芯思想 | 電科裝備首臺(tái)CMP進(jìn)入中芯國(guó)際大生產(chǎn)線，國(guó)產(chǎn)裝備開(kāi)始新征程

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2017 年 11 月 21 日，從中芯國(guó)際天津廠傳來(lái)一個(gè)振奮的消息：由中電科電子裝備集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“電科裝備”）研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 200mm CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）設(shè)備，進(jìn)入中芯國(guó)際 8 寸大生產(chǎn)線進(jìn)行產(chǎn)線驗(yàn)證。

國(guó)家“千人計(jì)劃”CMP 專家顧海洋博士表示，這是國(guó)產(chǎn) CMP 設(shè)備首次進(jìn)入集成電路大生產(chǎn)線驗(yàn)證，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)線驗(yàn)證的空白，推動(dòng)著我國(guó)集成電路核心裝備產(chǎn)業(yè)化邁上新征程。

據(jù)介紹，該套 200mm CMP 設(shè)備由拋光、清洗、晶圓傳輸三大模塊組成，按照國(guó)際最先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠滿足集成電路晶圓制造中所有復(fù)雜平坦化工藝需求，包括 STI、ILD、contactor、metal line 等；同時(shí)滿足 TSV、MEMS 等新領(lǐng)域的平坦化工藝要求，適用于主流半導(dǎo)體材料，包括氧化物、氮化物、硅、鎢、銅、鉭、鋁等，以及特殊材料（如聚合物等）。

據(jù)悉，該套設(shè)備在交付前已經(jīng)在公司進(jìn)行 3 個(gè)批次近 10000 片工藝試驗(yàn)，性能指標(biāo)經(jīng)中芯國(guó)際測(cè)試可以滿足工藝需求，已經(jīng)達(dá)到設(shè)備進(jìn)廠在線驗(yàn)證要求。在接下來(lái)的 6 個(gè)月里，200mm CMP 設(shè)備要正式接受大生產(chǎn)的考驗(yàn)，設(shè)備的可靠性和一致性將經(jīng)受嚴(yán)格考核。

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作為集成電路制造七大關(guān)鍵設(shè)備之一，CMP 設(shè)備是構(gòu)造集成電路平坦化及多層互連結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工藝設(shè)備，是集成電路制造進(jìn)入 0.35 微米以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)而引入的工藝技術(shù)，用于支撐集成電路制造特征線寬不斷微細(xì)化對(duì)光刻景深的要求，目前 CMP 已經(jīng)成為集成電路制造的標(biāo)準(zhǔn)工藝，而國(guó)產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用還處于空白狀態(tài)。

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談及 CMP 設(shè)備的重要性時(shí)，顧海洋博士解釋說(shuō)，CMP 的原理是利用拋光液化學(xué)刻蝕和拋光墊機(jī)械摩擦的綜合平衡作用，對(duì)晶圓表面材料進(jìn)行精細(xì)去除。所以 CMP 在集成電路制造中的作用，首先是用于芯片制造前道工藝中的平坦化、器件隔離、器件構(gòu)造，其次是芯片制造后道工藝的金屬互連。同時(shí)，CMP 是集成電路硅片制造表面精細(xì)拋光的重要工藝制程，也是實(shí)現(xiàn)集成電路 3D TSV 封裝工藝的關(guān)鍵工藝手段。

顧海洋博士用一個(gè)淺顯的例子來(lái)說(shuō)明平坦化，如果把 8 英寸晶圓擴(kuò)大到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)的面積，在這個(gè)面積范圍內(nèi)，CMP 平坦化效果最低點(diǎn)與最高點(diǎn)的高度差小于 0.05mm，在 22nm 制造技術(shù)節(jié)點(diǎn)中，這個(gè)高度差僅有 0.01mm。正是這高精尖的技術(shù)，讓 CMP 設(shè)備成為工業(yè)母機(jī)中的“珠穆朗瑪峰”。

產(chǎn)用合作典范在國(guó)家 02 科技重大專項(xiàng)的支持下，憑借在電子工業(yè)專用設(shè)備領(lǐng)域的突出優(yōu)勢(shì)和技術(shù)積淀，2015 年，電科裝備 45 所積極承擔(dān)了國(guó)家 02 專項(xiàng)課題“CMP 后清洗及光學(xué)終點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)”的科研攻關(guān)任務(wù)。先后突破了 10 余項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，完成技術(shù)改進(jìn) 50 余項(xiàng)，申報(bào)國(guó)內(nèi)外專利 43 項(xiàng)，取得 CMP 基礎(chǔ)技術(shù)、應(yīng)用工藝、核心零部件、整機(jī)等多項(xiàng)成果，逐漸形成了完整的 CMP 技術(shù)體系，涵蓋了 CMP 主要核心技術(shù)，具備 200mm 及 300mmCMP 工藝研發(fā)和客戶工藝示范能力。

當(dāng)筆者問(wèn)及為何要先做 200mm CMP 設(shè)備時(shí)，顧海洋博士表示，國(guó)際上主流 CMP 設(shè)備廠商，如美國(guó)的應(yīng)用材料公司從 2003 年開(kāi)始已經(jīng)停止了 200mm CMP 設(shè)備生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)全球設(shè)備公司認(rèn)為集成電路制造線逐步轉(zhuǎn)向 300mm 制造線，國(guó)際主流設(shè)備公司紛紛轉(zhuǎn)為主攻 300mm 設(shè)備市場(chǎng)。但是，從 2010 年開(kāi)始，由于通信和移動(dòng)市場(chǎng)中的 LCD 驅(qū)動(dòng)、電源管理、指紋辨識(shí)等芯片的需求激增，特別是當(dāng)今汽車、物聯(lián)網(wǎng)芯片、MEMS 器件和一些第三代半導(dǎo)體器件制造都是在 200mm 制造線上進(jìn)行，全球集成電路行業(yè)在 200mm 晶圓廠容量和 200mm 設(shè)備方面都嚴(yán)重短缺，晶圓制造一直在尋求擴(kuò)大 200mm 制造線的能力。

中芯國(guó)際天津?qū)⒁蛟熳畲蟮?8 寸晶圓制造基地，月產(chǎn) 15 萬(wàn) 8 寸晶圓，對(duì)設(shè)備的需求非常大。但目前國(guó)際市場(chǎng)幾乎沒(méi)有任何新的 200mm 設(shè)備可用，就是二手的 200mm 設(shè)備，價(jià)格也是天天看漲。

電科裝備就是瞄準(zhǔn)這個(gè)巨大的場(chǎng)空間，主動(dòng)找到中芯國(guó)際。你有情，我有意，雙方一拍即合。在中芯國(guó)際工程師的大力配合下，從試驗(yàn)機(jī)型到商用機(jī)型，都非常高效的完成。

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點(diǎn)評(píng)

首先，CMP 進(jìn)入中芯國(guó)際大生產(chǎn)線驗(yàn)證，是我國(guó)集成電路制造關(guān)鍵裝備種類的突破，同時(shí)也表明我們裝備制造單位能夠抓住市場(chǎng)需求方向，面向市場(chǎng)需求進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的能力。

第二，提升了我們裝設(shè)備制造單位研發(fā)集成電路制造設(shè)備的信心。

相信只要我們裝備單位沿著用戶需求的方向，通過(guò)各方面的支持，特別是我們集成電路制造單位的支持和互動(dòng)，我們國(guó)家的集成電路裝備產(chǎn)業(yè)將發(fā)展的越來(lái)越好。

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