半导体领域不为人知的胜仗：又一个环节实现国产替代-凯发官网入口

2020年12月29日，一场被媒体冠以“美国半导体企业剽窃中国技术”名号的官司，在中国香港打响。

对，你没看错，是美国“剽窃”中国技术，而且是半导体技术。

官司的发起方是国内离子注入机的龙头——凯世通，被告则是美国的aibt。

后者可不是什么名不见经传的野鸡小公司，而是当前的行业全球第三。

而官司的起因，据公开报道，是aibt向凯世通购买了先进离子注入机的技术，并且协定在3年内必须从凯世通购买设备组件。

但是aibt却直接逾越凯世通，与上游零部件供应商签订单。凯世通在针对此违约事项与aibt多次主动沟通无果后，向其正式提起诉讼。

从正式内容来看，媒体的报道有些许错误。

因为aibt已经被中国台湾企业汉民集团收购，总部也搬到了台湾，不是“美国企业”。

另外从性质上看，“剽窃”这个词也不太恰当。当然，侵犯知识凯发官网入口的版权的事是板上钉钉的。

aibt刚发布的新一代离子注入设备，也因此面临着停产等风险。

可能有人会问，国产离子注入机已经这么强了 ?

但可能更多人想问，离子注入机是什么?

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芯片制造可以分为10个关键环节，分别是氧化、涂胶、光刻、蚀刻、离子注入、物理气相沉淀、化学气相沉淀、抛光、晶圆检测、清洗。

离子注入是必不可少的环节，可以简单理解成，向纯净的单晶硅片里掺杂一些杂质。

可能有人很奇怪，千辛万苦把沙子做成99.999999999%的纯硅片，为什么又要往硅片里掺杂质?

回答这个问题，首先要厘清半导体的概念。

虽然在现在的大众语境下，半导体基本被等同于集成电路，“半导体产业”等同于芯片产业，但从原义上说，半导体实际上指的是一大类物质，即常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

众所周知，身边那些通常情况下不导电的物质，比如橡胶、玻璃、陶瓷等，我们都称之为绝缘体;而金、银、铜、铁等金属物质则是导电的，称为导体，可以简单地把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。

半导体之所以有用，就是因为它的这种介乎导电与不导电之间的性质。

但问题在于，纯净的硅在室温下，导电率是很小的，接近于绝缘体。同时，一整片的硅片也无法控制其电流走向，所以要在特定的地方掺入杂质，改变其导电率和导电性质。

简单类比一下，光刻机相当是在晶圆上“画出”电路图，刻蚀机则是把画好的电路图“雕刻”出来，而掺进杂质则是让这些雕刻好的图案变成能导电的“电路”。

过去，让硅片掺入杂质通常采用的是扩散工艺，也就是将需要的杂质和硅片一起放在高温环境中，利用粒子从浓度高处移向浓度低处的原理，使杂质自然扩散到硅片中。

但随着芯片制程工艺不断上升，集成度越来越高，尺寸越来越小，杂质在硅片中扩散的浓度、深度和分布范围都需要更精确地控制，所以小尺寸的芯片现在都采用离子注入工艺。

相比于扩散，离子注入的优点有很多，包括可以精确控制掺杂浓度和掺杂深度、可以获得任意的杂质分布、杂质浓度的均匀性和重复性好、掺杂温度低、沾污少、无固溶度极限。

可以说，离子注入的技术高低，决定了芯片上器件成型后的性能强弱。

2020年，全球集成电路离子注入机市场规模仅18亿美元左右，在晶圆制造工艺设备市场中占比只在3%左右，但却与光刻机、刻蚀机和镀膜机并称四大核心装备，正是因为其重要性。

前面提到，离子注入有许多优点，但其缺点也非常显著，首先是用高能杂质离子轰击硅片，如果控制不好，可能会使硅片晶格产生损伤，甚至失去晶体特性。另一个缺点对于我国更加显著，那就是晶体注入需要非常复杂且昂贵的机器，技术门槛很高。

总的来说，离子注入机包括离子源、离子引入和质量分析器、加速管、扫描系统和工艺腔5个部分组成。

虽然看上去只有“区区”5部分，但是仅离子源就包括了下面这么多东西，整个系统的复杂程度可想而知。

系统复杂还在其次，其内部运作的工序也十分繁琐，蕴藏大量难点，比如晶片在不同机器间传递容易碎裂、束流稳定性不足、离子源寿命不足、冷却达不到指标、晶片可能被击穿等等，对机器技术指标有极高要求。

过往，这个领域处于美国绝对垄断之下。

其中应用材料公司1家就占去了70%的市场份额，其次为axcelis(亚克士)，占据了近20%的市场份额。

根据不同的用途，离子注入机又按照不同的能量和束流指标，分为低能大束流离子注入机、高能离子注入机和中低束离子注入机。

在芯片制程越来越小的情况下，离子注入的深度要求也在相应减少，用于浅层掺杂的低能大束流离子机越发成为主流。

据gartner数据披露，低能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%。

在这个细分市场，垄断程度更高。目前用量最大的低能大束流离子注入机主要由3家龙头企业掌控，包括市占率40%的应用材料、市占率32%的axcelis。

还有就是我们开头提到的aibt，市占率也有25%。

这么一家业内数得上号的巨头，为什么会陷入“剽窃”中国技术的风波?

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有意思的是，这轮诉讼中的2家公司，其实颇有渊源。

以陈炯为首的凯世通5位创始人，实际上也是aibt的创始团队，全部是世界一流的离子注入设备专家。陈炯还是aibt的首席技术官，技术实力相当扎实。

1999年公司成立后，正是在陈炯的带领下，aibt成功开发了2代大束流离子注入机，打入集成电路制造厂商的28nm关键制程。

2009年，中国“02专项”调研组在硅谷找到了陈炯。

关于02专项，我们的文章之前已经做了详细介绍。

简单来说，国家在2006年提出了一项立足于未来15年，扶持高科技领域16个重大专项发展的规划，也就是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006--2020年)》。

关于芯片制造的“极大规模集成电路制造技术及成套工艺”项目就排在第2位，因此行业内将之称为“02专项”，包括光刻机、蚀刻机、离子注入机等都包含其中。

国家高瞻远瞩的鼎力支持，加上国内经济建设如火如荼，给半导体产业的前景提供了无限想象空间，陈炯团队当即决定，回国发展，“大家从头开始，打造一个属于中国的高端装备品牌”。

显然，在技术上，这对他们来说并不难。从结果来看确实如此，能够反过来对外出售技术就是明证。

不过在一开始，他们的起步并不顺利。

在国际形势还不严峻的情况下，国内外半导体厂商优先选择的是国外设备。这种技术密集的行业，先发优势极难动摇。

因此凯世通成立后，只能先从离子注入机的零部件入手，并且舍弃了创始团队擅长的集成电路领域，转战技术相通，但是应用还是空白的光伏离子注入机市场，并且在这个市场做到了全球第1。

借着光伏的东风大获成功后，适逢国内集成电路领域“国产替代”的热度升起，凯世通又适时转回自己的“老本行”。

根据前瞻产业研究院2020年的数据，国内离子注入设备市场规模为44.5亿元，其中集成电路领域规模达43.2亿元，绝大多数份额还属于应用材料、axcelis、aibt这3家巨头。

然而在那之后，国内设备商迅速突破。

首先是“国家队”。作为央企中电科旗下专门负责离子注入机攻关的子公司，中科信在2021年宣布，已经成功实现离子注入机全谱系产品国产化，可为全球芯片制造企业提供离子注入机一站式凯发官网入口的解决方案，工艺段覆盖至28nm。

实际上在更早的2018年，其28nm的产品已经进入中芯国际生产线。2020年6月15日，其12英寸中束流离子注入机顺利搬入集成电路大产线。

相较而言，作为民企代表的凯世通技术和产业化水平似乎更胜一筹。

在业务上，凯世通是全球唯一一家全领域离子注入设备都覆盖的公司，包括光伏、芯片、amoled、igbt等等的离子注入机，他们都有业务。

2020 年凯世通获得多个不同类型的 12 英寸低能大束流离子注入机和高能离子注入机订单，集成电路离子注入机产品已进入客户验证阶段。

2021年，凯世通自主研发的首台低能大束流离子注入机和高能离子注入机，相继通过国内主流12英寸晶圆厂的验证和验收。

从其公布的技术指标上看，其低能大束流离子注入机所覆盖的特征线宽、注入能量、注入剂量、最大产能等指标与国外主流同类产品已经基本相同，并且注入束流能达到国外主流产品的将近2倍。

此外，今年7月，其母公司万业企业在回应投资者提问时透露，凯世通超越7nm离子注入平台已通过客户验证并取得验收。

还有消息称，其集成电路离子注入机已突破3nm工艺，其主要参数均优于国外主流同类产品。

对于未来，根据《中国制造2025》的规划，2025年半导体核心基础零部件、关键基础材料应实现70%的自主保障，这是一个巨大的空间。

尽管目前国内技术水平还比较落后，但巨大的蛋糕势必成为本土企业突围的动力。

前瞻经济学人app 产业观察组

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[1]《》，前瞻产业研究院

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