為集成電路材料而創新
—— 上海集成電路材料研究院

2022-07-20 01:47:02◎文/蘇祈

中國科技產業 2022年7期

關鍵詞：企業

◎ 文/蘇祈

集成電路是信息技術產業的核心，是支撐經濟社會發展、保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性產業。所謂“一代材料、一代技術、一代產業”，處于制造業上游的集成電路材料，是推動制造技術進步的關鍵環節，在集成電路產業鏈的發展中居于戰略核心位置。

據統計，2021 年全球集成電路材料市場總體規模再創歷史新高，達到642.7 億美元，其中，中國大陸集成電路材料整體市場規模達119.3 億美元，繼續穩居全球第二大材料消費地區。隨著我國新建芯片生產線的產能釋放，我國集成電路材料的市場需求還將持續增長。

當今，集成電路制造技術升級越來越依賴于材料技術的底層突破，材料的每一次創新都是在為集成電路新結構、新器件的開發創造新空間。與此同時，日韓貿易摩擦、瓦森納協議擴大管制范圍等事件也為我國集成電路產業敲響了警鐘。作為集成電路產業的基石，如果材料不能自主可控，那么集成電路產業就無法實現高質量發展。

為加快集成電路材料創新，更好地發展我國集成電路材料產業，2020 年6 月，中國科學院上海微系統與信息技術研究所（以下簡稱上海微系統所）、上海硅產業集團股份有限公司（以下簡稱硅產業集團）共同發起成立上海集成電路材料研究院（以下簡稱集材院），致力于集成電路襯底材料、工藝材料的研發與產業化。集材院以產業需求為導向，通過企業聯合研發、自主立項研發等模式探索可持續發展的技術研發新模式，為加快推動集成電路材料研發及產業化打造創新策源。

答好企業提出的“真問題”

習近平總書記在中國科學院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會、中國科協第十次全國代表大會上的講話中指出：“要發揮企業出題者作用，推進重點項目協同和研發活動一體化，加快構建龍頭企業牽頭、高校院所支撐、各創新主體相互協同的創新聯合體，發展高效強大的共性技術供給體系，提高科技成果轉移轉化成效。”

上海集成電路材料研究院一直堅持以集成電路材料關鍵核心技術研發需求為導向，“研究真問題，形成真榜、實榜”。目前，已有不少“企業出題者”向集材院提出了“真問題”，集材院針對這些“真問題”積極開展研發與攻關。

例如研究300mm 大硅片拉晶難點，聯合中科院上海微系統所優化硅單晶生長設備的熱場設計，改善晶體生長質量、提高晶體生長速度、縮短生產周期、降低生產成本；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大硅片平整度的影響，形成一整套集材料-工藝-設備于一體的大硅片拋光解決方案；利用研發新范式提高材料研發效率，建立光刻材料基因組，以高通量材料制備平臺、短流程器件工藝平臺、高通量材料表征平臺、材料性能數據庫平臺與材料模擬計算平臺為支撐，與協作單位共同開展提升光刻材料研發、篩選、優化與應用效率的研究工作。

集材院“企業出題者”的運營模式使技術需求方、供應方圍繞實際問題走到了一起，共同發力、協同攻關。在與企業合作過程中，集材院充分發揮平臺功能，協同各創新主體，為集成電路材料產業解決真問題。

努力解決產業共性需求

當前，我國在集成電路材料研發中主要存在兩方面的問題。一是行業標準缺失。集成電路芯片先進制造工藝有上千道工序，使用百余種基礎通用材料。由于缺乏全面的評價體系，國產材料必須經過下游芯片廠商的嚴格測試和反復驗證。二是缺乏測試應用認證。集成電路材料研發需要經歷原材料研發、產品研發、應用研究、應用認證，研發周期至少3-5 年。國內企業對集成電路材料性能和關聯工藝研究缺乏，沒有能夠提供全面比測和數據分析的集成電路材料平臺為企業服務。

面對集成電路材料企業在研發標準與測試認證等方面的共性訴求，集材院已從三個方面入手開展相應工作。

一是建設集成電路材料應用研發平臺，為研發機構和企業提供材料表征測試解決方案，將工藝流程和材料研發結合解決集成電路材料產品應用場景缺失的問題，為材料企業加速材料開發提供技術支持。

二是構建集成電路材料相關行業標準和評價體系。發揮集成電路材料應用研發平臺優勢，根據國內下游龍頭芯片廠商的實際使用需求，依托集成電路材料行業現有的標準化產品，由平臺通過大通量比對測試和分析，研究并確定材料關鍵性能的控制指標、分析測試指標、測試操作規范以及制備工藝標準，建立完整的評價體系。

三是組建集成電路材料基因組技術創新平臺。通過集成電路材料行業數據庫，分析企業研發數據，構建材料機理和組分、工藝和集成條件、材料和芯片性能之間關系數據庫和模型，設計并篩選新材料。通過共享資源降低研發成本，提高研發效率、縮短產品研發周期，加速國產集成電路材料創新和企業發展。

在成立的兩年時間里，集材院圍繞集成電路材料產業需求，逐步建立起集成電路材料應用研發平臺與材料基因組技術創新平臺，形成研發支撐能力，為行業解決共性問題。

積極踐行創新聯合體路徑

在集材院成立之前，上海微系統所與硅產業集團在集成電路材料領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略發展方向。

中國科學院上海微系統與信息技術研究所是我國最早開展集成電路研究的科研機構之一,在國內率先開展300mm 大硅片、SOI 材料研究，并成功實現產業化。

上海硅產業集團股份有限公司是由上海微系統所發起成立的，于2020 年4 月成功登陸科創板。自成立以來，上海硅產業集團承擔多個國家科技重大專項，實現300mm大硅片從“0”到“1”的巨大突破，發展成為我國硅材料領域領軍企業。

為深化300mm 大硅片的研發與創新，集材院成立后與上海微系統所、硅產業集團共同組建創新聯合體，支撐大硅片的可持續發展，并先行開展平坦化項目。

項目工作組平日里與合作企業通過郵件和電話保持溝通，常常半夜還在討論技術難點，每周還要驅車往返數小時進行現場項目匯報。通過努力，集材院工作組收集大批量CMP 來料片的數據，結合機器學習技術對其進行大數據處理，得到一套針對徑向厚度變化的測試處理模型，目前已實現大硅片量測系統的部分核心功能，為CMP 工藝各影響條件的精細化調整提供理論依據；并通過流場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計方案提供參考建議。

成立兩年來，集材院堅持以三位一體協同創新模式為基礎，同時積極與企業、高校院所等各類創新機構溝通合作，力求通過開拓性的聯合創新，破除技術孤島，將科研成果應用至產業中去，打通科技成果轉化的梗阻，使創新成果更快轉化為現實生產力。

統籌兼顧產學研多元化創新

高質量發展，很重要的一點就是創新驅動。對于較短時間內需要落地的跟隨型國際先進技術，需要“產學研”模式，但原創技術，則更多地需要“學研產”，從源頭基礎做起。因此集材院在合作模式上也力求多元化創新，既有“產學研”，也有“學研產”，用“兩條腿”穩步走路。

面向企業研發需求，集材院與之合作開展共性技術或定制技術研發，并在合作企業推進產業化。例如共同解決300mm 大硅片基礎問題、加快光刻材料研發進程、聯合開發應用于慢病檢測生物芯片的納米材料等。

面向前沿材料技術，集材院與高校院所合作，以應用為導向開展研發，并加速轉化實現產業化。在過去兩年中，集材院聯合中科院上海微系統所，啟動了氮化鋁薄膜材料基因組項目推動5G 濾波器壓電材料研發，開發了具有內嵌空腔的SOI 襯底（VESOI）并成功應用于全包圍環形柵（GAA）器件的制備。

面向優質研發項目，集材院立項培育，產品技術研發成熟后孵化產品企業。例如，為了打破國內CMP 拋光墊嚴重依賴進口的限制，集材院于2021 年1 月支持成立上海芯謙集成電路有限公司，生產集成電路各節點所需的各種晶圓制造拋光墊，用于集成電路晶圓的納米級拋光。成立后，芯謙在廠房建設、團隊組建、技術研發等各方面快速推進，目前首片CMP 拋光墊已正式出樣，計劃2022 年年底在業務上取得突破，為我國CMP 材料行業新增發展動力。

著力創造材料不凡價值

從成立之初，集材院就積極響應創新的時代主旋律，緊跟上海加快向具有全球影響力的科技創新中心進軍的步伐，確定了“為集成電路材料而創新”的企業使命和“建設成為具有全球影響力的集成電路材料創新平臺”的企業愿景。

集材院所堅持的創新，并非馳于空想，騖于虛聲，而是以市場為導向，緊貼行業技術需求，做到求真求實。同時，創新要打開邊界，打開思維，去除自我設限，勇于成為難題的終結者。因此，集材院提出了“解放思想，實事求是”“與研發為伍，與創新同行”的價值觀。

除此之外，集材院還有這樣一條特殊的價值觀，即“不與高校爭名，不與企業爭利”，這與集材院的特殊定位息息相關。集材院既有別于高校和科研院所，也有別于企業的研發機構，它位于兩者之間，致力于融通技術與市場兩大板塊，解決我國現存的科技與經濟“兩張皮”問題，為我國集成電路材料產業創新打造核心競爭力。

無論是目標定位還是科研布局，集材院都做了規劃，但如何更好地履行使命、實現愿景，最重要的還是人才。近些年，集材院一邊積極招賢納士，一邊自主培養新生力量。對于年輕一代科研工作者，集材院希望在向著目標前進的過程中，這批年輕人可以作為主力軍去完成對集成電路材料創新的追求，把創新的意識帶給整個產業。

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，面向新發展，集材院對未來也有著更為長遠的規劃。首先是要繼續把集材院的建設工作做好，提高研發和產業化能力；其次以市場化方式與企業合作研發，增強自我造血能力；再次是培養一批人才，打造一支創新能力強、業務精湛的科研團隊。