离子注入机：集成电路制造装备产业的核心关键

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。
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