，这一年国产首台中束流离子注入机率先实现了量产晶圆过百万片。

到2017年11月，电科装备的中束流离子注入机已经在中芯国际实现了稳定流片200万片，请注意这个数字在2015年还是刚刚突破百万片。

这个200万片意味着什么呢？2017年第三季度，中芯国际的实际产能为44.8万片。

从2015年的百万片，到2017年的200万片，两年时间国产离子注入机完成了100万片的生产量，而按照中芯国际2017年第三季度的实际产能计算，年产能为180万片左右。

因此我们可以合理估计，在七大类设备中的离子注入机这块，当时中芯国际产线25%-30%左右已经基本实现了国产化。

需要注意的是，中束流离子注入机只是适用于55nm、45nm和40nm，要进一步适应更先进制程，还需要大束流离子注入机。

2016年，电科装备推出满足高端工艺的新机型45—;22nm低能大束流离子注入机，前面提到中束流、低能大束流系列产品已经批量应用于IC大线。随后，2017年，该离子注入机也在中芯国际产线进行验证通过。

2017年，电科装备的离子注入机批量制造条件厂房及工艺实验室投入使用，具备符合SEMI标准的产业化平台，年产能达50台，并应用信息化管理系统实现离子注入机批量制造全程质量控制及追溯。

▲中电科的大束流28nm离子注入机在中芯国际12英寸生产线现场。

电科装备董事长、党委书记刘济东当时就强调，电科装备自主研发的离子注入机打破了高端市场被美日垄断的局面，打造了离子注入机国产品牌。

此外，电科装备还是国产CMP 抛光设备的主要供应商之一。2017年8月，电科装备就成功研发出了国内首台拥有完全自主知识产权的200mm化学机械抛光商用机。并于2017年11月21日成功在中芯国际天津厂8英寸大生产线装机验证。2018年底，电科装备的12英寸CMP设备也成功研发完成。

除了集成电路晶圆制造两大关键设备以外，电科装备还是国内主力的集成电路封装设备制造商，其封装设备累计销售2000余台套，已经批量应用于长电科技、通富微电、苏州晶方等国内知名封测企业—;—;在高端封装设备领域，电科装备已经形成局部成套的供应能力。

在02专项支持下，电科装备完成了封装产线必须的300mm超薄晶圆减薄抛光一体机研发与产业化。同时研发了倒装芯片键合机、全自动精密划片机用于封装产线，技术水平在国内处于领先地位。