2017/6/30 11:25:58
从实验室成果到工厂量产，一个产品有很长一段路要走，中试就是必经阶段。在上海嘉定工业区北区，备受关注的国内首条8英寸“超越摩尔”研发中试线已进入最后的设备调试阶段，这条将影响中国半导体产业的中试线将于8月投入使用。
从一路追随到“换道超车”
在日常生活中，我们几乎每时每刻都被“隐形”的传感器所包围。以智能手机为例，内部装载了加速度计、MEMS麦克风、指纹识别等二三十个传感器。在智能硬件、工业制造、健康医疗、车联网等诸多领域，传感器都有广阔的应用空间。近年来国内传感器市场年均增速超过20%，市场规模超千亿元。
然而，目前全球传感器市场主要由美国、日本等几家龙头企业主导，中国八成以上传感器都靠进口。核心技术尚未突破、纠缠于低端竞争等因素，制约着国内传感器产业的发展。
英特尔创始人之一的戈登·摩尔提出了着名的“摩尔定律”，即集成电路上可容纳的元器件数目每隔18—24个月会增加一倍，性能随之提升一倍。循着这一轨迹，中国企业一路跟随国外巨擘，但始终难以望其项背。
那么问题是，我们是否一定要遵循“摩尔定律”？
据估算，“摩尔定律”技术路线的投资量级是百亿美元，而“超越摩尔”技术路线的投资量级仅为亿美元，且产品种类丰富。遵循这一思路，2013年5月，聚焦“超越摩尔”领域的上海微技术工业研究院在市领导和嘉定区的支持下成立，其使命是助力上海在传感器等新兴领域有所突破。
8英寸研发中试线成为工研院的发力点。中试线根据“超越摩尔”产品技术特点部署了MEMS、3D集成、MR磁传感、功率及生物等相关工艺和量测设备，可承担产品研发、小批量生产、技术培训、设备验证等服务，为企业走通从实验室到市场化的“最后一公里”搭建平台。
6月底“试水”，8月底投运
8英寸“超越摩尔”研发中试线所在园区内，装运工人将一台台价值不菲的半导体机台，通过起重机运送至厂房二楼。6月底，这条中试线将启动试运行，8月底将正式投入使用。
在中试线厂房旁，分布着氢气站、氮气站、氩气站等多个气站，这些气站将为中试线提供各种所需气体。南侧的配套厂房内除了变电站，还设有纯水站，自来水通过设备过滤后，将产出电阻率达到18.2兆欧的超纯水。所谓超纯水，就是把水中的导电介质几乎完全去除，并将不离解的胶体物质、气体及有机物降至极低程度的水，用于清洗半导体原材料等。
进入中试线洁净室是个“大工程”，穿戴上抗静电的洁净服、鞋子、手套、口罩后，还需经过风淋房，将身上的微尘全部吹走。在要求最为严苛的十级洁净室，一分钟内每立方英尺的空间内大于0.2微米的微尘必须少于10颗。
为了使微尘数量达标，厂房设计可谓“别有洞天”。层高8.8米的二楼分为3层，主要设备在中间层，看不见的上下两层除了铺设供应气体和化学品的管道外，还布满了用于“清洗”空气的设施。如此大费周章的原因就是，一旦硅片沾染微尘，可能致其失效。
洁净室共有4个区域，分别为光刻区、薄膜区、刻蚀区和扩散区，硅片将在这些区域里多次循环，接受100—200道工序的“淬炼”后成为晶圆成品。
在光刻区，通过涂胶、光刻、显影等工序后，硅片上会留下所需图形，为防止光刻胶变性，光刻区使用的是黄色光，因此又被称为“黄光区”；在薄膜区，铝、钛、氧化硅等金属和非金属，经过特殊工艺后会沉积在硅片上，形成一层薄膜；刻蚀区分为干刻区和湿刻区，通过气相腐蚀、溶液与待刻蚀材料之间的化学反应等不同方式，形成传感器的结构；在扩散区，硅片将接受热氧化、扩散、清洗等工艺。
从4英寸、6英寸，到8英寸、12英寸，虽然制造工艺更为复杂，但考虑到可降低单颗芯片成本，近年来传统半导体行业的晶圆尺寸越做越大，但在“超越摩尔”领域，目前业界还普遍使用6英寸产线，工研院为何选择8英寸？“一片8英寸晶圆直径达20厘米，分布着几百颗到数万颗不等的元器件，根据需要切割成相应规格。”上海微技术工业研究院8英寸研发中试线厂长、运营副总裁游家杰说道，“8英寸是目前国际‘超越摩尔’领域公认的领先技术，应该说是当下的最佳选择。”
走通“最后一公里”
从位于嘉定工业区北区的8英寸研发中试线，到城北路235号上海微技术工业研究院，这段约4公里的路程，未来将成为众多传感器企业走向市场化进程中的“必经之路”。
纵观国内“超越摩尔”领域，一些知名代工厂因结果导向，往往只承接工艺兼容且短期就能获益的业务，这使得诸多小微企业的创新之路举步维艰。
从前期研发到后期测试，必须走通这个“闭环”，产品才有上市的可能。为此，工研院加紧建设8英寸研发中试线的同时，早已建成技术分析、晶圆测试、MEMS成品测试等多个工程服务实验室，可为研发企业提供“一条龙”服务。
除了提供技术支持，工研院还致力于“超越摩尔”领域和物联网行业初创团队的投资与孵化。
在资金扶持方面，工研院联合国家集成电路产业投资基金等产业资本，共同设立“超越摩尔”产业基金，规模达50亿元；在产业化平台方面，工研院建立了“超越摩尔”领域的孵化器和加速器。
工研院产业合作副总裁朱佳骐告诉记者，为营造“超越摩尔”产业创新生态，工研院在全球范围内布局创新网络，在美国硅谷、台湾新竹、法国格勒诺布尔等地设有办公室及研发中心，并发起成立了成员数量已达300余家的“中国传感器与物联网产业联盟”。