月30日消息，據(jù)新華社報(bào)道，中國電子科技集團(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)百萬電子伏特高能離子加速，性能達(dá)到國際先進(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、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(dǎo)體連接起來，用到的設(shè)備也是薄膜生長設(shè)備，所以這兩個環(huán)節(jié)所用到的設(shè)備是類似的。另外，幾乎每個環(huán)節(jié)都需要用到清洗機(jī)，因?yàn)樯a(chǎn)工藝越來越復(fù)雜，幾乎每一兩步就要對硅片進(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。
半導(dǎo)體材料的特性之一就是導(dǎo)電性和導(dǎo)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(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，離子注入是物理過程，也就是說注入動作不依賴于雜質(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(jìn)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(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，是離子注入機(jī)中技術(shù)難度最大的機(jī)型。
一直以來，離子注入機(jī)的國產(chǎn)化率非常低，大部分的離子注入機(jī)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(jī)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(jī)上的突破，可謂是打破了國外廠商的壟斷，填補(bǔ)了國內(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高能離子注入機(jī)，實(shí)現(xiàn)我國芯片制造領(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)有限公司是中國電子科技集團(tuán)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(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)了國家02專項(xiàng)后，電科裝備在離子注入機(jī)研發(fā)方面，一年邁上一個新臺階。實(shí)際上如果沒有國家02專項(xiàng)的支持，我國離子注入機(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)秀等級通過國家02專項(xiàng)實(shí)施管理辦公室組織的驗(yàn)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(yàn)證，這一年國產(chǎn)首臺中束流離子注入機(jī)率先實(shí)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(jī)已經(jīng)在中芯國際實(shí)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(shí)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(jī)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(shí)際產(chǎn)能計(jì)算，年產(chǎn)能為180萬片左右。
因此我們可以合理估計(jì)，在七大類設(shè)備中的離子注入機(jī)這塊，當(dāng)時中芯國際產(chǎn)線25%-30%左右已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了國產(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)也在中芯國際產(chǎn)線進(jìn)行驗(yàn)證通過。
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，年產(chǎn)能達(dá)50臺，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)在中芯國際12英寸生產(chǎn)線現(xiàn)場。
電科裝備董事長、黨委書記劉濟(jì)東當(dāng)時就強(qiáng)調(diào)，電科裝備自主研發(fā)的離子注入機(jī)打破了高端市場被美日壟斷的局面，打造了離子注入機(jī)國產(chǎn)品牌。
此外，電科裝備還是國產(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)出了國內(nèi)首臺擁有完全自主知識產(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)銷售2000余臺套，已經(jīng)批量應(yīng)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(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。同時研發(fā)了倒裝芯片鍵合機(jī)、全自動精密劃片機(jī)用于封裝產(chǎn)線，技術(shù)水平在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。