齊魯晚報·齊魯壹點記者 李夢晴 孫文麗 通訊員 趙慶川
9月8日,白露節氣後的德州仍被熱氣籠罩著。
位於德州經濟技術開發區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製備車間,十幾個高大的直拉單晶矽生長爐豎立在車間內,生長爐內是1420攝氏度的超高溫,原輔料多晶矽正在一點點融化。
山東有研半導體材料有限公司的單晶製備車間。
不久前,就是在這裡傳出了好消息:8英寸單晶矽棒一次性拉製成功,山東省首根8英寸單晶矽棒「出爐」。這是山東省集成電路產業的一項重要突破,不僅標誌著該產品在新廠區實現量產,也標誌著該尺寸半導體級單晶矽片實現了「山東造」。
從籤約到拉製成功
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製備車間,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。「第一根半導體級八英寸直拉單晶矽棒就是從這個爐子裡拉製成功的。」端木榮博指著位於車間最裡邊的一個生長爐說。
透過玻璃防護罩,記者看到在直拉單晶矽生長爐內,一根新拉制的8英寸單晶矽棒正在生長,石英坩堝裡融化的多晶矽就像平時在電視裡看到的巖漿,子晶在慢慢地旋轉著,子晶與融化的多晶矽的接觸點,像是太陽耀斑,發出明亮的金黃色。「將200公斤高純度多晶矽放進石英坩堝,用1420攝氏度的超高溫將其融化,通過子晶慢慢拉製成單晶矽棒,拉制一根通常需要70多個小時。」劉斌告訴記者,拉製成功的單晶矽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,閃閃發光。
待切割的八英寸單晶矽棒。
單晶矽棒是生產單晶矽片的關鍵性步驟,單晶矽棒經過切片、倒角、研磨、清洗、貼片、拋光等多道工序製備而成的矽片,用於「晶片」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日籤約,到山東省首根半導體級八英寸直拉單晶矽棒拉製成功,僅僅用了兩年時間。有研集成電路用大尺寸矽材料規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
「矽是重要的半導體材料,拉製成功的單晶矽棒被製成矽片,可用於衛星、電腦、手機、汽車等領域,是集成電路產業鏈中重要的基礎材料。矽片直徑越大,對材料和技術的要求就越高,製造難度也越大。」劉斌說。
回憶起第一根單晶矽棒的「出爐」,劉斌很是感慨,他告訴記者,矽單晶的拉制是一個極其複雜的過程,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定性要求非常嚴苛,最害怕的就是發生抖動和能源供應的不穩定。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,千裡之外的北京工廠正拉制的矽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,並且,爐子底座和周圍的土地是分割開的；為保證能源供應的穩定性,德州專門為企業建設了35千伏專用變電站,實行雙迴路供電。
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英寸矽片項目計劃明年開工建設,建成投產後,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基地。
「有研項目為促進德州的產業轉型升級、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。並且,增加了大量就業機會,投產以後將帶來每年3億-4億元的稅收。未來我們將繼續為有研做好全方位的服務。」德州經開區科技創新部部長趙興表示,有研項目必將成為德州「雙招雙引」推動高質量發展的成功典範,對德州乃至全省發展新一代信息技術產業、打造戰略性新興產業集群、滿足國內集成電路用矽晶需求具有重大而深遠的意義。
據了解,晶片製造主要分為矽片製備、晶片製造、晶片測試與挑選、裝配與封裝、終測五大環節,矽片製備是第一個環節,矽片質量對於後續晶片製造至關重要。
「現在中國進口最多的商品是晶片,進口金額有2000多億美元。」劉斌告訴記者,目前中國是全球最大的晶片市場,相當長的一段時間內,由於國內沒有成熟的生產鏈,矽片主要由美國、日本、韓國等原設備供應商供應,國產8英寸半導體級單晶矽片實現「山東造」後,可彌補國內生產半導體集成電路產業、汽車、計算機、消費電子、通信、工業、醫療和國防等產業對8英寸半導體級單晶矽片的需求,保證國內市場供應矽片安全性及集成電路產業鏈的完整和穩定。同時,降低我國對高品質半導體矽片的進口依賴,滿足我國集成電路產業對矽襯底基礎材料的迫切要求。
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考察多個省市最終落戶德州
坐上高鐵,僅用一個多小時就從北京到德州,從高鐵站不到10分鐘路程,就來到了山東有研半導體材料有限公司的新廠區。
據了解,山東有研半導體材料有限公司是位於北京的有研科技集團有限公司的下屬子公司,是有研集成電路用大尺寸矽材料規模化生產項目的建設者。項目總投資80億元,目前已入選山東省新舊動能轉換重大項目庫,並列入2019年度重點項目。項目包括兩個部分,分別為年產276萬片8英寸集成電路用矽片和年產360萬片12英寸集成電路用大矽片。
「來德州,我們來對了。」公司總工程師肖清華十分感慨。隨著這些年有研半導體材料有限公司的發展,在北京的生產空間逐漸緊張,公司必須尋求新的產業發展區域。他們先後去天津、唐山、山西以及山東德州等多地調研考察,最終選擇落戶德州。