高能离子注入机：我国芯片制造核心关键装备再获突破

记者近日从中国电子科技集团采访获悉，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，性能达国际主流先进水平。这意味着在芯片自主研制的道路上，中国又攻克了一样受制多年的核心装备。

电科装备离子注入机总监张丛对人民网记者表示，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，并将为全球芯片制造企业提供离子注入机成套解决方案。

芯片国产化任重道远

据了解，在我国，每年的芯片进口额度超过了石油，在进口商品中位列第一。

根据国家海关数据统计，2018年，中国芯片进口总量为3120亿美元，占全球集成电路5千亿美元市场规模的60%左右。而同期，中国芯片的出口额仅为846亿美元。进出口差额巨大。

也就是说，世界上每生产5块芯片，中国就买走了3块。

业界普遍认为，在芯片领域，中国与国际先进水平相比差距巨大。其中又以产业基础的装备和材料差距最大。指令集、芯片设计EDA软件、芯片制造设备和材料……如果说，芯片的自主研发，是一场长期而持久的“硬仗”，那这每一个制造设备，都是一座亟待攻克的“城池”。

面对终端需求的快速更替和技术的快速迭代，“芯片国产化”已经成为国家未来长期重要的发展战略。

芯片制造的核心关键装备

据了解，离子注入机是芯片制造中至关重要的核心关键装备。

一直以来，我国离子注入机严重依赖外国，国产率极低，特别是百万伏高能离子注入机，研制难度极大。

芯片是高度集成的电路。手指甲盖大小的芯片里集成了上百亿的晶体管，其主要成分是硅，硅的导电性介于导体和绝缘体之间，因此也被称为半导体。

张丛告诉记者，在芯片制造过程中，需要掺入不同种类的元素以按预定方式改变材料的电性能，这些元素以带电离子的形式被加速至预定能量并注入至特定半导体材料中。这就是离子“注入”的过程。不同的注入剂量、注入角度、注入深度等都会影响芯片的性能、成品率和寿命，这一过程全靠离子注入机来控制。

“而高能离子注入机，是离子注入机中技术难度最大的机型。”张丛对记者表示，长久以来，因其极大的研发难度和较高的行业竞争壁垒，被称为离子注入机领域的“珠穆朗玛峰”，是我国集成电路制造装备产业链上亟待攻克的关键一环。

同类公司全世界仅有6家

记者从中国电科了解到，目前世界范围内以集成电路领域离子注入机为主要业务的公司共有6家，除国内电科装备外，其它为美国AMAT/Varian和Axcelis，日本SMIT和Nissin，中国台湾地区AIBT。

集成电路领域离子注入机包括三种机型，大束流离子注入机、中束流离子注入机和高能离子注入机。

在上述6家主要集成电路领域离子注入机供应商中，美国AMAT/Varian和Axcelis、日本SMIT拥有全系列离子注入机产品；日本Nissin主要产品为中束流离子注入机，大束流正在研发之中；台湾AIBT只涉及大束流离子注入机产品业务；电科装备拥有大束流和中束流离子注入机产品，但高能离子注入机还在研发之中。

其中，Axcelis的前身为Eaton，在高能离子注入机领域占据了近乎垄断地位。

2020年底推出首台设备

电科装备是国家863和《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》重大专项接续支持的、目前国内唯一的集成电路领域离子注入机供应商，在离子注入机领域具有较好的技术积淀。此前，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。

其中，自主研发的中束流离子注入机产品较成熟，开始批量进入客户端，覆盖国内主要集成电路大生产线；大束流离子注入机已进入客户端，尚处于产业化初期。此外，公司还建立了符合SEMI标准要求的离子注入机产业化平台。

张丛透露，目前，高能离子注入机还在研发阶段，预计2020年底推出国内首台，2021年一季度进入客户端。

穿上防尘服，戴上口罩、手套，通过风淋系统，记者8月6日上午进入电科装备所属烁科中科信公司离子注入机组装厂房，现场感受在模块、模组、整机三级制造全新模式下的集成电路装备产业化速度。烁科中科信公司技术总监张丛告诉记者，上半年，中束流离子注入机实现批量销售，大束流离子注入机实现多台销售并具备产业化条件，高能离子注入机经过攻关有望于2021年上半年进行整机客户端验证，预计全年出货量有望实现翻番。

什么是离子注入机？烁科中科信快速产业化的密码又是什么呢？?

离子注入机是将特定种类离子以指定参数注入至特定材料中的一种设备，执行的是核心的掺杂工艺。半导体要做成器件，要改变电性能，必须掺入杂质，离子注入机就是执行掺杂工艺的标准设备。“每一个器件生产过程中，需要进行很多次离子注入，注入到器件不同的位置，注入的次数对于不同器件类型和工艺节点有差异，例如对于28nm逻辑器件，注入次数约为40次。”张丛介绍。

“作为一种集成电路高端装备，对它的生产组装过程自然是极为苛刻的，生产过程中精细、精准是基本要求。”一位正在进行模块性能测试的研发人员告诉记者。实际上，为保障生产过程的标准化，实现产业化转变，烁科中科信公司制定了所有模块模组标准作业指导书，建立了关键模块的过程控制卡，规范了设备布线布管及管线检查，给出了所有模块功能检测的标准和方法，统一了装配标准和检验标准，保证了机台装配的完整性及准确性。

研发团队还参照国际主流半导体设备厂家经验，建立模块、模组、整机三级制造模式，开发了主要模块和模组检测平台，搭建了完善的离子注入机工艺测试平台，实现三级制造模式下全程质量控制，整体生产运营效率大幅提升。

不仅追求产品质量，还要跑出产业化“加速度”。烁科中科信重新修订了科研生产任务计划管理制度，科学制定每个项目的研发生产计划节点。通过倒排工作计划，专人跟进，实施日晨会、周调度、月总结，建立项目制的配料方案，及时更新物料状态，每天定时更新项目模块模组物料的到货状态，安排配料小组准时配料到物料缓存区，在节约人力的同时保证生产计划的高效实施，保证了研发设计、物料采购、生产进度和客户交期严格可控。

经过十余年发展，烁科中科信紧跟市场需求步伐，逐步形成了具备集成电路全产业链覆盖能力的产品布局。其中，中束流离子注入机已经在12吋和8吋产线量产或demo验证超过数十台套，其工艺稳定性获得业内客户高度认可。大束流离子注入机已实现多台销售，正在陆续进入客户端。高能离子注入机首批两台设备预计于2021年一季度进入客户端。公司负责人介绍说，为提升响应速度，公司还组建了50人售后服务队伍，分布在北京、上海、武汉、无锡、合肥、重庆、长沙和西安等城市，全面对接客户需求，提供高品质高效率的产品服务。

高端集成电路制造装备是国之重器，张丛说，烁科中科信将继续着力提高关键核心技术创新能力，在集成电路大产线、三代半导体产线以及材料制备领域集中发力，大力推进离子注入机产业化进程，同时，瞄准高端，紧跟先进工艺发展，开展适用于更先进工艺节点的离子注入机的研发工作。