新年伊始，位于中德智造谷的青岛四方思锐智能技术有限公司（以下简称“思锐智能”）就加足了生产线马力，开展高能离子注入机规模生产和组装工作。
去年，思锐智能成功研制出了国内首台能量达到8MeV（兆电子伏特）的高能离子注入机并成功交付国内头部企业，这意味着国产集成电路核心制造装备实现了重大突破，不仅填补了国内空白，也打破了西方国家的技术封锁，开启了国产高能离子注入机的自主可控新征程，为集成电路产业高质量发展增添了设备支撑力。
以科技创新引领推进新型工业化，目前，思锐智能的产品已在芯片制造头部企业推广应用，预计到“十四五”末将具备年产50台的规模化生产能力，产值超10亿元。该成果有效推动了我国集成电路制造设备的快速发展，有力保障了半导体产业链的自主可控。
实现高能离子注入机的国产化替代
如今，我们的生活已经离不开智能手机、电脑等电子设备。这些电子设备的核心部件都是芯片，也就是集成电路。集成电路产业是半导体产业的核心，也是大国博弈的战略制高点。集成电路制造设备则是集成电路产业发展的基础，其中，离子注入机与光刻机、刻蚀机和镀膜设备并称为芯片制造的四大核心工艺装备。
几乎所有集成电路的生产，都要用到离子注入工艺进行掺杂。离子注入是半导体器件和集成电路生产的关键工艺之一，可以大幅度提高集成电路的成品率，它以离子加速的方式将掺杂元素注入到半导体晶片内部，改变其导电特性并最终形成所需的器件结构。“在芯片制造过程中，需要掺入不同种类的元素来改变材料的电性能，离子注入机就是执行这一掺杂工艺的芯片制造关键设备，其技术难度仅次于光刻机。”思锐智能董事长聂翔解释。当前，离子注入作为掺杂工艺的主流技术正在半导体的众多细分领域中被广泛应用。
离子注入机通常分为高能离子注入机、低能大束流离子注入机和中束流离子注入机三种类型。其中，高能离子注入机是技术难度最大、经济附加值最高的机型。据半导体行业预测数据，2024年全球半导体离子注入设备市场规模可达245亿元，其中，中国大陆半导体离子注入设备市场规模约为86亿元。在如此巨大的市场规模之下，离子注入机的国产化率却不超过3%，离子注入机中难度最高的机型——高能离子注入机的国产化探索更是几乎空白。
在国家高层次人才特殊支持计划、山东省重大科技创新工程项目的支持下，思锐智能的研发团队成功突破高能加速技术，创新设计束流加速系统及主要控制部件，实现高能量离子注入，成功推出国内首台能量达到8MeV的高能离子注入机，实现了高能离子注入机的国产化替代，整体技术达到国内领先、国际先进水平。
占地48平方米、重达38吨，从外观上看，思锐智能高能离子注入机就像是一台工业车间里普通的大型生产装备。就是这台看似普通的机器，却是集成电路的核心制造装备，一度因国产化率为零制约着我国集成电路产业链的自主可控。
实现微米级的深度注入掺杂工艺
经过数十年的发展，我国已经初步实现了低能大束流和中束流离子注入机的研制，但是技术难度最高的高能离子注入机始终被海外企业垄断。这项工作不仅涉及多个学科的知识范畴，更是除光刻机以外，技术难度最大、国产化率最低的前道工艺设备，是机遇与挑战并存、等待全面攻克的难关之一。
此前，国内集成电路用高能离子注入机处于研发阶段，且最高能量仅达到4.5MeV，无法满足超高灵敏图像传感器等高性能器件的需求。“图像传感器芯片是相机、手机、平板电脑等电子产品中不可或缺的核心组件。超高灵敏图像传感器等高性能器件，在掺杂工艺上必须具备能量达到8MeV的高能离子注入。”聂翔说。
能量达到8MeV意味着什么？要求高能离子注入机将离子能量提升到近千万电子伏特级，需要十数个加速系统协调工作，涉及几十个联调参数，最终实现重离子微米级的深度注入掺杂，才能应用于功率器件、IGBT、CMOS图像传感器、5G射频、逻辑芯片等集成电路主要器件的制备。
实现技术的突破并非易事。聂翔介绍，为了满足离子注入机国产化的迫切需求，自2021年开始，该公司充分发挥整合海外技术资源优势，组建了一支海外技术研发专家与本土技术团队相结合的核心技术团队，开启离子注入设备的研发攻关。这支团队中，技术人员占比超过79%，硕博以上学历员工占比超过45%。核心团队由长期从事集成电路装备研发的中科院、清华大学、北京大学专家以及海外专家领衔。同时，思锐智能在青岛、北京、芬兰等多地设有研发中心，全面融入了全球主流研发体系。截至目前，思锐智能及其子公司共有专利数百项，其中发明专利占比超95%。
思锐智能以技术壁垒最高的高能离子注入机为切入点开展研发，解决国内高端离子注入机“卡脖子”问题，逐步完成硅基及化合物半导体领域全系列机型的布局。下一步，思锐智能将全面加速原子层沉积镀膜和离子注入“双主业”布局发展，强化科技创新主体地位，加快关键核心技术攻关，持续提高产品竞争力及技术创新能力，努力创造更多具有自主知识产权的创新成果，完善产品体系布局和产品落地，不断提升产业链供应链韧性和安全水平。（青岛日报/观海新闻记者 耿婷婷）
（作者：耿婷婷)
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