芯片制造关键设备再突破，离子注入机实现全谱系产品国产化

据新华网报道，中国电子科技集团有限公司于3月17日对外宣布，该集团旗下装备子集团攻克系列“卡脖子”技术，已成功实现离子注入机全谱系产品国产化，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，工艺段覆盖至28nm，为我国芯片制造产业链补上重要一环，为全球芯片制造企业提供离子注入机一站式解决方案。

在晶圆制造中，总共有七大关键环节，分别是扩散(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蚀(Etch)、离子注入(Ion Implant)、薄膜生长(Dielectric Deposition)、抛光(CMP，即化学机械抛光)、金属化(Metalization)。

晶圆制造需要七大类的生产设备，包括：扩散炉、光刻机、刻蚀机、离子注入机、薄膜沉积设备（包括PECVD、LPCVD、ALD等）、化学机械抛光机、清洗机。

半导体材料的特性之一就是导电性和导电类型（N 型和 P 型），这个能够通过在材料中掺入专门的杂质而被产生和控制，通过引入专门的掺杂物，形成使晶体管和二极管工作的 PN 结。这里主要有两种方式：采用离子注入或热扩散工艺，在晶圆表面形成PN结。

热扩散是指通过加热，将掺杂材料散布到晶圆体内，而现在离子注入已经逐渐取代了较老的热扩散工艺，并且在当今的小型和多种结构器件方面起作用，与热扩散不同，离子注入是物理过程，也就是说注入动作不依赖于杂质与晶圆材料的化学反应，意味着工艺在接近室温下可以进行，宽范围浓度的掺杂成为可能，并可以对晶圆内掺杂的位置和数量进行更好的控制，因此广泛应用于先进电路的掺杂步骤。而离子注入机就是实现这一步骤的关键设备。

离子注入机由离子源、离子引入和质量分析器、加速管、扫描系统和工艺腔组成，可以根据实际需要省去次要部位。离子源是离子注入机的主要部位，作用是把需要注入的元素气态粒子电离成离子，决定要注入离子的种类和束流强度。离子源直流放电或高频放电产生的电子作为轰击粒子，当外来电子的能量高于原子的电离电位时，通过碰撞使元素发生电离。碰撞后除了原始电子外，还出现正电子和二次电子。正离子进入质量分析器选出需要的离子，再经过加速器获得较高能量，由四级透镜聚焦后进入靶室，进行离子注入。

而根据能量范围和注入剂量范围的不同，常用的生产型离子注入机主要分为三种类型：低能大束流注入机、中束流注入机和高能注入机。

其中，高能离子注入机的能量范围需要高达几MeV（百万电子伏特），是离子注入机中技术难度最大的机型。

一直以来，离子注入机的国产化率较低，大部分的离子注入机市场被 Applied Materials、Axcelis、SEN、AIBT 等国际品牌垄断。特别是在高能离子注入机市场，国内之前一直是空白。

去年6月，中国电子科技集团有限公司旗下的中电科电子装备集团有限公司（简称“电科装备”）在高能离子注入机上实现了突破，可谓是打破了国外厂商的垄断，填补了国内的空白。

而在此之前，电科装备在离子注入机领域已连续突破中束流、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。

电科装备离子注入机总监张丛当时就曾表示，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，并为全球芯片制造企业提供离子注入机成套解决方案。

编辑：芯智讯-浪客剑