高能離子注入機(jī)國產(chǎn)化在青島實(shí)現(xiàn)新突破

規(guī)模生產(chǎn)和組裝工作加速，研制企業(yè)思銳智能為我國集成電路產(chǎn)業(yè)提供核心制造裝備

高能離子注入機(jī)。

新春伊始，位于中德智造谷的青島四方思銳智能技術(shù)有限公司（以下簡稱“思銳智能”）就加足生產(chǎn)線馬力，開展高能離子注入機(jī)規(guī)模生產(chǎn)和組裝工作。

去年，思銳智能成功研制出國內(nèi)首臺能量達(dá)到8MeV（兆電子伏特）的高能離子注入機(jī)并成功交付國內(nèi)頭部企業(yè)。這意味著國產(chǎn)集成電路核心制造裝備實(shí)現(xiàn)了重大突破，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，開啟了國產(chǎn)高能離子注入機(jī)的自主可控新征程，為集成電路產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展增添了設(shè)備支撐力。

以科技創(chuàng)新引領(lǐng)推進(jìn)新型工業(yè)化。目前，思銳智能的產(chǎn)品已在芯片制造頭部企業(yè)推廣應(yīng)用，預(yù)計(jì)到“十四五”末將具備年產(chǎn)50臺的規(guī)?；a(chǎn)能力，產(chǎn)值超10億元。該成果有效推動了我國集成電路制造設(shè)備的快速發(fā)展，有力保障了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控。

實(shí)現(xiàn)高能離子注入機(jī)的國產(chǎn)化替代

集成電路制造設(shè)備是集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，其中，離子注入機(jī)與光刻機(jī)、刻蝕機(jī)和鍍膜設(shè)備并稱為芯片制造的四大核心工藝裝備。

幾乎所有集成電路的生產(chǎn)，都要用到離子注入工藝進(jìn)行摻雜。離子注入是半導(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝之一，可以大幅度提高集成電路的成品率，它以離子加速的方式將摻雜元素注入半導(dǎo)體晶片內(nèi)部，改變其導(dǎo)電特性并最終形成所需的器件結(jié)構(gòu)?！霸谛酒圃爝^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(jī)就是執(zhí)行這一摻雜工藝的芯片制造關(guān)鍵設(shè)備，其技術(shù)難度僅次于光刻機(jī)。”思銳智能董事長聶翔解釋。當(dāng)前，離子注入作為摻雜工藝的主流技術(shù)正在半導(dǎo)體的眾多細(xì)分領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。

離子注入機(jī)通常分為高能離子注入機(jī)、低能大束流離子注入機(jī)和中束流離子注入機(jī)三種類型。其中，高能離子注入機(jī)是技術(shù)難度最大、經(jīng)濟(jì)附加值最高的機(jī)型。據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)預(yù)測數(shù)據(jù)，2024年全球半導(dǎo)體離子注入設(shè)備市場規(guī)?？蛇_(dá)245億元，其中，中國大陸半導(dǎo)體離子注入設(shè)備市場規(guī)模約為86億元。在如此巨大的市場規(guī)模之下，離子注入機(jī)的國產(chǎn)化率卻不超過3%，離子注入機(jī)中難度最高的機(jī)型——高能離子注入機(jī)的國產(chǎn)化探索更是幾乎空白。

在國家高層次人才特殊支持計(jì)劃、山東省重大科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目的支持下，思銳智能的研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功突破高能加速技術(shù)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)束流加速系統(tǒng)及主要控制部件，實(shí)現(xiàn)高能量離子注入，成功推出國內(nèi)首臺能量達(dá)到8MeV的高能離子注入機(jī)，實(shí)現(xiàn)了高能離子注入機(jī)的國產(chǎn)化替代，整體技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。

占地48平方米、重達(dá)38噸，從外觀上看，思銳智能高能離子注入機(jī)就像是一臺工業(yè)車間里普通的大型生產(chǎn)裝備。就是這臺看似普通的機(jī)器，卻是集成電路的核心制造裝備，一度因國產(chǎn)化率為零制約著我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控。

實(shí)現(xiàn)微米級的深度注入摻雜工藝

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了低能大束流和中束流離子注入機(jī)的研制，但是技術(shù)難度最高的高能離子注入機(jī)始終被海外企業(yè)壟斷。這項(xiàng)工作不僅涉及多個學(xué)科的知識范疇，更是除光刻機(jī)以外，技術(shù)難度最大、國產(chǎn)化率最低的前道工藝設(shè)備。

此前，國內(nèi)集成電路用高能離子注入機(jī)處于研發(fā)階段，且最高能量僅達(dá)到4.5MeV，無法滿足超高靈敏圖像傳感器等高性能器件的需求?！皥D像傳感器芯片是相機(jī)、手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品中不可或缺的核心組件。超高靈敏圖像傳感器等高性能器件，在摻雜工藝上必須具備能量達(dá)到8MeV的高能離子注入。”聶翔說。

能量達(dá)到8MeV意味著什么？要求高能離子注入機(jī)將離子能量提升到近千萬電子伏特級，需要十?dāng)?shù)個加速系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，涉及幾十個聯(lián)調(diào)參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)重離子微米級的深度注入摻雜，才能應(yīng)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。

實(shí)現(xiàn)技術(shù)的突破并非易事。聶翔介紹，為了滿足離子注入機(jī)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(shù)資源優(yōu)勢，組建了一支海外技術(shù)研發(fā)專家與本土技術(shù)團(tuán)隊(duì)相結(jié)合的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)，開啟離子注入設(shè)備的研發(fā)攻關(guān)。這支團(tuán)隊(duì)中，技術(shù)人員占比超過79%，核心團(tuán)隊(duì)由長期從事集成電路裝備研發(fā)的中科院、清華大學(xué)、北京大學(xué)專家及海外專家領(lǐng)銜。同時(shí)，思銳智能在青島、北京及芬蘭等國內(nèi)外多地設(shè)有研發(fā)中心，全面融入了全球主流研發(fā)體系。截至目前，思銳智能及其子公司共有專利數(shù)百項(xiàng)，其中發(fā)明專利占比超95%。

思銳智能以技術(shù)壁壘最高的高能離子注入機(jī)為切入點(diǎn)開展研發(fā)，逐步完成硅基及化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域全系列機(jī)型的布局。下一步，思銳智能將全面加速原子層沉積鍍膜和離子注入“雙主業(yè)”布局發(fā)展，強(qiáng)化科技創(chuàng)新主體地位，加快關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，持續(xù)提高產(chǎn)品競爭力及技術(shù)創(chuàng)新能力，努力創(chuàng)造更多具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新成果，完善產(chǎn)品體系布局和產(chǎn)品落地，不斷提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和安全水平。（青島日報(bào)/觀海新聞記者  耿婷婷）

責(zé)任編輯：張慕鑫