為集成電路材料而創(chuàng)新
—— 上海集成電路材料研究院

2022-07-20 01:47:02◎文/蘇祈

中國(guó)科技產(chǎn)業(yè) 2022年7期

關(guān)鍵詞：企業(yè)

◎ 文/蘇祈

集成電路是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、保障國(guó)家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)。所謂“一代材料、一代技術(shù)、一代產(chǎn)業(yè)”，處于制造業(yè)上游的集成電路材料，是推動(dòng)制造技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展中居于戰(zhàn)略核心位置。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年全球集成電路材料市場(chǎng)總體規(guī)模再創(chuàng)歷史新高，達(dá)到642.7 億美元，其中，中國(guó)大陸集成電路材料整體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)119.3 億美元，繼續(xù)穩(wěn)居全球第二大材料消費(fèi)地區(qū)。隨著我國(guó)新建芯片生產(chǎn)線的產(chǎn)能釋放，我國(guó)集成電路材料的市場(chǎng)需求還將持續(xù)增長(zhǎng)。

當(dāng)今，集成電路制造技術(shù)升級(jí)越來越依賴于材料技術(shù)的底層突破，材料的每一次創(chuàng)新都是在為集成電路新結(jié)構(gòu)、新器件的開發(fā)創(chuàng)造新空間。與此同時(shí)，日韓貿(mào)易摩擦、瓦森納協(xié)議擴(kuò)大管制范圍等事件也為我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)敲響了警鐘。作為集成電路產(chǎn)業(yè)的基石，如果材料不能自主可控，那么集成電路產(chǎn)業(yè)就無法實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

為加快集成電路材料創(chuàng)新，更好地發(fā)展我國(guó)集成電路材料產(chǎn)業(yè)，2020 年6 月，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱上海微系統(tǒng)所）、上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)）共同發(fā)起成立上海集成電路材料研究院（以下簡(jiǎn)稱集材院），致力于集成電路襯底材料、工藝材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。集材院以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，通過企業(yè)聯(lián)合研發(fā)、自主立項(xiàng)研發(fā)等模式探索可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)研發(fā)新模式，為加快推動(dòng)集成電路材料研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化打造創(chuàng)新策源。

答好企業(yè)提出的“真問題”

習(xí)近平總書記在中國(guó)科學(xué)院第二十次院士大會(huì)、中國(guó)工程院第十五次院士大會(huì)、中國(guó)科協(xié)第十次全國(guó)代表大會(huì)上的講話中指出：“要發(fā)揮企業(yè)出題者作用，推進(jìn)重點(diǎn)項(xiàng)目協(xié)同和研發(fā)活動(dòng)一體化，加快構(gòu)建龍頭企業(yè)牽頭、高校院所支撐、各創(chuàng)新主體相互協(xié)同的創(chuàng)新聯(lián)合體，發(fā)展高效強(qiáng)大的共性技術(shù)供給體系，提高科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化成效。”

上海集成電路材料研究院一直堅(jiān)持以集成電路材料關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)需求為導(dǎo)向，“研究真問題，形成真榜、實(shí)榜”。目前，已有不少“企業(yè)出題者”向集材院提出了“真問題”，集材院針對(duì)這些“真問題”積極開展研發(fā)與攻關(guān)。

例如研究300mm 大硅片拉晶難點(diǎn)，聯(lián)合中科院上海微系統(tǒng)所優(yōu)化硅單晶生長(zhǎng)設(shè)備的熱場(chǎng)設(shè)計(jì)，改善晶體生長(zhǎng)質(zhì)量、提高晶體生長(zhǎng)速度、縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本；探究拋光墊、拋光液的材料性能以及拋光壓力、拋光溫度、拋光液流速等拋光工藝對(duì)大硅片平整度的影響，形成一整套集材料-工藝-設(shè)備于一體的大硅片拋光解決方案；利用研發(fā)新范式提高材料研發(fā)效率，建立光刻材料基因組，以高通量材料制備平臺(tái)、短流程器件工藝平臺(tái)、高通量材料表征平臺(tái)、材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)與材料模擬計(jì)算平臺(tái)為支撐，與協(xié)作單位共同開展提升光刻材料研發(fā)、篩選、優(yōu)化與應(yīng)用效率的研究工作。

集材院“企業(yè)出題者”的運(yùn)營(yíng)模式使技術(shù)需求方、供應(yīng)方圍繞實(shí)際問題走到了一起，共同發(fā)力、協(xié)同攻關(guān)。在與企業(yè)合作過程中，集材院充分發(fā)揮平臺(tái)功能，協(xié)同各創(chuàng)新主體，為集成電路材料產(chǎn)業(yè)解決真問題。

努力解決產(chǎn)業(yè)共性需求

當(dāng)前，我國(guó)在集成電路材料研發(fā)中主要存在兩方面的問題。一是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失。集成電路芯片先進(jìn)制造工藝有上千道工序，使用百余種基礎(chǔ)通用材料。由于缺乏全面的評(píng)價(jià)體系，國(guó)產(chǎn)材料必須經(jīng)過下游芯片廠商的嚴(yán)格測(cè)試和反復(fù)驗(yàn)證。二是缺乏測(cè)試應(yīng)用認(rèn)證。集成電路材料研發(fā)需要經(jīng)歷原材料研發(fā)、產(chǎn)品研發(fā)、應(yīng)用研究、應(yīng)用認(rèn)證，研發(fā)周期至少3-5 年。國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)集成電路材料性能和關(guān)聯(lián)工藝研究缺乏，沒有能夠提供全面比測(cè)和數(shù)據(jù)分析的集成電路材料平臺(tái)為企業(yè)服務(wù)。

面對(duì)集成電路材料企業(yè)在研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試認(rèn)證等方面的共性訴求，集材院已從三個(gè)方面入手開展相應(yīng)工作。

一是建設(shè)集成電路材料應(yīng)用研發(fā)平臺(tái)，為研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)提供材料表征測(cè)試解決方案，將工藝流程和材料研發(fā)結(jié)合解決集成電路材料產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景缺失的問題，為材料企業(yè)加速材料開發(fā)提供技術(shù)支持。

二是構(gòu)建集成電路材料相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系。發(fā)揮集成電路材料應(yīng)用研發(fā)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，根據(jù)國(guó)內(nèi)下游龍頭芯片廠商的實(shí)際使用需求，依托集成電路材料行業(yè)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，由平臺(tái)通過大通量比對(duì)測(cè)試和分析，研究并確定材料關(guān)鍵性能的控制指標(biāo)、分析測(cè)試指標(biāo)、測(cè)試操作規(guī)范以及制備工藝標(biāo)準(zhǔn)，建立完整的評(píng)價(jià)體系。

三是組建集成電路材料基因組技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)。通過集成電路材料行業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，分析企業(yè)研發(fā)數(shù)據(jù)，構(gòu)建材料機(jī)理和組分、工藝和集成條件、材料和芯片性能之間關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和模型，設(shè)計(jì)并篩選新材料。通過共享資源降低研發(fā)成本，提高研發(fā)效率、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，加速國(guó)產(chǎn)集成電路材料創(chuàng)新和企業(yè)發(fā)展。

在成立的兩年時(shí)間里，集材院圍繞集成電路材料產(chǎn)業(yè)需求，逐步建立起集成電路材料應(yīng)用研發(fā)平臺(tái)與材料基因組技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，形成研發(fā)支撐能力，為行業(yè)解決共性問題。

積極踐行創(chuàng)新聯(lián)合體路徑

在集材院成立之前，上海微系統(tǒng)所與硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)在集成電路材料領(lǐng)域已取得一系列重要成果，并將集成電路材料作為未來重要的戰(zhàn)略發(fā)展方向。

中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所是我國(guó)最早開展集成電路研究的科研機(jī)構(gòu)之一,在國(guó)內(nèi)率先開展300mm 大硅片、SOI 材料研究，并成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司是由上海微系統(tǒng)所發(fā)起成立的，于2020 年4 月成功登陸科創(chuàng)板。自成立以來，上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)承擔(dān)多個(gè)國(guó)家科技重大專項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)300mm大硅片從“0”到“1”的巨大突破，發(fā)展成為我國(guó)硅材料領(lǐng)域領(lǐng)軍企業(yè)。

為深化300mm 大硅片的研發(fā)與創(chuàng)新，集材院成立后與上海微系統(tǒng)所、硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)共同組建創(chuàng)新聯(lián)合體，支撐大硅片的可持續(xù)發(fā)展，并先行開展平坦化項(xiàng)目。

項(xiàng)目工作組平日里與合作企業(yè)通過郵件和電話保持溝通，常常半夜還在討論技術(shù)難點(diǎn)，每周還要驅(qū)車往返數(shù)小時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目匯報(bào)。通過努力，集材院工作組收集大批量CMP 來料片的數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理，得到一套針對(duì)徑向厚度變化的測(cè)試處理模型，目前已實(shí)現(xiàn)大硅片量測(cè)系統(tǒng)的部分核心功能，為CMP 工藝各影響條件的精細(xì)化調(diào)整提供理論依據(jù)；并通過流場(chǎng)和拋光液研磨顆粒分布的分析仿真，為大硅片拋光材料的設(shè)計(jì)方案提供參考建議。

成立兩年來，集材院堅(jiān)持以三位一體協(xié)同創(chuàng)新模式為基礎(chǔ)，同時(shí)積極與企業(yè)、高校院所等各類創(chuàng)新機(jī)構(gòu)溝通合作，力求通過開拓性的聯(lián)合創(chuàng)新，破除技術(shù)孤島，將科研成果應(yīng)用至產(chǎn)業(yè)中去，打通科技成果轉(zhuǎn)化的梗阻，使創(chuàng)新成果更快轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。

統(tǒng)籌兼顧產(chǎn)學(xué)研多元化創(chuàng)新

高質(zhì)量發(fā)展，很重要的一點(diǎn)就是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)。對(duì)于較短時(shí)間內(nèi)需要落地的跟隨型國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，需要“產(chǎn)學(xué)研”模式，但原創(chuàng)技術(shù)，則更多地需要“學(xué)研產(chǎn)”，從源頭基礎(chǔ)做起。因此集材院在合作模式上也力求多元化創(chuàng)新，既有“產(chǎn)學(xué)研”，也有“學(xué)研產(chǎn)”，用“兩條腿”穩(wěn)步走路。

面向企業(yè)研發(fā)需求，集材院與之合作開展共性技術(shù)或定制技術(shù)研發(fā)，并在合作企業(yè)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。例如共同解決300mm 大硅片基礎(chǔ)問題、加快光刻材料研發(fā)進(jìn)程、聯(lián)合開發(fā)應(yīng)用于慢病檢測(cè)生物芯片的納米材料等。

面向前沿材料技術(shù)，集材院與高校院所合作，以應(yīng)用為導(dǎo)向開展研發(fā)，并加速轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在過去兩年中，集材院聯(lián)合中科院上海微系統(tǒng)所，啟動(dòng)了氮化鋁薄膜材料基因組項(xiàng)目推動(dòng)5G 濾波器壓電材料研發(fā)，開發(fā)了具有內(nèi)嵌空腔的SOI 襯底（VESOI）并成功應(yīng)用于全包圍環(huán)形柵（GAA）器件的制備。

面向優(yōu)質(zhì)研發(fā)項(xiàng)目，集材院立項(xiàng)培育，產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)成熟后孵化產(chǎn)品企業(yè)。例如，為了打破國(guó)內(nèi)CMP 拋光墊嚴(yán)重依賴進(jìn)口的限制，集材院于2021 年1 月支持成立上海芯謙集成電路有限公司，生產(chǎn)集成電路各節(jié)點(diǎn)所需的各種晶圓制造拋光墊，用于集成電路晶圓的納米級(jí)拋光。成立后，芯謙在廠房建設(shè)、團(tuán)隊(duì)組建、技術(shù)研發(fā)等各方面快速推進(jìn)，目前首片CMP 拋光墊已正式出樣，計(jì)劃2022 年年底在業(yè)務(wù)上取得突破，為我國(guó)CMP 材料行業(yè)新增發(fā)展動(dòng)力。

著力創(chuàng)造材料不凡價(jià)值

從成立之初，集材院就積極響應(yīng)創(chuàng)新的時(shí)代主旋律，緊跟上海加快向具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心進(jìn)軍的步伐，確定了“為集成電路材料而創(chuàng)新”的企業(yè)使命和“建設(shè)成為具有全球影響力的集成電路材料創(chuàng)新平臺(tái)”的企業(yè)愿景。

集材院所堅(jiān)持的創(chuàng)新，并非馳于空想，騖于虛聲，而是以市場(chǎng)為導(dǎo)向，緊貼行業(yè)技術(shù)需求，做到求真求實(shí)。同時(shí)，創(chuàng)新要打開邊界，打開思維，去除自我設(shè)限，勇于成為難題的終結(jié)者。因此，集材院提出了“解放思想，實(shí)事求是”“與研發(fā)為伍，與創(chuàng)新同行”的價(jià)值觀。

除此之外，集材院還有這樣一條特殊的價(jià)值觀，即“不與高校爭(zhēng)名，不與企業(yè)爭(zhēng)利”，這與集材院的特殊定位息息相關(guān)。集材院既有別于高校和科研院所，也有別于企業(yè)的研發(fā)機(jī)構(gòu)，它位于兩者之間，致力于融通技術(shù)與市場(chǎng)兩大板塊，解決我國(guó)現(xiàn)存的科技與經(jīng)濟(jì)“兩張皮”問題，為我國(guó)集成電路材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新打造核心競(jìng)爭(zhēng)力。

無論是目標(biāo)定位還是科研布局，集材院都做了規(guī)劃，但如何更好地履行使命、實(shí)現(xiàn)愿景，最重要的還是人才。近些年，集材院一邊積極招賢納士，一邊自主培養(yǎng)新生力量。對(duì)于年輕一代科研工作者，集材院希望在向著目標(biāo)前進(jìn)的過程中，這批年輕人可以作為主力軍去完成對(duì)集成電路材料創(chuàng)新的追求，把創(chuàng)新的意識(shí)帶給整個(gè)產(chǎn)業(yè)。

2022 年6 月是上海集成電路材料研究院成立兩周年，站在新起點(diǎn)，面向新發(fā)展，集材院對(duì)未來也有著更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃。首先是要繼續(xù)把集材院的建設(shè)工作做好，提高研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化能力；其次以市場(chǎng)化方式與企業(yè)合作研發(fā)，增強(qiáng)自我造血能力；再次是培養(yǎng)一批人才，打造一支創(chuàng)新能力強(qiáng)、業(yè)務(wù)精湛的科研團(tuán)隊(duì)。