離子注入機(jī)，是芯片制造中難度僅次于光刻機(jī)的核心設(shè)備，也是中國構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)鏈條繞不過去的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

眼下，濟(jì)南艾恩半導(dǎo)體科技有限公司（下稱“艾恩半導(dǎo)體”）創(chuàng)始人鐘新華卻正試圖聚攏資本、技術(shù)團(tuán)隊(duì)和數(shù)百供應(yīng)商等資源，在這一領(lǐng)域發(fā)起一場將科研技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、追趕國際先進(jìn)水平的挑戰(zhàn)。

鐘新華曾是某央企CTO（首席技術(shù)官），有著20年研發(fā)離子注入機(jī)的經(jīng)歷。2023年他開始自主創(chuàng)業(yè)，在廣州注冊成立了廣州市艾恩半導(dǎo)體科技有限公司，去年又將公司以及產(chǎn)能全部遷至山東濟(jì)南。

離子注入機(jī)與光刻機(jī)、刻蝕機(jī)和鍍膜機(jī)一起并稱“芯片制造的四大關(guān)鍵裝備”。在全球，目前4家國外龍頭企業(yè)占據(jù)離子注入機(jī)90%以上的市場份額。在國內(nèi)，離子注入機(jī)的國產(chǎn)化率尚不足10%，至今沒有與國際主流技術(shù)相持平的企業(yè)。這也成為中國芯片產(chǎn)業(yè)鏈上的重要卡點(diǎn)、堵點(diǎn)。

可是，一項(xiàng)高難度的技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化，需要跨越資金、市場、供應(yīng)鏈、技術(shù)迭代等層層障礙，鐘新華本人也要面臨從一個(gè)“兩點(diǎn)一線”的技術(shù)人員向“全國到處飛”的企業(yè)家轉(zhuǎn)型的重重考驗(yàn)。

目前，濟(jì)南新工廠生產(chǎn)的第一臺硅基中束流離子注入機(jī)已到了最終安裝調(diào)試階段，預(yù)計(jì)6月即可下線，其他兩種機(jī)型產(chǎn)品也將于今年陸續(xù)下線。按照總體目標(biāo)，艾恩半導(dǎo)體計(jì)劃在3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)離子注入機(jī)所有機(jī)型的全覆蓋，性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

半導(dǎo)體的“微型電工師”

離子注入機(jī)的研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化這條路，鐘新華走了整整20年。

2005年，鐘新華進(jìn)入國內(nèi)某權(quán)威研究院所工作，后擔(dān)任CTO。這期間，他一直承擔(dān)02專項(xiàng)，即《極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝》項(xiàng)目，攻關(guān)多項(xiàng)離子注入機(jī)關(guān)鍵核心技術(shù)。

“投資芯片，九死一生。”雷軍這句話曾廣為流傳，不僅是在說芯片燒錢堪比“老虎機(jī)”，更是因?yàn)樾酒难邪l(fā)和制造難度遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)業(yè)。碳與硅是自然界中最豐富的兩種資源，但要制造出芯片卻是一個(gè)世界性難題。

“以前，中國市場上的芯片以及制造裝備都能進(jìn)口，導(dǎo)致雙方在下游產(chǎn)業(yè)化層面的差距巨大。但在科研層面，中國一直在堅(jiān)持，雙方的差距相對較小。”鐘新華說道。

芯片產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且粋€(gè)涵蓋“設(shè)計(jì)—制造—封裝測試—終端應(yīng)用”的高度復(fù)雜體系。鐘新華所攻關(guān)的離子注入機(jī)是制造環(huán)節(jié)的核心設(shè)備之一。

離子注入機(jī)被業(yè)界稱為半導(dǎo)體的“微型電工師”。究其原理，不含雜質(zhì)的硅單晶導(dǎo)電性能差，只有在硅中加入適量“元素”，將B（硼）、P（磷）、As（砷）、Al（鋁）等以離子形式加速到超高速后注入，使硅單晶的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能發(fā)生改變，才能發(fā)揮出半導(dǎo)體的功能。這個(gè)“摻雜”工藝即離子注入的過程，須精準(zhǔn)調(diào)控注入的劑量、深度、角度三大關(guān)鍵參數(shù)。

“這是一個(gè)制造難度僅次于光刻機(jī)的半導(dǎo)體關(guān)鍵設(shè)備。‘摻雜’離子的劑量要在單位面積內(nèi)須精確到個(gè)數(shù)，射程深度要精準(zhǔn)到納米級，注入角度的偏差控制在0.1度以內(nèi)?！辩娦氯A比喻道，手機(jī)的芯片只有指甲蓋大小，但在顯微鏡下其復(fù)雜程度卻宛如一座摩天大樓，數(shù)十億個(gè)晶體管堆疊起上百層的電路，組成了大樓的樓層和房間。離子注入機(jī)就像一個(gè)“微型電工師”，在芯片大小的摩天大樓內(nèi)、在指定樓層的不同房間內(nèi)安裝電源開關(guān)。在這微觀世界內(nèi)，從外部注入高能元素時(shí)，只要數(shù)量、深度、角度稍有細(xì)微偏差，就會影響芯片的性能，最終影響電子產(chǎn)品的功能。

這涉及的學(xué)科門類既有強(qiáng)電又有弱電，既有機(jī)械也有電子，既有硬件又有軟件，既有設(shè)備又有工藝，研制難度極大。這也使得中國在芯片產(chǎn)業(yè)鏈上突破了絕大多數(shù)技術(shù)環(huán)節(jié)，在各細(xì)分領(lǐng)域幾乎都有上市公司，唯獨(dú)光刻機(jī)和離子注入機(jī)至今沒有與國際主流技術(shù)相抗衡的企業(yè)。

“離子注入機(jī)注入效果決定了芯片最基本、最核心的電學(xué)性能，是芯片制造至關(guān)重要、必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。沒有離子注入機(jī)，就沒有完整的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)?！辩娦氯A說道。

在國內(nèi)某權(quán)威研究院所十多年間，在經(jīng)歷了不計(jì)其數(shù)的失敗后，鐘新華帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)終于攻破了離子注入機(jī)的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了“從0到1”的突破。

可是，這項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化投入大、周期長。為通過市場化路徑加速離子注入機(jī)研發(fā)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，鐘新華萌生了創(chuàng)業(yè)的想法。

產(chǎn)業(yè)化之難

當(dāng)中國能從美國大量進(jìn)口芯片時(shí)，離子注入機(jī)在中國市場幾無用武之地，產(chǎn)業(yè)化似乎并不是劃算的投資。可當(dāng)中美經(jīng)貿(mào)頻現(xiàn)摩擦、芯片被禁售后，芯片產(chǎn)業(yè)鏈上這一斷點(diǎn)、堵點(diǎn)事關(guān)國計(jì)民生，迫切需要打通。

2018年，中美貿(mào)易驟起波瀾，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)產(chǎn)品、設(shè)備均被列入禁運(yùn)目錄，國內(nèi)市場突遭斷供。與此同時(shí)，2018年12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會議提出，加強(qiáng)5G基建、特高壓、大數(shù)據(jù)中心、人工智能及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等七大新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。它們有著共同的需求——芯片。

一方面，上游芯片進(jìn)口被卡，外部供給驟降；一方面，下游市場需求激增，芯片價(jià)格飆升。一顆汽車芯片一度價(jià)格暴漲百倍仍不可得。國內(nèi)芯片制造產(chǎn)業(yè)從少人問津變得炙手可熱，離子注入機(jī)市場規(guī)模從2018年的24.73億元增長至2024年的121.26億元，年均復(fù)合增長率達(dá)30.34%。這一曾經(jīng)的“冷門”技術(shù)終于迎來了產(chǎn)業(yè)化的窗口期。

2021年，鐘新華辭職創(chuàng)業(yè)。

可創(chuàng)業(yè)僅憑一項(xiàng)尚未成熟的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在美國，“Bastille, LLC”是一家全球知名的知識產(chǎn)權(quán)開發(fā)和商業(yè)化公司，其CEO拉尚博士曾有一段流傳甚廣的話——美國科學(xué)家創(chuàng)業(yè)的成功率只有3%。

對鐘新華來說，作為一個(gè)“首席技術(shù)官”只是完成了技術(shù)“從0到1”；要成為推動技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)家，實(shí)現(xiàn)“從1到100”，還有99步要走，先要解決的是資金難題。

“錢從哪里來，是自主研發(fā)道路上的最大挑戰(zhàn)?！辩娦氯A算了一筆賬，一臺離子注入機(jī)有近兩萬個(gè)零部件，僅僅采購一個(gè)30萬伏高壓電源就要60萬元，全部零部件的開支高達(dá)上千萬人民幣?？沙鮿?chuàng)期技術(shù)研發(fā)具有高風(fēng)險(xiǎn)、高不確定性等特征，加之缺少抵押物、營業(yè)收入不足，當(dāng)他跑遍銀行時(shí)發(fā)現(xiàn)，根本無法獲得貸款支持。

在一次行業(yè)論壇上，魯信創(chuàng)業(yè)投資集團(tuán)股份有限公司（下稱“魯信創(chuàng)投”）得知了鐘新華正醞釀辭職創(chuàng)業(yè)，推動這一芯片制造的關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。此時(shí)，鐘新華能拿出來的只有一個(gè)PPT，而魯信創(chuàng)投卻看中其擁有的技術(shù)積累和資源優(yōu)勢。

魯信創(chuàng)投是山東省內(nèi)最大的專業(yè)創(chuàng)投機(jī)構(gòu)，近年來先后涉足芯片設(shè)計(jì)、襯底生產(chǎn)、晶圓制造、模塊封裝等第三代半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈。2023年3月和9月，由魯信創(chuàng)投聯(lián)合濟(jì)南市財(cái)政投資基金控股集團(tuán)有限公司、山東省新動能基金管理有限公司等組建的濟(jì)南魯信新動能天使創(chuàng)業(yè)投資合伙企業(yè)（有限合伙），兩度出資參與艾恩半導(dǎo)體天使輪融資。

與科研院所在理想條件和極小規(guī)模下展開的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)相比，產(chǎn)業(yè)化要求企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)更要兼顧穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。與科研人員只需攻關(guān)技術(shù)相比，鐘新華也需要完成向企業(yè)家的角色轉(zhuǎn)換——在聚集人才、資金、供應(yīng)商等要素下，率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行小試、中試、量產(chǎn)，應(yīng)對品質(zhì)、市場、交付能力等一系列問題，還要承擔(dān)生產(chǎn)過程中任何失誤可能導(dǎo)致的巨大經(jīng)濟(jì)損失。

所幸，鐘新華從事科研多年，有著技術(shù)優(yōu)勢和人才積累，又通過天使投資人暫時(shí)解決了資金瓶頸，如何在量產(chǎn)中提升良品率、實(shí)現(xiàn)低成本，成為企業(yè)初創(chuàng)期的又一道難題。

一臺有著高精度要求的離子注入機(jī)有近兩萬個(gè)零部件，要想實(shí)現(xiàn)“從1到100”的產(chǎn)業(yè)化，必須構(gòu)建起一個(gè)品質(zhì)穩(wěn)定的供應(yīng)鏈體系。這近兩萬個(gè)零部件中一半標(biāo)準(zhǔn)件可外購，另一半非標(biāo)件則必須自行設(shè)計(jì)、外協(xié)加工。

可當(dāng)鐘新華找到供應(yīng)商時(shí)，卻常常遭遇這樣的尷尬——有的非標(biāo)件要求極高的精度、有的材料要求有絕緣性、有的零部件須抗高壓擊穿，有的則須經(jīng)多道清潔處理……當(dāng)他對供應(yīng)商提出一連串聞所未聞的苛刻要求，再報(bào)出一兩個(gè)的采購量時(shí)，常常遭到供應(yīng)商的斷然回絕。

這些看似苛刻的要求卻是生產(chǎn)離子注入機(jī)的必要條件。離子注入需要在真空環(huán)境下進(jìn)行，所有材料的潔凈度是一個(gè)至關(guān)重要的指標(biāo)。哪怕一粒灰塵落入，就能把價(jià)值數(shù)千萬的產(chǎn)品徹底毀掉。

鐘新華講述了所遭遇的一個(gè)痛苦經(jīng)歷：最初，公司曾因金屬污染導(dǎo)致硅片材料不達(dá)標(biāo)。為了找到污染源，只好對接觸硅片的上百個(gè)零部件進(jìn)行逐一排查?！霸谏习賯€(gè)零部件中找出一粒灰塵，看不見摸不著，排查過程宛如大海撈針，似乎帶上了玄學(xué)色彩，只能一個(gè)一個(gè)更換零部件再進(jìn)行檢測。”

鐘新華介紹道，如今公司對每一步生產(chǎn)工序都建立了檢測機(jī)制，全力保證產(chǎn)品的良品率。同時(shí)，經(jīng)過前期反復(fù)摘選，已建立起一支數(shù)百供應(yīng)商組成的供應(yīng)鏈體系。

從廣東遷入山東

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)歷來是贏者通吃的格局。在離子注入機(jī)的細(xì)分市場，長期被AMAT/Varian、Axcelis等4家美日企業(yè)占據(jù)全球超過90%的市場份額。

目前，中國高端離子注入機(jī)主要依賴于進(jìn)口，掌握這一技術(shù)的國內(nèi)企業(yè)只有中國電科、凱世通等少數(shù)企業(yè)，但與國際主流水平尚有差距，導(dǎo)致國產(chǎn)化率尚不足10%。根據(jù)中國海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2024年中國制造半導(dǎo)體器件或集成電路用的離子注入機(jī)進(jìn)口量為553臺，同比增長30.12%。其中，從美國進(jìn)口占比77.58%，從日本進(jìn)口占比11.57%。

2023年11月，經(jīng)歷了近20年技術(shù)攻關(guān)，整合了一系列產(chǎn)業(yè)化資源后，鐘新華創(chuàng)立的艾恩半導(dǎo)體終于制造出第一臺離子注入機(jī)，開始加入國產(chǎn)化浪潮中。

盡管首臺(套)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破、擁有知識產(chǎn)權(quán)，但如何推向市場、讓客戶接受卻頗費(fèi)周章。

離子注入機(jī)具有高價(jià)值（一臺國外市場售價(jià)在三千萬人民幣以上）、驗(yàn)證難（需2至3個(gè)月，芯片制造完成，測量電性才知道離子注入質(zhì)量如何）等特點(diǎn)。鐘新華找了若干下游廠商，可他們對這個(gè)初來乍到者紛紛投來質(zhì)疑的眼光——購買了產(chǎn)品，質(zhì)量不過關(guān)怎么辦；小公司風(fēng)險(xiǎn)大，一旦垮了，無法提供售后服務(wù)怎樣辦……

某知名碳化硅芯片制造企業(yè)派人6次前來工廠多方驗(yàn)證技術(shù)、工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，并要求對艾恩半導(dǎo)體進(jìn)行驗(yàn)資等苛刻條件，才肯同意采購，并要求第一年試運(yùn)營期免費(fèi)。

“初創(chuàng)期，企業(yè)往往急需資金，因?yàn)檫@時(shí)公司幾乎只投入無產(chǎn)出——設(shè)備需要升級、技術(shù)需要迭代、高層次人才需要持續(xù)引進(jìn)；即使出了產(chǎn)品，也要面臨較長的回款周期?！币郧扮娦氯A主要負(fù)責(zé)技術(shù)攻關(guān)，天天上班，兩點(diǎn)一線；創(chuàng)業(yè)后他的主要精力大都放在了四處融資上。

當(dāng)初，天使輪融資可購買用于制造1.5臺離子注入機(jī)的材料，原以為第二筆資金很快就能融到，接續(xù)運(yùn)營?？?024年不僅宏觀經(jīng)濟(jì)低迷，而且半導(dǎo)體投資熱也大幅降溫。據(jù)CINNO Research統(tǒng)計(jì)，2024年中國（含中國臺灣）半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目投資總額為6,831億人民幣，較去年同期下降41.6%。

這讓剛剛創(chuàng)業(yè)的鐘新華天天焦慮。他夾著電腦、帶著PPT，奔波于一線城市間，面對不計(jì)其數(shù)的投資者反復(fù)路演、推薦。他拿出手機(jī)查看了近一年的飛行里程，居然有5萬多公里，可繞赤道一圈多，這還沒算高鐵里程。

所幸，資本對于有前景的半導(dǎo)體項(xiàng)目仍是青睞有加。

“去年年中，公司研發(fā)、擴(kuò)產(chǎn)資金緊張，魯信創(chuàng)投旗下基金追投資金，并‘牽線搭橋’，協(xié)助公司在這一輪融資中對接更多大型投資機(jī)構(gòu)、政府投融資平臺，成功與毅達(dá)資本、源禾資本、濟(jì)南財(cái)投基金集團(tuán)、濟(jì)南市高新區(qū)、山東產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院達(dá)成股權(quán)合作?！辩娦氯A回憶道，盡管半導(dǎo)體行業(yè)整體融資縮水，艾恩半導(dǎo)體卻超融了3000萬元。

“離子注入機(jī)是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展必不可少、亟待補(bǔ)齊的關(guān)鍵短板之一。”魯信創(chuàng)投黨委書記、董事長王旭冬說，魯信創(chuàng)投堅(jiān)持投“早”投“小”投“長期”，90%以上的資金投資在“硬科技”領(lǐng)域，持續(xù)聚焦國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)與未來產(chǎn)業(yè)，重點(diǎn)關(guān)注顛覆性創(chuàng)新、“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)、國產(chǎn)化替代項(xiàng)目，已投資培育了一批高端裝備制造、生命科學(xué)、新材料、航空航天等領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。

離子注入機(jī)在中國半導(dǎo)體市場的前景普遍被業(yè)界看好。2024年中國大陸半導(dǎo)體設(shè)備銷售額以35%增速連續(xù)五年領(lǐng)跑全球。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2024年我國離子注入機(jī)行業(yè)產(chǎn)量為69臺，需求量為345臺。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等產(chǎn)業(yè)崛起，離子注入機(jī)被半導(dǎo)體市場需求帶動，或?qū)⒂瓉硇乱惠喸鲩L周期。

2024年底，在魯信創(chuàng)投等股東的積極對接下，鐘新華也把企業(yè)從廣東廣州搬遷至山東濟(jì)南高新區(qū)。目前新工廠已全部建成投產(chǎn)。

市場化、產(chǎn)業(yè)化對實(shí)驗(yàn)室技術(shù)也能起到加速催熟、迭代的作用。鐘新華介紹，除已推向市場的第一代碳化硅離子注入機(jī)外，新工廠生產(chǎn)的第一臺硅基中束流離子注入機(jī)也已到了最終安裝調(diào)試階段，預(yù)計(jì)6月即可下線；對標(biāo)國際領(lǐng)先技術(shù)水平的第二代碳化硅離子注入機(jī)正在研發(fā)中，有望于2025年9月面市；自主研發(fā)制造的碳化硅大束流離子注入機(jī)，預(yù)計(jì)將于2025年年底推向市場，這將成功填補(bǔ)國產(chǎn)設(shè)備在這一領(lǐng)域的空白。

按照目標(biāo)規(guī)劃，該公司計(jì)劃將在3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)離子注入機(jī)所有機(jī)型的全覆蓋，性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平。工藝產(chǎn)線從碳化硅逐漸向硅基覆蓋，并隨著制程和光路工藝升級，尺寸實(shí)現(xiàn)從6寸到8寸、再到12寸的全面覆蓋。

不過，在鐘新華看來，目前中國企業(yè)制造離子注入機(jī)無論在技術(shù)指標(biāo)上，還是在市場占比上，與國際領(lǐng)先水平尚存較大差距。他預(yù)測，中國這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度較快，但追趕全球主流技術(shù)仍需十年以上時(shí)間。

（作者 種昂）