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近日,中国电子科技集团有限公司对外公布,旗下装备子公司北京中科信电子装备有限公司(下称“中科信”)已经成功实现等离子注入机全谱系产品国产化,工艺段覆盖至28nm,中国芯在国产化进程中又前进了一步。

为什么说离子注入机是芯片制造中的关键装备?等离子注入机全谱系产品国产化难在哪?

中国电科旗下电科装备科技人员对研制成功的离子注入机进行相关测试。图:中国电科

打好“基础”再谈成绩

在集成电路产业链中,先进技术节点的集成电路芯片通常需要70多道注入工序。其七大关键环节分别是扩散、光刻、刻蚀、离子注入、薄膜生长、抛光、金属化。离子注入就位于这条产业链的前端。

芯片是高度集成的电路,指甲盖大小的芯片中有上百亿个晶体管。而在芯片制造过程中,需要加入不同的元素以按预定的方式改变材料的导电性,而元素的注入即以离子的形式。

离子注入的过程就需要用到离子注入机,离子注入可对注入剂量、注入角度、注入深度、横向扩散等方面进行精确的控制,提高了电路的集成度、开启速度、成品率和寿命,降低了成本和功耗。

由于芯片尺寸的不断缩小,集成电路领域低能大束流离子注入机成为了行业的主流。据Gartner数据披露,大束流离子注入机占离子注入机市场总份额的61%,中低束流离子注入机和高能离子注入机分别占20%和18%。

据了解,中束流、大束流是指向硅片注入离子的效率,束流越大,每分钟注入的离子数越多。因此,大束流离子注入机具有很高的科技含量。

中科信突破的正式包括中束流、大束流、高能、特种应用及第三代半导体等离子注入机。

28纳米工艺节点对离子注入机提出了挑战。28纳米指的是集成电路芯片上的线宽,尺寸越小,技术难度越高。28纳米属于比较先进的工艺节点,线宽短,需要注入离子的深度也浅。离子注入机在注入离子的过程中,要将能量控制在很低的范围内,避免因为注入离子深度超标。

除了离子注入机本身的挑战,清洁度对离子注入机也是一个难题。

在芯片制造过程中,通常有70多道离子注入工序,如果每道工序都有杂质颗粒污染,产品质量就难以达标。因此,这种装备的注入能量要控制得很精准,还要在很多工艺技术上精益求精。

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电子科技集团旗下电科装备研制的国产化离子注入机 图:中国电科

全球仅6家厂商

其实,在2008年出台的“02专项”实现国产半导体设备从零到一的跨越,取得了显著阶段成果,包括服务全球的65-28nm先进制程工艺、高密度封装技术、30多种高端设备等。

根据SEMI的统计,2018年全球晶圆加工设备市场规模达到502亿美元,同比增长52%。根据中商产业研究院的统计,离子注入机占晶圆加工设备的比重大约为5%, 因此2018年用于晶圆制造的离子注入机全球市场规模达到了25亿美元。

《2020-2025年中国离子注入机行业市场运营现状及投资方向研究报告》提到,离子注入设备全球市场规模16亿美元,半导体离子注入设备在整个半导体设备支出占比大约为3%。

据了解,全球离子注入机的领先企业主要分布在中国、美国和日本。其中,中国大陆拥有凯世通和中科信两家离子注入机行业的龙头企业。凯世通在光伏离子注入机方面遥遥领先。而美国则拥有近乎垄断IC离子注入机市场的应用材料,以及汉辰科技、Axcelis、intevac等企业。日本也拥有日新、日本真空、住友重工等离子注入机知名厂商。

目前,离子注入机进入了7nm,国内28nm离国际先进水平还有两三代的差距。目前全球仅有6家厂商能提供离子注入机。

集成电路流程中,光刻胶、离子注入、硅片、蚀刻、封装、测试都已进入28nm,

光刻机,就差你了。

END

主编|张郁 编辑|钱馨瑶

校对|谷红欣 视觉|高梦洁