集成電路產(chǎn)業(yè)是半導體產(chǎn)業(yè)的核心，也是大國博弈的戰(zhàn)略制高點。集成電路制造設備則是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎，其中，離子注入機與光刻機、刻蝕機和鍍膜設備并稱為芯片制造的四大核心工藝裝備。

2023年9月15日，青島四方思銳智能技術有限公司（以下簡稱“思銳智能”）成功推出的國內(nèi)首臺能量達到8MeV（兆電子伏特）的高能離子注入機交付到國內(nèi)頭部企業(yè)，而這也意味著國產(chǎn)集成電路核心制造裝備實現(xiàn)了重大突破，不僅填補了國內(nèi)空白，也打破了西方國家的技術封鎖，開啟了國產(chǎn)高能離子注入機的自主可控的新征程。

思銳智能高能離子注入機

高能離子注入機實現(xiàn)國產(chǎn)化替代

如今，我們已經(jīng)很難想象，生活中如果沒有智能手機、電腦等電子設備，會變成什么樣子。這些電子設備的核心部件是芯片，也就是集成電路。而幾乎所有集成電路的生產(chǎn)，都要用到離子注入工藝進行摻雜。

占地48平方米，重達38噸，從外觀上看，思銳智能高能離子注入機就像是一臺工業(yè)車間里普通的大型生產(chǎn)裝備。這臺看似普通的機器，正是集成電路的核心制造裝備。

“在芯片制造過程中，需要摻入不同種類的元素來改變材料的電性能，離子注入機就是執(zhí)行這一摻雜工藝的芯片制造關鍵設備，其技術難度僅次于光刻機?！彼间J智能董事長聶翔解釋。

調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2022年全球半導體離子注入設備的市場規(guī)模為206億元，預計2023年增至211億元；而2022年中國大陸的離子注入設備市場規(guī)模為66億元，預計2023年有望增至74億元，增速高于全球平均值。

在如此巨大的市場規(guī)模之下，離子注入機的國產(chǎn)化率卻不超過5%，離子注入機中難度最高的機型高能離子注入機的國產(chǎn)化進程幾乎為空白。

在國家高層次人才特殊支持計劃、山東省重大科技創(chuàng)新工程項目的支持下，思銳智能的研發(fā)團隊成功突破射頻加速技術，創(chuàng)新設計束流加速系統(tǒng)及主要控制部件，實現(xiàn)高離子束的能量注入，成功推出國內(nèi)首臺能量達到8MeV的高能離子注入機，實現(xiàn)了高能離子注入機的國產(chǎn)化替代，整體技術達到國內(nèi)領先、國際先進水平。

不同型號離子注入機應用范圍

微米級的深度注入摻雜

離子注入是半導體器件和集成電路生產(chǎn)的關鍵工藝之一，其提供的高精度和高均勻性可以大幅度提高集成電路的成品率。離子注入機通常分為高能離子注入機（HEI）、低能大束流離子注入機（HCI）和中束流離子注入機（MCI）三種類型。其中，高能離子注入機是技術難度最大，經(jīng)濟附加值最高的機型。

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國已經(jīng)初步實現(xiàn)了低能大束流和中束流離子注入機的研制，但是技術難度最高的高能離子注入機被美國應用材料、美國亞舍立、日本住友等企業(yè)壟斷。此前，國內(nèi)集成電路用高能離子注入機處于研發(fā)階段，且最高能量僅達到4.5MeV，無法滿足超高靈敏CIS圖像傳感器等高性能器件的需求。

CIS芯片，即圖像傳感器芯片，是相機、手機、平板電腦等電子產(chǎn)品中不可或缺的核心組件?！俺哽`敏CIS圖像傳感器等高性能器件，在摻雜工藝上必須具備能量達到8MeV的高能離子注入。”聶翔說。

能量達到8MeV意味著什么？

高能離子注入機可以將離子能量提升到百萬電子伏特級，需要十數(shù)個射頻加速系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，涉及幾十個聯(lián)調(diào)參數(shù)，最終實現(xiàn)微米級的深度注入摻雜，從而應用于功率器件、IGBT、CMOS圖像傳感器、5G射頻、邏輯芯片等集成電路主要器件的制備。

“十四五”末銷售產(chǎn)值將超10億元

實現(xiàn)技術的突破并非易事。思銳智能董事長聶翔曾在第十一屆（2023年）半導體設備材料與核心部件展示會（CSEAC）上介紹，為了應對離子注入機國產(chǎn)化的迫切需求，自2021年開始，該公司充分發(fā)揮整合海外技術資源優(yōu)勢，組建了一支海外技術研發(fā)專家與本土技術團隊相結合的核心技術團隊，開啟離子注入設備的研發(fā)攻關。

據(jù)悉，這支團隊中，碩博占比46%。核心團隊由長期從事集成電路裝備研發(fā)的中科院、清華大學、北京大學專家以及海外專家領銜。同時，思銳智能與歐洲IMEC、CEA/LETI、VTT/Micronova，浙江大學現(xiàn)代光學國家重點實驗室等多家世界頂尖公司及實驗室保持長期戰(zhàn)略合作關系，全面融入全球主流研發(fā)體系。

目前，思銳智能產(chǎn)品已在芯片制造頭部企業(yè)推廣應用，預計“十四五”末，思銳智能將具備年產(chǎn)50臺的規(guī)?；a(chǎn)能力，產(chǎn)值超10億元。該成果的成功研制也推動了我國集成電路制造設備的快速發(fā)展，有力保障了半導體產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控。

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