艾恩半导体试补芯片产业“关键拼图” 破局离子注入机国产化替代

离子注入机，是芯片制造中难度仅次于光刻机的核心设备，也是中国构建完整产业链条绕不过去的关键环节。

眼下，济南艾恩半导体科技有限公司（下称“艾恩半导体”）创始人钟新华却正试图聚拢资本、技术团队和数百供应商等资源，在这一领域发起一场将科研技术产业化、追赶国际先进水平的挑战。

钟新华曾是某央企CTO（首席技术官），有着20年研发离子注入机的经历。2023年他开始自主创业，在广州注册成立了广州市艾恩半导体科技有限公司，去年又将公司以及产能全部迁至山东济南。

离子注入机与光刻机、刻蚀机和镀膜机一起并称“芯片制造的四大关键装备”。在全球，目前4家国外龙头企业占据离子注入机90%以上的市场份额。在国内，离子注入机的国产化率尚不足10%，至今没有与国际主流技术相持平的企业。这也成为中国芯片产业链上的重要卡点、堵点。

可是，一项高难度的技术从实验室到产业化，需要跨越资金、市场、供应链、技术迭代等层层障碍，钟新华本人也要面临从一个“两点一线”的技术人员向“全国到处飞”的企业家转型的重重考验。

目前，济南新工厂生产的第一台硅基中束流离子注入机已到了最终安装调试阶段，预计6月即可下线，其他两种机型产品也将于今年陆续下线。按照总体目标，艾恩半导体计划在3年内实现离子注入机所有机型的全覆盖，性能达到国际领先水平。

半导体的“微型电工师”

离子注入机的研发到产业化这条路，钟新华走了整整20年。

2005年，钟新华进入国内某权威研究院所工作，后担任CTO。这期间，他一直承担02专项，即《极大规模集成电路制造装备及成套工艺》项目，攻关多项离子注入机关键核心技术。

“投资芯片，九死一生。”雷军这句话曾广为流传，不仅是在说芯片烧钱堪比“老虎机”，更是因为芯片的研发和制造难度远高于其他产业。碳与硅是自然界中最丰富的两种资源，但要制造出芯片却是一个世界性难题。

“以前，中国市场上的芯片以及制造装备都能进口，导致双方在下游产业化层面的差距巨大。但在科研层面，中国一直在坚持，双方的差距相对较小。”钟新华说道。

芯片产业链是一个涵盖“设计—制造—封装测试—终端应用”的高度复杂体系。钟新华所攻关的离子注入机是制造环节的核心设备之一。

离子注入机被业界称为半导体的“微型电工师”。究其原理，不含杂质的硅单晶导电性能差，只有在硅中加入适量“元素”，将B（硼）、P（磷）、As（砷）、Al（铝）等以离子形式加速到超高速后注入，使硅单晶的结构和电学性能发生改变，才能发挥出半导体的功能。这个“掺杂”工艺即离子注入的过程，须精准调控注入的剂量、深度、角度三大关键参数。

“这是一个制造难度仅次于光刻机的半导体关键设备。‘掺杂’离子的剂量要在单位面积内须精确到个数，射程深度要精准到纳米级，注入角度的偏差控制在0.1度以内。”钟新华比喻道，手机的芯片只有指甲盖大小，但在显微镜下其复杂程度却宛如一座摩天大楼，数十亿个晶体管堆叠起上百层的电路，组成了大楼的楼层和房间。离子注入机就像一个“微型电工师”，在芯片大小的摩天大楼内、在指定楼层的不同房间内安装电源开关。在这微观世界内，从外部注入高能元素时，只要数量、深度、角度稍有细微偏差，就会影响芯片的性能，最终影响电子产品的功能。

这涉及的学科门类既有强电又有弱电，既有机械也有电子，既有硬件又有软件，既有设备又有工艺，研制难度极大。这也使得中国在芯片产业链上突破了绝大多数技术环节，在各细分领域几乎都有上市公司，唯独光刻机和离子注入机至今没有与国际主流技术相抗衡的企业。

“离子注入机注入效果决定了芯片最基本、最核心的电学性能，是芯片制造至关重要、必不可少的关键设备。没有离子注入机，就没有完整的第三代半导体产业。”钟新华说道。

在国内某权威研究院所十多年间，在经历了不计其数的失败后，钟新华带领技术团队终于攻破了离子注入机的技术瓶颈，实现了“从0到1”的突破。

可是，这项技术的产业化投入大、周期长。为通过市场化路径加速离子注入机研发技术产业化，钟新华萌生了创业的想法。

产业化之难

当中国能从美国大量进口芯片时，离子注入机在中国市场几无用武之地，产业化似乎并不是划算的投资。可当中美经贸频现摩擦、芯片被禁售后，芯片产业链上这一断点、堵点事关国计民生，迫切需要打通。

2018年，中美贸易骤起波澜，半导体产业各环节产品、设备均被列入禁运目录，国内市场突遭断供。与此同时，2018年12月，中央经济工作会议提出，加强5G基建、特高压、大数据中心、人工智能及工业互联网等七大新型基础设施建设。它们有着共同的需求——芯片。

一方面，上游芯片进口被卡，外部供给骤降；一方面，下游市场需求激增，芯片价格飙升。一颗汽车芯片一度价格暴涨百倍仍不可得。国内芯片制造产业从少人问津变得炙手可热，离子注入机市场规模从2018年的24.73亿元增长至2024年的121.26亿元，年均复合增长率达30.34%。这一曾经的“冷门”技术终于迎来了产业化的窗口期。

2021年，钟新华辞职创业。

可创业仅凭一项尚未成熟的技术远远不够。在美国，“Bastille, LLC”是一家全球知名的知识产权开发和商业化公司，其CEO拉尚博士曾有一段流传甚广的话——美国科学家创业的成功率只有3%。

对钟新华来说，作为一个“首席技术官”只是完成了技术“从0到1”；要成为推动技术产业化的企业家，实现“从1到100”，还有99步要走，先要解决的是资金难题。

“钱从哪里来，是自主研发道路上的最大挑战。”钟新华算了一笔账，一台离子注入机有近两万个零部件，仅仅采购一个30万伏高压电源就要60万元，全部零部件的开支高达上千万人民币。可初创期技术研发具有高风险、高不确定性等特征，加之缺少抵押物、营业收入不足，当他跑遍银行时发现，根本无法获得贷款支持。

在一次行业论坛上，鲁信创业投资集团股份有限公司（下称“鲁信创投”）得知了钟新华正酝酿辞职创业，推动这一芯片制造的关键设备实现产业化发展。此时，钟新华能拿出来的只有一个PPT，而鲁信创投却看中其拥有的技术积累和资源优势。

鲁信创投是山东省内最大的专业创投机构，近年来先后涉足芯片设计、衬底生产、晶圆制造、模块封装等第三代半导体全产业链。2023年3月和9月，由鲁信创投联合济南市财政投资基金控股集团有限公司、山东省新动能基金管理有限公司等组建的济南鲁信新动能天使创业投资合伙企业（有限合伙），两度出资参与艾恩半导体天使轮融资。

与科研院所在理想条件和极小规模下展开的实验室技术相比，产业化要求企业在技术创新的同时更要兼顾稳定性和经济性。与科研人员只需攻关技术相比，钟新华也需要完成向企业家的角色转换——在聚集人才、资金、供应商等要素下，率领团队进行小试、中试、量产，应对品质、市场、交付能力等一系列问题，还要承担生产过程中任何失误可能导致的巨大经济损失。

所幸，钟新华从事科研多年，有着技术优势和人才积累，又通过天使投资人暂时解决了资金瓶颈，如何在量产中提升良品率、实现低成本，成为企业初创期的又一道难题。

一台有着高精度要求的离子注入机有近两万个零部件，要想实现“从1到100”的产业化，必须构建起一个品质稳定的供应链体系。这近两万个零部件中一半标准件可外购，另一半非标件则必须自行设计、外协加工。

可当钟新华找到供应商时，却常常遭遇这样的尴尬——有的非标件要求极高的精度、有的材料要求有绝缘性、有的零部件须抗高压击穿，有的则须经多道清洁处理……当他对供应商提出一连串闻所未闻的苛刻要求，再报出一两个的采购量时，常常遭到供应商的断然回绝。

这些看似苛刻的要求却是生产离子注入机的必要条件。离子注入需要在真空环境下进行，所有材料的洁净度是一个至关重要的指标。哪怕一粒灰尘落入，就能把价值数千万的产品彻底毁掉。

钟新华讲述了所遭遇的一个痛苦经历：最初，公司曾因金属污染导致硅片材料不达标。为了找到污染源，只好对接触硅片的上百个零部件进行逐一排查。“在上百个零部件中找出一粒灰尘，看不见摸不着，排查过程宛如大海捞针，似乎带上了玄学色彩，只能一个一个更换零部件再进行检测。”

钟新华介绍道，如今公司对每一步生产工序都建立了检测机制，全力保证产品的良品率。同时，经过前期反复摘选，已建立起一支数百供应商组成的供应链体系。

从广东迁入山东

半导体产业历来是赢者通吃的格局。在离子注入机的细分市场，长期被AMAT/Varian、Axcelis等4家美日企业占据全球超过90%的市场份额。

目前，中国高端离子注入机主要依赖于进口，掌握这一技术的国内企业只有中国电科、凯世通等少数企业，但与国际主流水平尚有差距，导致国产化率尚不足10%。根据中国海关数据显示，2024年中国制造半导体器件或集成电路用的离子注入机进口量为553台，同比增长30.12%。其中，从美国进口占比77.58%，从日本进口占比11.57%。

2023年11月，经历了近20年技术攻关，整合了一系列产业化资源后，钟新华创立的艾恩半导体终于制造出第一台离子注入机，开始加入国产化浪潮中。

尽管首台(套)产品实现了技术突破、拥有知识产权，但如何推向市场、让客户接受却颇费周章。

离子注入机具有高价值（一台国外市场售价在三千万人民币以上）、验证难（需2至3个月，芯片制造完成，测量电性才知道离子注入质量如何）等特点。钟新华找了若干下游厂商，可他们对这个初来乍到者纷纷投来质疑的眼光——购买了产品，质量不过关怎么办；小公司风险大，一旦垮了，无法提供售后服务怎样办……

某知名碳化硅芯片制造企业派人6次前来工厂多方验证技术、工艺和产品质量，并要求对艾恩半导体进行验资等苛刻条件，才肯同意采购，并要求第一年试运营期免费。

“初创期，企业往往急需资金，因为这时公司几乎只投入无产出——设备需要升级、技术需要迭代、高层次人才需要持续引进；即使出了产品，也要面临较长的回款周期。”以前钟新华主要负责技术攻关，天天上班，两点一线；创业后他的主要精力大都放在了四处融资上。

当初，天使轮融资可购买用于制造1.5台离子注入机的材料，原以为第二笔资金很快就能融到，接续运营。可2024年不仅宏观经济低迷，而且半导体投资热也大幅降温。据CINNO Research统计，2024年中国（含中国台湾）半导体产业项目投资总额为6,831亿人民币，较去年同期下降41.6%。

这让刚刚创业的钟新华天天焦虑。他夹着电脑、带着PPT，奔波于一线城市间，面对不计其数的投资者反复路演、推荐。他拿出手机查看了近一年的飞行里程，居然有5万多公里，可绕赤道一圈多，这还没算高铁里程。

所幸，资本对于有前景的半导体项目仍是青睐有加。

“去年年中，公司研发、扩产资金紧张，鲁信创投旗下基金追投资金，并‘牵线搭桥’，协助公司在这一轮融资中对接更多大型投资机构、政府投融资平台，成功与毅达资本、源禾资本、济南财投基金集团、济南市高新区、山东产业技术研究院达成股权合作。”钟新华回忆道，尽管半导体行业整体融资缩水，艾恩半导体却超融了3000万元。

“离子注入机是当前产业发展必不可少、亟待补齐的关键短板之一。”鲁信创投党委书记、董事长王旭冬说，鲁信创投坚持投“早”投“小”投“长期”，90%以上的资金投资在“硬科技”领域，持续聚焦国家战略性新兴产业与未来产业，重点关注颠覆性创新、“卡脖子”技术攻关、国产化替代项目，已投资培育了一批高端装备制造、生命科学、新材料、航空航天等领域的龙头企业。

离子注入机在中国半导体市场的前景普遍被业界看好。2024年中国大陆半导体设备销售额以35%增速连续五年领跑全球。据统计，2024年我国离子注入机行业产量为69台，需求量为345台。随着5G、物联网、人工智能等产业崛起，离子注入机被半导体市场需求带动，或将迎来新一轮增长周期。

2024年底，在鲁信创投等股东的积极对接下，钟新华也把企业从广东广州搬迁至山东济南高新区。目前新工厂已全部建成投产。

市场化、产业化对实验室技术也能起到加速催熟、迭代的作用。钟新华介绍，除已推向市场的第一代碳化硅离子注入机外，新工厂生产的第一台硅基中束流离子注入机也已到了最终安装调试阶段，预计6月即可下线；对标国际领先技术水平的第二代碳化硅离子注入机正在研发中，有望于2025年9月面市；自主研发制造的碳化硅大束流离子注入机，预计将于2025年年底推向市场，这将成功填补国产设备在这一领域的空白。

按照目标规划，该公司计划将在3年内实现离子注入机所有机型的全覆盖，性能达到国际领先水平。工艺产线从碳化硅逐渐向硅基覆盖，并随着制程和光路工艺升级，尺寸实现从6寸到8寸、再到12寸的全面覆盖。

不过，在钟新华看来，目前中国企业制造离子注入机无论在技术指标上，还是在市场占比上，与国际领先水平尚存较大差距。他预测，中国这一产业发展速度较快，但追赶全球主流技术仍需十年以上时间。

（作者 种昂）

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种昂

山东新闻中心主任