9月8日，白露節(jié)氣后的德州仍被熱氣籠罩著。

位于德州經濟技術開發(fā)區(qū)的山東有研半導體材料有限公司正忙得熱火朝天,公司副總經理劉斌來到單晶制備車間,十幾個高大的直拉單晶硅生長爐豎立在車間內,生長爐內是1420攝氏度的超高溫,原輔料多晶硅正在一點點融化。

山東有研半導體材料有限公司的單晶制備車間。

不久前,就是在這里傳出了好消息:8英寸單晶硅棒一次性拉制成功,山東省首根8英寸單晶硅棒“出爐”。這是山東省集成電路產業(yè)的一項重要突破,不僅標志著該產品在新廠區(qū)實現量產,也標志著該尺寸半導體級單晶硅片實現了“山東造”。

從簽約到拉制成功

僅僅用了兩年時間

9月8日,在山東有研半導體材料有限公司的單晶制備車間,直拉一車間帶班長端木榮博和幾名員工正聚精會神地看著儀器上的各種數據?！暗谝桓雽w級八英寸直拉單晶硅棒就是從這個爐子里拉制成功的?！倍四緲s博指著位于車間最里邊的一個生長爐說。

透過玻璃防護罩,記者看到在直拉單晶硅生長爐內,一根新拉制的8英寸單晶硅棒正在生長,石英坩堝里融化的多晶硅就像平時在電視里看到的巖漿,子晶在慢慢地旋轉著,子晶與融化的多晶硅的接觸點,像是太陽耀斑,發(fā)出明亮的金黃色?！皩?00公斤高純度多晶硅放進石英坩堝,用1420攝氏度的超高溫將其融化,通過子晶慢慢拉制成單晶硅棒,拉制一根通常需要70多個小時。”劉斌告訴記者,拉制成功的單晶硅棒如同一支巨大的鉛筆,1.5米長、100多公斤重,呈圓柱體形狀,渾身呈銀灰色,閃閃發(fā)光。

待切割的八英寸單晶硅棒。

單晶硅棒是生產單晶硅片的關鍵性步驟,單晶硅棒經過切片、倒角、研磨、清洗、貼片、拋光等多道工序制備而成的硅片,用于“芯片”的襯底片。

記者了解到,為全力做好有研項目服務工作,德州成立工作專班,研究解決項目建設過程中遇到的難題。在多方努力下,疫情期間,有研公司成為全國唯一一家在疫情期間沒有停工建設的項目工地。

有研半導體項目作為省級重點“頭號”項目,從2018年7月26日簽約,到山東省首根半導體級八英寸直拉單晶硅棒拉制成功,僅僅用了兩年時間。有研集成電路用大尺寸硅材料規(guī)模化生產項目一步步成長起來,不僅對山東有研半導體材料有限公司,對德州、對山東來說,都是新的開始。

直徑越大難度越高

缺陷要控制在納米級

“硅是重要的半導體材料,拉制成功的單晶硅棒被制成硅片,可用于衛(wèi)星、電腦、手機、汽車等領域,是集成電路產業(yè)鏈中重要的基礎材料。硅片直徑越大,對材料和技術的要求就越高,制造難度也越大?！眲⒈笳f。

回憶起第一根單晶硅棒的“出爐”,劉斌很是感慨,他告訴記者,硅單晶的拉制是一個極其復雜的過程,缺陷尺度要控制在納米級,對工藝、材料和設備都有極高要求。

“在拉制過程中,要控制精確溫度和拉速,水、電和氬氣等動力條件的供應穩(wěn)定性要求非常嚴苛,最害怕的就是發(fā)生抖動和能源供應的不穩(wěn)定。比如,外部電網頻閃就容易造成單晶拉制失敗,可能只是短短一秒鐘,但是影響非常大；汶川地震時,千里之外的北京工廠正拉制的硅單晶因液面抖動就壞了。”劉斌指著其中一個生長爐向記者介紹,為避免因抖動受到影響,公司提前請來專家對周圍的地質進行勘測,并且,爐子底座和周圍的土地是分割開的；為保證能源供應的穩(wěn)定性,德州專門為企業(yè)建設了35千伏專用變電站,實行雙回路供電。

12英寸項目明年開工

打造半導體材料基地

據悉,二期年產360萬片12英寸硅片項目計劃明年開工建設,建成投產后,將成為我國北方最大的半導體材料生產基地,可有效輻射北京、天津、無錫、石家莊等我國重要電子信息產業(yè)基地。

“有研項目為促進德州的產業(yè)轉型升級、加快新舊動能轉換提供有力支撐,讓德州乃至全省在全國的集成電路方面有了一席之地。并且,增加了大量就業(yè)機會,投產以后將帶來每年3億-4億元的稅收。未來我們將繼續(xù)為有研做好全方位的服務。”德州經開區(qū)科技創(chuàng)新部部長趙興表示,有研項目必將成為德州“雙招雙引”推動高質量發(fā)展的成功典范,對德州乃至全省發(fā)展新一代信息技術產業(yè)、打造戰(zhàn)略性新興產業(yè)集群、滿足國內集成電路用硅晶需求具有重大而深遠的意義。

據了解,芯片制造主要分為硅片制備、芯片制造、芯片測試與挑選、裝配與封裝、終測五大環(huán)節(jié),硅片制備是第一個環(huán)節(jié),硅片質量對于后續(xù)芯片制造至關重要。

“現在中國進口最多的商品是芯片,進口金額有2000多億美元?！眲⒈蟾嬖V記者,目前中國是全球最大的芯片市場,相當長的一段時間內,由于國內沒有成熟的生產鏈,硅片主要由美國、日本、韓國等原設備供應商供應,國產8英寸半導體級單晶硅片實現“山東造”后,可彌補國內生產半導體集成電路產業(yè)、汽車、計算機、消費電子、通信、工業(yè)、醫(yī)療和國防等產業(yè)對8英寸半導體級單晶硅片的需求,保證國內市場供應硅片安全性及集成電路產業(yè)鏈的完整和穩(wěn)定。同時,降低我國對高品質半導體硅片的進口依賴,滿足我國集成電路產業(yè)對硅襯底基礎材料的迫切要求。