碳化硅在制程上，大部分設(shè)備與傳統(tǒng)硅生產(chǎn)線相同，但由于碳化硅具有硬度高等特性，需要一些特殊的生產(chǎn)設(shè)備，如高溫離子注入機(jī)、碳膜濺射儀、量產(chǎn)型高溫退火爐等，其中是否具備高溫離子注入機(jī)是衡量碳化硅生產(chǎn)線的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。

離子注入機(jī)是芯片制造中的關(guān)鍵裝備。在芯片制造過程中，需要摻入不同種類的元素按預(yù)定方式改變材料的電性能，這些元素以帶電離子的形式被加速至預(yù)定能量并注入至特定半導(dǎo)體材料中，離子注入機(jī)就是執(zhí)行這一摻雜工藝的芯片制造設(shè)備。


晶圓制造七大關(guān)鍵環(huán)節(jié)

在晶圓制造過程當(dāng)中，總共有七大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分別是擴(kuò)散(Thermal Process)、光刻(Photo- lithography)、刻蝕(Etch)、離子注入(Ion Implant)、薄膜生長(zhǎng)(Dielectric Deposition)、拋光(CMP，即化學(xué)機(jī)械拋光)、金屬化(Metalization)。與之對(duì)應(yīng)的七大類的生產(chǎn)設(shè)備包括：擴(kuò)散爐、光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、離子注入機(jī)、薄膜沉積設(shè)備（包括PECVD、LPCVD、ALD等）、化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)、清洗機(jī)。

離子注入機(jī)是芯片制造中的關(guān)鍵裝備。在芯片制造過程中，需要摻入不同種類的元素按預(yù)定方式改變材料的電性能，這些元素以帶電離子的形式被加速至預(yù)定能量并注入至特定半導(dǎo)體材料中，離子注入機(jī)就是執(zhí)行這一摻雜工藝的芯片制造設(shè)備。

離子注入機(jī)由離子源、離子引入和質(zhì)量分析器、加速管、掃描系統(tǒng)和工藝腔組成，可以根據(jù)實(shí)際需要省去次要部位。離子源是離子注入機(jī)的主要部位，作用是把需要注入的元素氣態(tài)粒子電離成離子，決定要注入離子的種類和束流強(qiáng)度。離子源直流放電或高頻放電產(chǎn)生的電子作為轟擊粒子，當(dāng)外來(lái)電子的能量高于原子的電離電位時(shí)，通過碰撞使元素發(fā)生電離。碰撞后除了原始電子外，還出現(xiàn)正電子和二次電子。正離子進(jìn)入質(zhì)量分析器選出需要的離子，再經(jīng)過加速器獲得較高能量，由四級(jí)透鏡聚焦后進(jìn)入靶室，進(jìn)行離子注入。

而根據(jù)能量范圍和注入劑量范圍的不同，常用的生產(chǎn)型離子注入機(jī)主要分為三種類型：低能大束流注入機(jī)、中束流注入機(jī)和高能注入機(jī)。其中，高能離子注入機(jī)的能量范圍需要高達(dá)幾MeV（百萬(wàn)電子伏特），是離子注入機(jī)中技術(shù)難度最大的機(jī)型。


該領(lǐng)域一個(gè)能打的都沒有

離子注入是一種半導(dǎo)體材料的摻雜技術(shù)，具有低溫?fù)诫s、精確的劑量控制、掩蔽容易、均勻性好等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)離子注入摻雜所制成的幾十種半導(dǎo)體器件和集成電路擁有速度快、功耗低、穩(wěn)定性好、成品率高等特點(diǎn)。對(duì)于大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路來(lái)說，離子注入是一種理想的摻雜工藝。

根據(jù)離子束電流和束流能量范圍，離子注入機(jī)可分為三大類，分別是中低束流離子注入機(jī)、低能大束流離子注入機(jī)、高能離子注入機(jī)。低能大束流離子注入機(jī)通常掃描硅片超淺源漏區(qū)注入的超低能束流，被應(yīng)用于邏輯芯片、DRAM、3D存儲(chǔ)器和CMOS圖像傳感器制造中；高能離子注入機(jī)流能量超過200keV，最高達(dá)到幾個(gè)MeV向溝槽或厚氧化層下面注入雜質(zhì)能形成倒摻雜阱和埋層，較多應(yīng)用在功率器件、IGBT、CMOS圖像傳感器、5G射頻、邏輯芯片等器件制備過程中。

“離子注入機(jī)的技術(shù)壁壘主要有三點(diǎn)：一是角度控制，注入角度精度±0.1°，隨著制程的縮小，對(duì)注入角度要求更高;二是劑量控制，即對(duì)均勻性、濃度的控制要求高;三是能量控制，要求能量控制在±1%。”賽迪工業(yè)和信息化研究院(集團(tuán))四川有限公司平臺(tái)運(yùn)營(yíng)部兼產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新小組經(jīng)理、高級(jí)工程師池憲念表示。

青島四方思銳智能技術(shù)有限公司董事長(zhǎng)聶翔表示：“離子注入機(jī)整個(gè)工藝路線極為復(fù)雜，涉及十幾個(gè)學(xué)科的知識(shí)范疇，并且系統(tǒng)間互相耦合，因此，其制造難度僅次于光刻機(jī)，本土化率遠(yuǎn)低于去膠機(jī)、刻蝕設(shè)備、薄膜沉積設(shè)備等環(huán)節(jié)。”


國(guó)產(chǎn)實(shí)現(xiàn)28nm工藝全覆蓋

過去，離子注入機(jī)的國(guó)產(chǎn)化率較低，大部分的離子注入機(jī)市場(chǎng)被 Applied Materials、Axcelis、SEN、AIBT 等國(guó)際品牌壟斷。特別是在高能離子注入機(jī)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)之前一直是空白。

直到2020年6月，電科裝備在高能離子注入機(jī)上實(shí)現(xiàn)了突破，打破了國(guó)外廠商的壟斷，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。在此之前，電科裝備在離子注入機(jī)領(lǐng)域已連續(xù)突破中束流、大束流、特種應(yīng)用及第三代半導(dǎo)體等離子注入機(jī)產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化難題，產(chǎn)品廣泛服務(wù)于全球知名芯片制造企業(yè)。

2021年3月，中國(guó)電子科技集團(tuán)對(duì)外宣布，電科裝備攻克系列“卡脖子”技術(shù)，已成功實(shí)現(xiàn)離子注入機(jī)全譜系產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化，包括中束流、大束流、高能、特種應(yīng)用及第三代半導(dǎo)體等離子注入機(jī)，工藝段覆蓋至28nm，為我國(guó)芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈補(bǔ)上重要一環(huán)，為全球芯片制造企業(yè)提供離子注入機(jī)一站式解決方案。

此次，中國(guó)電子科技集團(tuán)宣布電科裝備已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)離子注入機(jī)28納米工藝制程全覆蓋，將有力保障我國(guó)集成電路制造行業(yè)在成熟制程領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)安全。

當(dāng)前，28納米是芯片應(yīng)用領(lǐng)域中覆蓋面最廣的成熟制程。據(jù)介紹，電科裝備連續(xù)突破光路、控制、軟件等關(guān)鍵模塊的核心技術(shù)，形成中束流、大束流、高能及第三代半導(dǎo)體等全系列離子注入機(jī)產(chǎn)品格局，實(shí)現(xiàn)了28納米工藝制程全覆蓋，切實(shí)保障國(guó)產(chǎn)芯片生產(chǎn)制造。

作為國(guó)內(nèi)最早從事離子注入設(shè)備研制及產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，電科裝備已具備從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到量產(chǎn)應(yīng)用的完整研制體系，產(chǎn)品涵蓋邏輯器件、存儲(chǔ)器件、功率器件、傳感器等工藝器件，百臺(tái)設(shè)備廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各大集成電路先進(jìn)產(chǎn)線，累計(jì)流片2000萬(wàn)片，有力提升我國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和安全水平。