离子注入机有多重要？光刻机就等它了

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？

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。

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。