我國集成電路材料產(chǎn)業(yè)從無到有，背后是他們的青春故事

來源：全球半導(dǎo)體觀察

團(tuán)隊(duì)面臨300毫米大硅片的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)

在中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的實(shí)驗(yàn)室里，俞文杰正在對最新的集成電路材料進(jìn)行檢測。這個實(shí)驗(yàn)室擁有非常先進(jìn)的檢測儀器，是驗(yàn)證集成電路材料性能的重要平臺。

硅片被稱為“半導(dǎo)體畫布”，在硅片之上布設(shè)晶體管和金屬連線后，它就能變身為完成復(fù)雜運(yùn)算、處理特定任務(wù)的集成電路和各種半導(dǎo)體器件，也就是我們常說的芯片。

硅片的直徑一般有150毫米、200毫米、300毫米等規(guī)格，尺寸越大的硅片，其制造難度越高，對原材料純度、硅片平整度、表面顆粒數(shù)和金屬殘留量等技術(shù)指標(biāo)的要求就越苛刻。過去，我國在這個領(lǐng)域技術(shù)相對薄弱，性能更好的300毫米大硅片更是完全依賴進(jìn)口。

△各型號大硅片

俞文杰說，300毫米大硅片對平坦度有極高的要求，相當(dāng)于北京到上海高速公路距離的范圍內(nèi)上下起伏不能超過30厘米，所以這對研發(fā)團(tuán)隊(duì)是非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

兩年時間拉出完美的單晶硅棒

為了打破我國大硅片核心技術(shù)受制于人的局面，中科院上海微系統(tǒng)所在2014年啟動大硅片研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，并成立300毫米大硅片攻關(guān)突擊隊(duì)，俞文杰擔(dān)任隊(duì)長。攻關(guān)的重中之重就是單晶硅棒的制作。

△300毫米大硅片

俞文杰介紹，做300毫米硅片，首先要拉制出一個質(zhì)量很高的單晶硅棒，難度挑戰(zhàn)非常大?！拔覀冊诶t里面要考慮各種物理效應(yīng)，控制各種物理參數(shù)，最終來實(shí)現(xiàn)這個近完美的單晶棒。剛開始的時候，拉出來的晶棒有效長度非常低，沒有辦法做成產(chǎn)品化?！?/p>

拉制單晶硅棒的原料是像煤塊一樣的多晶硅塊，因?yàn)樵咏Y(jié)構(gòu)排列無序，性能遠(yuǎn)不及單晶硅。投入熔爐就是要讓多晶硅熔化再凝固，圍繞著一根旋轉(zhuǎn)的單晶硅生長成一根排列有序的單晶硅棒。拉出這根完美的單晶硅棒，攻關(guān)突擊隊(duì)用了兩年的時間。

“我們多管齊下，通過從原理上的模擬計(jì)算仿真，然后到工程上去實(shí)現(xiàn)。在大概兩年的時間里，把有效長度提升了非常多，現(xiàn)在已經(jīng)可以超過1.5米，這個為最后300毫米大硅片能夠大規(guī)模量產(chǎn)提供了一個很好的技術(shù)保障?！庇嵛慕苷f。

從硅棒到硅片，中間還有幾十道工序，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)一丁點(diǎn)瑕疵，300毫米大硅片的研制之路就走不下去。

經(jīng)過艱苦攻關(guān)，2017年，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)商用300毫米大硅片零的突破，打破過去我國該型號硅片依賴進(jìn)口的局面，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。目前，300毫米大硅片已累計(jì)出貨500萬片，有力保障了我國大硅片安全供應(yīng)。

將開展更多類型集成電路材料技術(shù)研發(fā)

大硅片國產(chǎn)化成功的背后是研發(fā)團(tuán)隊(duì)夜以繼日的奮力攻關(guān)。團(tuán)隊(duì)研究員魏星說，今年上半年，突擊隊(duì)繼續(xù)提升技術(shù)指標(biāo)，在封閉情況下，在上海臨港的研發(fā)與生產(chǎn)基地連續(xù)工作兩個多月。“有一個共同的信念激勵著我們，就是研究出屬于中國自己的大硅片，為此整個團(tuán)隊(duì)上下都忘我地投入?！?/p>

在取得300毫米大硅片成果的基礎(chǔ)上，俞文杰帶領(lǐng)年輕的團(tuán)隊(duì)，面向國家需求與科技前沿，開展更多類型大硅片、光掩模、光刻膠等集成電路材料技術(shù)研發(fā)。

△俞文杰

十年來，我國集成電路材料產(chǎn)業(yè)從無到有，從百分之百依賴進(jìn)口，到可以研發(fā)300毫米大硅片并量產(chǎn)，無數(shù)青年科技工作者為國家的科技自立自強(qiáng)奉獻(xiàn)青春。

俞文杰說，集成電路材料領(lǐng)域的核心技術(shù)攻關(guān)沒有捷徑可走，唯有靠科研人員踏踏實(shí)實(shí)努力去解決。“作為一名科技工作者，我們必須發(fā)揮凝心聚力、攻堅(jiān)克難的精神，為我國集成電路產(chǎn)業(yè)筑牢基礎(chǔ)，貢獻(xiàn)自己的力量。”