大国重器获进展 中国芯片高端装备迈向新征程

2017-12-19     科技日报     访问次数: 0

  大国重器 芯片高端装备迈向新征程


  ——中电科电子装备集团有限公司砥砺攻关国家02专项纪实


  孙友芳


  日前,中电科电子装备集团有限公司(以下简称电科装备)传来好消息,自主研发的国内首台中束流离子注入机在中芯国际大生产线上稳定流片逾200万,首台200mmCMP设备实现了销售。这是电科装备承担“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”科技重大专项(以下简称02专项)所取得重大成果的缩影。


  9年间,电科装备共承担了02专项“90—65nm大角度离子注入机研发及产业化”“封装设备关键部件与核心技术”“45—22nm低能大束流离子注入机研发及产业化”“28—14nm抛光设备及成套工艺、材料产业化”“300mm超薄晶圆减薄抛光一体机研发与产业化”等项目。


  9年来,在02专项的支持下,电科装备先后突破了离子注入机、化学机械抛光设备(CMP)等若干攻关难度大、带动力强的集成电路关键装备核心技术;取得了发明专利授权146项,获得了省部级以上奖励22项;建成了符合SEMI标准的离子注入机批量制造平台、设立博士后科研工作站;CMP研发平台获批“北京市化学机械平坦化工艺设备工程技术研究中心”;国产首台离子注入机、200mmCMP设备进入中芯国际大生产线,先进封装设备具备集成服务能力,进入国内先进封装龙头企业……


  千锤百炼 抒写国芯基石的责任与担当


  集成电路芯片是信息时代的核心基石,集成电路制造技术代表着当今世界超精密制造的最高水平,集成电路产业已成为影响社会、经济和国防的安全保障与综合竞争力的战略性产业。


  然而,由于集成电路产业资金密集型、技术密集型、人才密集型的特点,长期以来,我国集成电路产业一直受到西方在先进制造装备、材料和工艺等方面的种种制约,高端芯片主要依赖进口。我国集成电路产品连续多年每年进口额超过2000亿美元,超过石油成为最大宗进口产品。


  为实现自主创新发展,2008年国家启动02专项,主攻装备、工艺和材料的自主创新。


  北京市经信委主任张伯旭表示,高端装备和材料从无到有填补产业链空白,制造工艺与封装集成由弱渐强走向世界参与国际竞争,表明国家科技重大专项打造集成电路制造创新体系的阶段性目标已经实现。在近几年我国集成电路产业的蓬勃发展中,重大专项发挥了显著的创新引领和技术支撑作用。


  在02专项的高端装备攻关中,电科装备发挥了举足轻重的作用。


  电科装备是中国电子科技集团公司(以下简称中国电科)的全资子公司,成立于2013年,由中国电科二所、四十五所和四十八所及其11家控股公司整合而成,地跨北京、太原、长沙、上海等六省市八园区。


  成立以来,电科装备高举电子制造装备国家队的旗帜,发扬能吃苦、讲奉献、肯坚守的“十年磨一剑”装备精神,按照“重点突破、平台支撑、局部成套、集成服务”的发展思路,坚持创新发展,坚持军民融合,坚持装备报国,攻克了集成电路制造关键装备离子注入机、化学机械抛光设备等关键技术,解决了一批制约我国军工电子元器件自主可控发展的“卡脖子”问题,支撑了半导体和新兴电子元器件产业的快速发展,抒写了大国重器的责任与担当。


  依托多年集成电路核心装备领域技术积累和军工科研生产技术的底蕴,电科装备形成了高端显示、光伏新能源、动力电池材料等泛半导体装备局部成套和集成服务能力,大幅提升装备国产化率。目前是国内主要集成电路装备、最大的高端显示装备、光伏制造装备、动力电池材料制造装备供应商,具备集成电路局部成套和系统集成能力,具备完整的光伏产业链和整线交钥匙能力。


  打破垄断 锻造出离子注入机国产品牌


  突破关键技术,取得发明专利101项,国际专利2项,已实现系列化产品并用于中芯国际90nm、55nm、40nm、28nm工艺生产线……这是电科装备承担02专项两个离子注入机研发项目所取得的部分成果。


  离子注入机是集成电路制造至关重要的核心装备——主要是将粒子注入到半导体材料中,从而控制半导体材料的导电性能,进而形成PN结等集成电路器件的基本单元。


  作为国内唯一一家集研发、制造、服务于一体的离子注入机供应商,电科装备在承担了02专项后,在离子注入机研发方面,一年迈上一个新台阶。


  2014年,12英寸中束流离子注入机以优秀等级通过国家02专项实施管理办公室组织的验收。2015年,在中芯国际先后完成了55nm、45nm和40nm小批量产品工艺验证,国产首台中束流离子注入机率先实现了量产晶圆过百万片。2016年,推出满足高端工艺的新机型45—22nm低能大束流离子注入机,中束流、低能大束流系列产品批量应用于IC大线。2017年,离子注入机批量制造条件厂房及工艺实验室投入使用,具备符合SEMI标准的产业化平台,年产能达50台,并应用信息化管理系统实现离子注入机批量制造全程质量控制及追溯。


  “积厚成器,对于装备制造业来说,不仅要关注单台设备的开发,在一定范围内成套供应,形成平台化的生产能力更加重要。”董事长、党委书记刘济东强调,电科装备自主研发的离子注入机打破了高端市场被美日垄断的局面,打造了离子注入机国产品牌。


  零的突破 国产200mmCMP进入中芯产线验证


  11月21日,电科装备自主研发的200mmCMP商用机完成内部测试,发往中芯国际天津公司进行上线验证。这是国产200mmCMP设备首次进入集成电路大生产线,有效解决了制约我国集成电路产业自主可控发展的瓶颈问题。


  CMP是集成电路制造七大关键设备之一,用于平坦化工艺及铜互联工艺。


  电科装备迎难而上,两端发力。在承担“十二五”02专项“28—14nm抛光设备及成套工艺、材料产业化”项目的同时,面向国内市场的紧迫需求,自主投入研制200mmCMP商用设备,形成300mm、200mm设备研发齐头并进、相互支撑的局面。

  从2015年1月开始,电科装备CMP设备研发团队用无数的不眠之夜,终浇灌出CMP设备产业化之花:突破了10余项关键技术,完成了技术改进50余项,终于在2017年8月成功研发出了国内首台拥有完全自主知识产权的200mmCMP商用机,成功打破国外技术封锁垄断。经严格的万片“马拉松”测试,该设备目前可媲美国际同类设备。


  据悉,在接下来的6个月里,200mm CMP设备要正式接受大生产的考验,设备的可靠性和一致性将经受严格考核。


  成套供应 先进封装关键设备批量应用于龙头企业


  封装设备累计销售2000余台套,已经批量应用于长电科技、通富微电、苏州晶方等国内知名封测企业——在高端封装设备领域,电科装备已经形成局部成套的供应能力。


  “十一五”以来,在02专项的支持下,电科装备先后承担了300mm超薄晶圆减薄抛光一体机以及封装设备关键部件与核心技术等技术和产品开发项目。


  如今,电科装备研发的倒装芯片键合机、自动晶圆减薄机、全自动精密划片机达到国内领先、国际先进水平;并以自主研发的设备建设了集成电路先进封装设备局部工艺验证线,为持续提升国产集成电路封装设备的稳定性和可靠性提供良好的平台。


  “在设备开发的时候就需要以工艺需求为导向展开设备设计和制造,并且不断地进行工艺验证。”刘济东说。


  目前,封装设备工艺验证线具备三大功效:一是验证设备、验证工艺,将减薄、划切、倒装、引线键合等设备在验证线上进行稳定性、可靠性、工艺适应性的考核验证;二是验证设备批量化生产,提升设备批量交付的能力;三是强化局部成线的能力,为提供整体解决方案积累经验。


  责任呼唤担当,使命引领未来。


  电科装备作为电子制造装备领域的国家队,将秉承装备报国的重任,打造电子高端装备“大国重器”,铸就国芯基石。未来,围绕攻克集成电路制造核心装备关键技术,电科装备将坚持科技创新和产业投入双轮驱动,持续发力。围绕装备和装备产业支撑下的相关产业,着力提升产业化水平,通过内整外联、聚集资源,建设北京集成电路装备创新中心和产业化基地、中国电科(山西)电子信息科技创新产业园和长沙光伏装备产业园,服务国家和地方发展;同时,培育智能制造电子细分行业标准制定、智能装备制造和智能制造系统解决方案的能力,成为国内主流的智能制造骨干企业、智能制造系统解决方案供应商之一。


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