看不见的“战场”
文/ 华润微电子 华润微电子 2019-07-18


一块芯片或许只有指甲盖那般大小,一根头发的直径约是80-90微米。一块小小的芯片,1微米级的差距,何以在集成电路研发领域引起轰动,乃至关系到整个国家的信息安全?

微纳制造是新一代信息功能器件的核心技术,在国家中长期科技发展规划纲要中被确定为重点领域的优先主题,是引领未来社会发展的22项前沿技术之一。在集成电路制造过程中,需要用光掩模(又称光罩,MASK)在一次曝光中把设计的图形转移到硅片上, 它对半导体的作用就相当于照相机的胶卷底片。光掩模是微纳制造和集成电路等领域的核心器件,是微纳制造的“模具”和基准。

光掩模可应用于航空航天、军事、国防、集成电路、消费电子、MEMS、光电子、新能源和科学研究的各个领域,具有自主知识产权的掩模制造技术,能高质量地保证数据安全性,对于国家信息安全至关重要。涉密的专用集成电路和特别项目类芯片,如果由国外公司制作掩模,势必存在很大的泄密风险,然而长期以来,微纳掩模的制造主要被国外企业垄断。华润微电子历经了六年攻关,在高精度微纳结构掩模制造核心技术上做出重大突破,解决了衍射对分辨率的影响,最终用1微米设备实现了50nm分辨率,增强了公司对外竞争力,维护了国家的集成电路安全。

无锡迪思微电子有限公司(前身是华润微电子掩模工厂)是国内最早从事光掩模制造的专业国有企业,拥有国内领先的光掩模制造设备、技术工艺、质量控制和信息安全保护措施。中科院微电子所和华润在技术、标准、平台共享及市场互补等方面合作近20年,早在2003年双方就研发“微纳结构‘自上而下’制备核心技术与集成应用”项目踏上了共同合作的征途,公司依托政府资金支持,组建了自己的研发团队。然而在此之前,华润微电子内部谁也没有接触过微纳掩模,项目研发初期,困难接踵而至。

首先遇到的“拦路虎”是净化环境,研发所需的洁净室内要求空气洁净度等级为1级(指每立方英尺空气中大于等于0。1微米粒径的尘埃数量不超过1颗),而实际因为过滤器老化,部分1级洁净室的洁净度等级已降至10级甚至百级。为了找到满足研发需求的净化环境,项目组员工手持检测仪,扫描了洁净室所有的过滤器,直至确认适合研发的环境。

光掩模的精度误差,直接影响信息产品的质量。缺陷是影响光掩模良率的主要因素,在生产过程中会因为工艺的不稳定性、化学品的纯度、设备的性能等综合因素不可避免,为了提高良率,工程技术人员对相关工序逐个排查,在度过了一个又一个辗转反侧的夜晚后,灵感在深夜“突袭”了项目负责人。

清洗工序是微纳研发的关键,在先进的清洗设备未到位前,项目组员工没有“等靠要”,而是积极地对原有设备进行技改。为了取得精确的数据,他们长时间匍匐在机器下方,打着手电筒观察水泵压力表,记录批量数据进行分析;腐蚀机台没有自动清洗泵,他们就连续多日手动清洗验证。

随着技术节点的提升,水雾问题成了微纳掩模研发的又一大“拦路虎”,解决不好会直接影响掩模的使用寿命。工程技术人员从成分分析着手,重新确定了清洗液的化学配比,还通过调整清洗液温度和流量反复进行试验,在前前后后优化修改了30多次清洗程序后,终于找到了匹配的工艺。

六年,攻关过程中发生的类似故事犹如夜空繁星,不胜枚举。“志于道,据于德,依于仁,游于艺”,项目组的团队人员始终将这项技术攻关视为一份可以持之以恒、奋斗终生的事业。为了打破外国垄断,为了国家的集成电路安全,在微米级的“战场”上,始终跃动着一颗“中国芯”。

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