月30日消息，據(jù)新華社報道，中國電子科技集團宣布，由該集團旗下電科裝備自主研制的高能離子注入機，成功實現(xiàn)百萬電子伏特高能離子加速，性能達到國際先進水平。
在晶圓制造中，總共有七大關鍵環(huán)節(jié)，分別是擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長、拋光、金屬化。
這其中金屬化，也就是把集成電路里的各個元件用金屬導體連接起來，用到的設備也是薄膜生長設備，所以這兩個環(huán)節(jié)所用到的設備是類似的。另外，幾乎每個環(huán)節(jié)都需要用到清洗機，因為生產(chǎn)工藝越來越復雜，幾乎每一兩步就要對硅片進行清洗一次。
所以，晶圓制造需要七大類的生產(chǎn)設備，包括：擴散爐、光刻機、刻蝕機、離子注入機、薄膜沉積設備、化學機械拋光機、清洗機。
其中，離子注入機是芯片制造中的關鍵裝備。
半導體材料的特性之一就是導電性和導電類型，這個能夠通過在材料中摻入專門的雜質(zhì)而被產(chǎn)生和控制，通過引入專門的摻雜物，形成使晶體管和二極管工作的 PN 結。
這里主要有兩種方式：采用離子注入或熱擴散工藝，在晶圓表面形成PN結。
熱擴散是指通過加熱，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散工藝，并且在當今的小型和多種結構器件方面起作用。
與熱擴散不同，離子注入是物理過程，也就是說注入動作不依賴于雜質(zhì)與晶圓材料的化學反應，意味著工藝在接近室溫下可以進行，寬范圍濃度的摻雜成為可能，并可以對晶圓內(nèi)摻雜的位置和數(shù)量進行更好的控制，因此廣泛應用于先進電路的摻雜步驟。而離子注入機就是實現(xiàn)這一步驟的關鍵設備。
離子注入機由離子源、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)實際需要省去次要部位。離子源是離子注入機的主要部位，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和束流強度。
離子源直流放電或高頻放電產(chǎn)生的電子作為轟擊粒子，當外來電子的能量高于原子的電離電位時，通過碰撞使元素發(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。正離子進入質(zhì)量分析器選出需要的離子，再經(jīng)過加速器獲得較高能量，由四級透鏡聚焦后進入靶室，進行離子注入。
而根據(jù)能量范圍和注入劑量范圍的不同，常用的生產(chǎn)型離子注入機主要分為三種類型：低能大束流注入機、中束流注入機和高能注入機。
其中，高能離子注入機的能量范圍需要高達幾MeV，是離子注入機中技術難度最大的機型。
一直以來，離子注入機的國產(chǎn)化率非常低，大部分的離子注入機市場被 Applied Materials、Axcelis、SEN、AIBT 等國際品牌壟斷。特別是在高能離子注入機市場，國內(nèi)之前一直是空白。
此次，電科裝備在高能離子注入機上的突破，可謂是打破了國外廠商的壟斷，填補了國內(nèi)的空白。
而在此之前，電科裝備在離子注入機領域已連續(xù)突破中束流、大束流、特種應用及第三代半導體等離子注入機產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化難題，產(chǎn)品廣泛服務于全球知名芯片制造企業(yè)。
電科裝備離子注入機總監(jiān)張叢表示，電科裝備將在年底前推出首臺高能離子注入機，實現(xiàn)我國芯片制造領域全系列離子注入機自主創(chuàng)新發(fā)展，并為全球芯片制造企業(yè)提供離子注入機成套解決方案。
關于電科裝備
中電科電子裝備集團有限公司是中國電子科技集團公司的全資子公司，成立于2013年，由中國電科二所、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、長沙、上海等六省市八園區(qū)。主要從事半導體裝備及光伏裝備的研發(fā)。主要產(chǎn)品包括：離子注入機、CMP拋光機、MOCVD、多線切割機、光伏電站等。
需要指出的是，電科裝備目前是國內(nèi)唯一一家集研發(fā)、制造、服務于一體的離子注入機供應商。特別是在承擔了國家02專項后，電科裝備在離子注入機研發(fā)方面，一年邁上一個新臺階。實際上如果沒有國家02專項的支持，我國離子注入機到現(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就以優(yōu)秀等級通過國家02專項實施管理辦公室組織的驗收。
2015年，在中芯國際先后完成了55nm、45nm和40nm小批量產(chǎn)品工藝驗證，這一年國產(chǎn)首臺中束流離子注入機率先實現(xiàn)了量產(chǎn)晶圓過百萬片。
到2017年11月，電科裝備的中束流離子注入機已經(jīng)在中芯國際實現(xiàn)了穩(wěn)定流片200萬片，請注意這個數(shù)字在2015年還是剛剛突破百萬片。
這個200萬片意味著什么呢？2017年第三季度，中芯國際的實際產(chǎn)能為44.8萬片。
從2015年的百萬片，到2017年的200萬片，兩年時間國產(chǎn)離子注入機完成了100萬片的生產(chǎn)量，而按照中芯國際2017年第三季度的實際產(chǎn)能計算，年產(chǎn)能為180萬片左右。
因此我們可以合理估計，在七大類設備中的離子注入機這塊，當時中芯國際產(chǎn)線25%-30%左右已經(jīng)基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
需要注意的是，中束流離子注入機只是適用于55nm、45nm和40nm，要進一步適應更先進制程，還需要大束流離子注入機。
2016年，電科裝備推出滿足高端工藝的新機型45—22nm低能大束流離子注入機，前面提到中束流、低能大束流系列產(chǎn)品已經(jīng)批量應用于IC大線。隨后，2017年，該離子注入機也在中芯國際產(chǎn)線進行驗證通過。
2017年，電科裝備的離子注入機批量制造條件廠房及工藝實驗室投入使用，具備符合SEMI標準的產(chǎn)業(yè)化平臺，年產(chǎn)能達50臺，并應用信息化管理系統(tǒng)實現(xiàn)離子注入機批量制造全程質(zhì)量控制及追溯。
▲中電科的大束流28nm離子注入機在中芯國際12英寸生產(chǎn)線現(xiàn)場。
電科裝備董事長、黨委書記劉濟東當時就強調(diào)，電科裝備自主研發(fā)的離子注入機打破了高端市場被美日壟斷的局面，打造了離子注入機國產(chǎn)品牌。
此外，電科裝備還是國產(chǎn)CMP 拋光設備的主要供應商之一。2017年8月，電科裝備就成功研發(fā)出了國內(nèi)首臺擁有完全自主知識產(chǎn)權的200mm化學機械拋光商用機。并于2017年11月21日成功在中芯國際天津廠8英寸大生產(chǎn)線裝機驗證。2018年底，電科裝備的12英寸CMP設備也成功研發(fā)完成。
除了集成電路晶圓制造兩大關鍵設備以外，電科裝備還是國內(nèi)主力的集成電路封裝設備制造商，其封裝設備累計銷售2000余臺套，已經(jīng)批量應用于長電科技、通富微電、蘇州晶方等國內(nèi)知名封測企業(yè)——在高端封裝設備領域，電科裝備已經(jīng)形成局部成套的供應能力。
在02專項支持下，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研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。同時研發(fā)了倒裝芯片鍵合機、全自動精密劃片機用于封裝產(chǎn)線，技術水平在國內(nèi)處于領先地位。