6月30日消息，據新華社報道，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(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蝕(Etch)、離子注入(Ion Implant)、薄膜生長(Dielectric Deposition)、拋光(CMP，即化學機械拋光)、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設備，包括：擴散爐、光刻機、刻蝕機、離子注入機、薄膜沉積設備（包括PECVD、LPCVD、ALD等）、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（N型和P型），這個能夠通過在材料中摻入專門的雜質而被產生和控制，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，而現(xiàn)在離子注入已經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、離子引入和質量分析器、加速管、掃描系統(tǒng)和工藝腔組成，可以根據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。正離子進入質量分析器選出需要的離子，再經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。

而根據能量范圍和注入劑量范圍的不同，常用的生產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（百萬電子伏特），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品研發(fā)及產業(yè)化難題，產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（簡稱“電科裝備”）是中國電子科技集團公司（以下簡稱“中國電科”）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小批量產品工藝驗證，這一年國產首臺中束流離子注入機率先實現(xiàn)了量產晶圓過百萬片。

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，兩年時間國產離子注入機完成了100萬片的生產量，而按照中芯國際2017年第三季度的實際產能計算，年產能為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，當時中芯國際產線25%-30%左右已經基本實現(xiàn)了國產化。

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、低能大束流系列產品已經批量應用于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標準的產業(yè)化平臺，年產能達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英寸生產線現(xiàn)場。

電科裝備董事長、黨委書記劉濟東當時就強調，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品牌。

此外，電科裝備還是國產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)出了國內首臺擁有完全自主知識產權的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，已經批量應用于長電科技、通富微電、蘇州晶方等國內知名封測企業(yè)—;—;在高端封裝設備領域，電科裝備已經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線必須的300mm超薄晶圓減薄拋光一體機研發(fā)與產業(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線，技術水平在國內處于領先地位。