◎ 文/蘇 祈

集成電路是信息技術產(chǎn)業(yè)的核心，是支撐經(jīng)濟社會發(fā)展、保障國家安全的戰(zhàn)略性、基礎性和先導性產(chǎn)業(yè)。所謂“一代材料、一代技術、一代產(chǎn)業(yè)”，處于制造業(yè)上游的集成電路材料，是推動制造技術進步的關鍵環(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，2021 年全球集成電路材料市場總體規(guī)模再創(chuàng)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(guī)模達119.3 億美元，繼續(xù)穩(wěn)居全球第二大材料消費地區(qū)。隨著我國新建芯片生產(chǎn)線的產(chǎn)能釋放，我國集成電路材料的市場需求還將持續(xù)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(chuàng)新都是在為集成電路新結構、新器件的開發(fā)創(chuàng)造新空間。與此同時，日韓貿(mào)易摩擦、瓦森納協(xié)議擴大管制范圍等事件也為我國集成電路產(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)就無法實現(xiàn)高質量發(fā)展。

為加快集成電路材料創(chuàng)新，更好地發(fā)展我國集成電路材料產(chǎn)業(yè)，2020 年6 月，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所（以下簡稱上海微系統(tǒng)所）、上海硅產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司（以下簡稱硅產(chǎn)業(yè)集團）共同發(fā)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(fā)與產(chǎn)業(yè)化。集材院以產(chǎn)業(yè)需求為導向，通過企業(yè)聯(lián)合研發(fā)、自主立項研發(fā)等模式探索可持續(xù)發(fā)展的技術研發(fā)新模式，為加快推動集成電路材料研發(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(xié)第十次全國代表大會上的講話中指出：“要發(fā)揮企業(yè)出題者作用，推進重點項目協(xié)同和研發(fā)活動一體化，加快構建龍頭企業(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)展高效強大的共性技術供給體系，提高科技成果轉移轉化成效?！?/p>

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(fā)需求為導向，“研究真問題，形成真榜、實榜”。目前，已有不少“企業(yè)出題者”向集材院提出了“真問題”，集材院針對這些“真問題”積極開展研發(fā)與攻關。

例如研究300mm 大硅片拉晶難點，聯(lián)合中科院上海微系統(tǒng)所優(yōu)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(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(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、短流程器件工藝平臺、高通量材料表征平臺、材料性能數(shù)據(jù)庫平臺與材料模擬計算平臺為支撐，與協(xié)作單位共同開展提升光刻材料研發(fā)、篩選、優(yōu)化與應用效率的研究工作。

集材院“企業(yè)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(fā)力、協(xié)同攻關。在與企業(yè)合作過程中，集材院充分發(fā)揮平臺功能，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

當前，我國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(chǎn)材料必須經(jīng)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(fā)需要經(jīng)歷原材料研發(fā)、產(chǎn)品研發(fā)、應用研究、應用認證，研發(fā)周期至少3-5 年。國內(nèi)企業(yè)對集成電路材料性能和關聯(lián)工藝研究缺乏，沒有能夠提供全面比測和數(shù)據(jù)分析的集成電路材料平臺為企業(yè)服務。

面對集成電路材料企業(yè)在研發(fā)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(fā)平臺，為研發(fā)機構和企業(yè)提供材料表征測試解決方案，將工藝流程和材料研發(fā)結合解決集成電路材料產(chǎn)品應用場景缺失的問題，為材料企業(yè)加速材料開發(fā)提供技術支持。

二是構建集成電路材料相關行業(yè)標準和評價體系。發(fā)揮集成電路材料應用研發(fā)平臺優(yōu)勢，根據(jù)國內(nèi)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(yè)現(xiàn)有的標準化產(chǎn)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(guī)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(chuàng)新平臺。通過集成電路材料行業(yè)數(shù)據(jù)庫，分析企業(yè)研發(fā)數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)庫和模型，設計并篩選新材料。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用研發(fā)平臺與材料基因組技術創(chuàng)新平臺，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(zhàn)略發(fā)展方向。

中國科學院上海微系統(tǒng)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(nèi)率先開展300mm 大硅片、SOI 材料研究，并成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

上海硅產(chǎn)業(yè)集團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)集團承擔多個國家科技重大專項，實現(xiàn)300mm大硅片從“0”到“1”的巨大突破，發(fā)展成為我國硅材料領域領軍企業(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目。

項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難點，每周還要驅車往返數(shù)小時進行現(xiàn)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(shù)據(jù)，結合機器學習技術對其進行大數(shù)據(jù)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(xiàn)大硅片量測系統(tǒng)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(jù)；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(xié)同創(chuàng)新模式為基礎，同時積極與企業(yè)、高校院所等各類創(chuàng)新機構溝通合作，力求通過開拓性的聯(lián)合創(chuàng)新，破除技術孤島，將科研成果應用至產(chǎn)業(yè)中去，打通科技成果轉化的梗阻，使創(chuàng)新成果更快轉化為現(xiàn)實生產(chǎn)力。

統(tǒng)籌兼顧產(chǎn)學研多元化創(chuàng)新

高質量發(fā)展，很重要的一點就是創(chuàng)新驅動。對于較短時間內(nèi)需要落地的跟隨型國際先進技術，需要“產(chǎn)學研”模式，但原創(chuàng)技術，則更多地需要“學研產(chǎn)”，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(chuàng)新，既有“產(chǎn)學研”，也有“學研產(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或定制技術研發(fā)，并在合作企業(yè)推進產(chǎn)業(yè)化。例如共同解決300mm 大硅片基礎問題、加快光刻材料研發(fā)進程、聯(lián)合開發(fā)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(fā)，并加速轉化實現(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(fā)，開發(fā)了具有內(nèi)嵌空腔的SOI 襯底（VESOI）并成功應用于全包圍環(huán)形柵（GAA）器件的制備。

面向優(yōu)質研發(fā)項目，集材院立項培育，產(chǎn)品技術研發(fā)成熟后孵化產(chǎn)品企業(yè)。例如，為了打破國內(nèi)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(chǎn)集成電路各節(jié)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(fā)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(yè)務上取得突破，為我國CMP 材料行業(yè)新增發(fā)展動力。

著力創(chuàng)造材料不凡價值

從成立之初，集材院就積極響應創(chuàng)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(chuàng)新中心進軍的步伐，確定了“為集成電路材料而創(chuàng)新”的企業(yè)使命和“建設成為具有全球影響力的集成電路材料創(chuàng)新平臺”的企業(yè)愿景。

集材院所堅持的創(chuàng)新，并非馳于空想，騖于虛聲，而是以市場為導向，緊貼行業(yè)技術需求，做到求真求實。同時，創(chuàng)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(fā)為伍，與創(chuàng)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(yè)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(yè)的研發(fā)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(xiàn)存的科技與經(jīng)濟“兩張皮”問題，為我國集成電路材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)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(guī)劃，但如何更好地履行使命、實現(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(chuàng)新的追求，把創(chuàng)新的意識帶給整個產(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，面向新發(fā)展，集材院對未來也有著更為長遠的規(guī)劃。首先是要繼續(xù)把集材院的建設工作做好，提高研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化能力；其次以市場化方式與企業(yè)合作研發(fā)，增強自我造血能力；再次是培養(yǎng)一批人才，打造一支創(chuàng)新能力強、業(yè)務精湛的科研團隊。

為集成電路材料而創(chuàng)新，前路很長，責任很重，但任重而道遠者，不擇地而息，這是集材院的選擇，也是集材院的精神。