半導(dǎo)體領(lǐng)域不為人知的勝仗

Insigne

2020年12月29日，一場被媒體冠以“美國半導(dǎo)體企業(yè)剽竊中國技術(shù)”名號的官司，在中國香港打響。

對，你沒看錯，是美國“剽竊”中國技術(shù)，而且是半導(dǎo)體技術(shù)。

官司的發(fā)起方是國內(nèi)離子注入機的龍頭——凱世通，被告則是美國的AIBT。

后者可不是什么名不見經(jīng)傳的野雞小公司，而是當前的行業(yè)全球第三。

而官司的起因，據(jù)公開報道，是AIBT向凱世通購買了先進離子注入機的技術(shù)，并且協(xié)定在3年內(nèi)必須從凱世通購買設(shè)備組件。

但是AIBT卻直接逾越凱世通，與上游零部件供應(yīng)商簽訂單。凱世通在針對此違約事項與AIBT多次主動溝通無果后，向其正式提起訴訟。

從正式內(nèi)容來看，媒體的報道有些許錯誤。

因為AIBT已經(jīng)被中國臺灣企業(yè)漢民集團收購，總部也搬到了臺灣，不是“美國企業(yè)”。

另外從性質(zhì)上看，“剽竊”這個詞也不太恰當。當然，侵犯知識版權(quán)的事是板上釘釘?shù)摹?/font>

AIBT剛發(fā)布的新一代離子注入設(shè)備，也因此面臨著停產(chǎn)等風險。

可能有人會問，國產(chǎn)離子注入機已經(jīng)這么強了 ?

但可能更多人想問，離子注入機是什么?

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芯片制造可以分為10個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，分別是氧化、涂膠、光刻、蝕刻、離子注入、物理氣相沉淀、化學氣相沉淀、拋光、晶圓檢測、清洗。

離子注入是必不可少的環(huán)節(jié)，可以簡單理解成，向純凈的單晶硅片里摻雜一些雜質(zhì)。

可能有人很奇怪，千辛萬苦把沙子做成99.999999999%的純硅片，為什么又要往硅片里摻雜質(zhì)?

回答這個問題，首先要厘清半導(dǎo)體的概念。

雖然在現(xiàn)在的大眾語境下，半導(dǎo)體基本被等同于集成電路，“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)”等同于芯片產(chǎn)業(yè)，但從原義上說，半導(dǎo)體實際上指的是一大類物質(zhì)，即常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。

眾所周知，身邊那些通常情況下不導(dǎo)電的物質(zhì)，比如橡膠、玻璃、陶瓷等，我們都稱之為絕緣體;而金、銀、銅、鐵等金屬物質(zhì)則是導(dǎo)電的，稱為導(dǎo)體，可以簡單地把介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料稱為半導(dǎo)體。

半導(dǎo)體之所以有用，就是因為它的這種介乎導(dǎo)電與不導(dǎo)電之間的性質(zhì)。

但問題在于，純凈的硅在室溫下，導(dǎo)電率是很小的，接近于絕緣體。同時，一整片的硅片也無法控制其電流走向，所以要在特定的地方摻入雜質(zhì)，改變其導(dǎo)電率和導(dǎo)電性質(zhì)。

簡單類比一下，光刻機相當是在晶圓上“畫出”電路圖，刻蝕機則是把畫好的電路圖“雕刻”出來，而摻進雜質(zhì)則是讓這些雕刻好的圖案變成能導(dǎo)電的“電路”。

過去，讓硅片摻入雜質(zhì)通常采用的是擴散工藝，也就是將需要的雜質(zhì)和硅片一起放在高溫環(huán)境中，利用粒子從濃度高處移向濃度低處的原理，使雜質(zhì)自然擴散到硅片中。

但隨著芯片制程工藝不斷上升，集成度越來越高，尺寸越來越小，雜質(zhì)在硅片中擴散的濃度、深度和分布范圍都需要更精確地控制，所以小尺寸的芯片現(xiàn)在都采用離子注入工藝。

相比于擴散，離子注入的優(yōu)點有很多，包括可以精確控制摻雜濃度和摻雜深度、可以獲得任意的雜質(zhì)分布、雜質(zhì)濃度的均勻性和重復(fù)性好、摻雜溫度低、沾污少、無固溶度極限。

可以說，離子注入的技術(shù)高低，決定了芯片上器件成型后的性能強弱。

2020年，全球集成電路離子注入機市場規(guī)模僅18億美元左右，在晶圓制造工藝設(shè)備市場中占比只在3%左右，但卻與光刻機、刻蝕機和鍍膜機并稱四大核心裝備，正是因為其重要性。

前面提到，離子注入有許多優(yōu)點，但其缺點也非常顯著，首先是用高能雜質(zhì)離子轟擊硅片，如果控制不好，可能會使硅片晶格產(chǎn)生損傷，甚至失去晶體特性。另一個缺點對于我國更加顯著，那就是晶體注入需要非常復(fù)雜且昂貴的機器，技術(shù)門檻很高。

總的來說，離子注入機包括離子源、離子引入和質(zhì)量分析器、加速管、掃描系統(tǒng)和工藝腔5個部分組成。

雖然看上去只有“區(qū)區(qū)”5部分，但是僅離子源就包括了下面這么多東西，整個系統(tǒng)的復(fù)雜程度可想而知。

系統(tǒng)復(fù)雜還在其次，其內(nèi)部運作的工序也十分繁瑣，蘊藏大量難點，比如晶片在不同機器間傳遞容易碎裂、束流穩(wěn)定性不足、離子源壽命不足、冷卻達不到指標、晶片可能被擊穿等等，對機器技術(shù)指標有極高要求。

過往，這個領(lǐng)域處于美國絕對壟斷之下。

其中應(yīng)用材料公司1家就占去了70%的市場份額，其次為Axcelis(亞克士)，占據(jù)了近20%的市場份額。

根據(jù)不同的用途，離子注入機又按照不同的能量和束流指標，分為低能大束流離子注入機、高能離子注入機和中低束離子注入機。

在芯片制程越來越小的情況下，離子注入的深度要求也在相應(yīng)減少，用于淺層摻雜的低能大束流離子機越發(fā)成為主流。

據(jù)Gartner數(shù)據(jù)披露，低能大束流離子注入機占離子注入機市場總份額的61%，中低束流離子注入機和高能離子注入機分別占20%和18%。

在這個細分市場，壟斷程度更高。目前用量最大的低能大束流離子注入機主要由3家龍頭企業(yè)掌控，包括市占率40%的應(yīng)用材料、市占率32%的Axcelis。

還有就是我們開頭提到的AIBT，市占率也有25%。

這么一家業(yè)內(nèi)數(shù)得上號的巨頭，為什么會陷入“剽竊”中國技術(shù)的風波?

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有意思的是，這輪訴訟中的2家公司，其實頗有淵源。

以陳炯為首的凱世通5位創(chuàng)始人，實際上也是AIBT的創(chuàng)始團隊，全部是世界一流的離子注入設(shè)備專家。陳炯還是AIBT的首席技術(shù)官，技術(shù)實力相當扎實。

1999年公司成立后，正是在陳炯的帶領(lǐng)下，AIBT成功開發(fā)了2代大束流離子注入機，打入集成電路制造廠商的28nm關(guān)鍵制程。

2009年，中國“02專項”調(diào)研組在硅谷找到了陳炯。

關(guān)于02專項，我們的文章之前已經(jīng)做了詳細介紹。

簡單來說，國家在2006年提出了一項立足于未來15年，扶持高科技領(lǐng)域16個重大專項發(fā)展的規(guī)劃，也就是《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006--2020年)》。

關(guān)于芯片制造的“極大規(guī)模集成電路制造技術(shù)及成套工藝”項目就排在第2位，因此行業(yè)內(nèi)將之稱為“02專項”，包括光刻機、蝕刻機、離子注入機等都包含其中。

國家高瞻遠矚的鼎力支持，加上國內(nèi)經(jīng)濟建設(shè)如火如荼，給半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的前景提供了無限想象空間，陳炯團隊當即決定，回國發(fā)展，“大家從頭開始，打造一個屬于中國的高端裝備品牌”。

顯然，在技術(shù)上，這對他們來說并不難。從結(jié)果來看確實如此，能夠反過來對外出售技術(shù)就是明證。

不過在一開始，他們的起步并不順利。

在國際形勢還不嚴峻的情況下，國內(nèi)外半導(dǎo)體廠商優(yōu)先選擇的是國外設(shè)備。這種技術(shù)密集的行業(yè)，先發(fā)優(yōu)勢極難動搖。

因此凱世通成立后，只能先從離子注入機的零部件入手，并且舍棄了創(chuàng)始團隊擅長的集成電路領(lǐng)域，轉(zhuǎn)戰(zhàn)技術(shù)相通，但是應(yīng)用還是空白的光伏離子注入機市場，并且在這個市場做到了全球第1。

借著光伏的東風大獲成功后，適逢國內(nèi)集成電路領(lǐng)域“國產(chǎn)替代”的熱度升起，凱世通又適時轉(zhuǎn)回自己的“老本行”。

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院2020年的數(shù)據(jù)，國內(nèi)離子注入設(shè)備市場規(guī)模為44.5億元，其中集成電路領(lǐng)域規(guī)模達43.2億元，絕大多數(shù)份額還屬于應(yīng)用材料、Axcelis、AIBT這3家巨頭。

然而在那之后，國內(nèi)設(shè)備商迅速突破。

首先是“國家隊”。作為央企中電科旗下專門負責離子注入機攻關(guān)的子公司，中科信在2021年宣布，已經(jīng)成功實現(xiàn)離子注入機全譜系產(chǎn)品國產(chǎn)化，可為全球芯片制造企業(yè)提供離子注入機一站式解決方案，工藝段覆蓋至28nm。

實際上在更早的2018年，其28nm的產(chǎn)品已經(jīng)進入中芯國際生產(chǎn)線。2020年6月15日，其12英寸中束流離子注入機順利搬入集成電路大產(chǎn)線。

相較而言，作為民企代表的凱世通技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化水平似乎更勝一籌。

在業(yè)務(wù)上，凱世通是全球唯一一家全領(lǐng)域離子注入設(shè)備都覆蓋的公司，包括光伏、芯片、AMOLED、IGBT等等的離子注入機，他們都有業(yè)務(wù)。

2020 年凱世通獲得多個不同類型的 12 英寸低能大束流離子注入機和高能離子注入機訂單，集成電路離子注入機產(chǎn)品已進入客戶驗證階段。

2021年，凱世通自主研發(fā)的首臺低能大束流離子注入機和高能離子注入機，相繼通過國內(nèi)主流12英寸晶圓廠的驗證和驗收。

從其公布的技術(shù)指標上看，其低能大束流離子注入機所覆蓋的特征線寬、注入能量、注入劑量、最大產(chǎn)能等指標與國外主流同類產(chǎn)品已經(jīng)基本相同，并且注入束流能達到國外主流產(chǎn)品的將近2倍。

此外，今年7月，其母公司萬業(yè)企業(yè)在回應(yīng)投資者提問時透露，凱世通超越7nm離子注入平臺已通過客戶驗證并取得驗收。

還有消息稱，其集成電路離子注入機已突破3nm工藝，其主要參數(shù)均優(yōu)于國外主流同類產(chǎn)品。

對于未來，根據(jù)《中國制造2025》的規(guī)劃，2025年半導(dǎo)體核心基礎(chǔ)零部件、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料應(yīng)實現(xiàn)70%的自主保障，這是一個巨大的空間。

盡管目前國內(nèi)技術(shù)水平還比較落后，但巨大的蛋糕勢必成為本土企業(yè)突圍的動力。

前瞻網(wǎng)

老鷹

未來十年，決定中國命運。關(guān)鍵是芯片，還有操作系統(tǒng)。西方現(xiàn)在也是有點著急了。

hxglty

國內(nèi)的技術(shù)是非常落后，就是封測和設(shè)計有點進步，其它都是忽悠

xiaoyan.ren

看得驚心動魄！一場艱難的戰(zhàn)役！