從實驗室成果到工廠量產(chǎn)，一個產(chǎn)品有很長一段路要走，中試就是必經(jīng)階段。在上海嘉定工業(yè)區(qū)北區(qū)，備受關(guān)注的國內(nèi)首條8英寸“超越摩爾”研發(fā)中試線已進入最后的設備調(diào)試階段，這條將影響中國半導體產(chǎn)業(yè)的中試線將于8月投入使用。

從一路追隨到“換道超車”

在日常生活中，我們幾乎每時每刻都被“隱形”的傳感器所包圍。以智能手機為例，內(nèi)部裝載了加速度計、MEMS麥克風、指紋識別等二三十個傳感器。在智能硬件、工業(yè)制造、健康醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等諸多領(lǐng)域，傳感器都有廣闊的應用空間。近年來國內(nèi)傳感器市場年均增速超過20%，市場規(guī)模超千億元。

然而，目前全球傳感器市場主要由美國、日本等幾家龍頭企業(yè)主導，中國八成以上傳感器都靠進口。核心技術(shù)尚未突破、糾纏于低端競爭等因素，制約著國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

英特爾創(chuàng)始人之一的戈登·摩爾提出了著名的“摩爾定律”，即集成電路上可容納的元器件數(shù)目每隔18—24個月會增加一倍，性能隨之提升一倍。循著這一軌跡，中國企業(yè)一路跟隨國外巨擘，但始終難以望其項背。

那么問題是，我們是否一定要遵循“摩爾定律”？

據(jù)估算，“摩爾定律”技術(shù)路線的投資量級是百億美元，而“超越摩爾”技術(shù)路線的投資量級僅為億美元，且產(chǎn)品種類豐富。遵循這一思路，2013年5月，聚焦“超越摩爾”領(lǐng)域的上海微技術(shù)工業(yè)研究院在市領(lǐng)導和嘉定區(qū)的支持下成立，其使命是助力上海在傳感器等新興領(lǐng)域有所突破。

8英寸研發(fā)中試線成為工研院的發(fā)力點。中試線根據(jù)“超越摩爾”產(chǎn)品技術(shù)特點部署了MEMS、3D集成、MR磁傳感、功率及生物等相關(guān)工藝和量測設備，可承擔產(chǎn)品研發(fā)、小批量生產(chǎn)、技術(shù)培訓、設備驗證等服務，為企業(yè)走通從實驗室到市場化的“最后一公里”搭建平臺。

6月底“試水”，8月底投運

8英寸“超越摩爾”研發(fā)中試線所在園區(qū)內(nèi)，裝運工人將一臺臺價值不菲的半導體機臺，通過起重機運送至廠房二樓。6月底，這條中試線將啟動試運行，8月底將正式投入使用。

在中試線廠房旁，分布著氫氣站、氮氣站、氬氣站等多個氣站，這些氣站將為中試線提供各種所需氣體。南側(cè)的配套廠房內(nèi)除了變電站，還設有純水站，自來水通過設備過濾后，將產(chǎn)出電阻率達到18.2兆歐的超純水。所謂超純水，就是把水中的導電介質(zhì)幾乎完全去除，并將不離解的膠體物質(zhì)、氣體及有機物降至極低程度的水，用于清洗半導體原材料等。

進入中試線潔凈室是個“大工程”，穿戴上抗靜電的潔凈服、鞋子、手套、口罩后，還需經(jīng)過風淋房，將身上的微塵全部吹走。在要求最為嚴苛的十級潔凈室，一分鐘內(nèi)每立方英尺的空間內(nèi)大于0.2微米的微塵必須少于10顆。

為了使微塵數(shù)量達標，廠房設計可謂“別有洞天”。層高8.8米的二樓分為3層，主要設備在中間層，看不見的上下兩層除了鋪設供應氣體和化學品的管道外，還布滿了用于“清洗”空氣的設施。如此大費周章的原因就是，一旦硅片沾染微塵，可能致其失效。

潔凈室共有4個區(qū)域，分別為光刻區(qū)、薄膜區(qū)、刻蝕區(qū)和擴散區(qū)，硅片將在這些區(qū)域里多次循環(huán)，接受100—200道工序的“淬煉”后成為晶圓成品。

在光刻區(qū)，通過涂膠、光刻、顯影等工序后，硅片上會留下所需圖形，為防止光刻膠變性，光刻區(qū)使用的是黃色光，因此又被稱為“黃光區(qū)”；在薄膜區(qū)，鋁、鈦、氧化硅等金屬和非金屬，經(jīng)過特殊工藝后會沉積在硅片上，形成一層薄膜；刻蝕區(qū)分為干刻區(qū)和濕刻區(qū)，通過氣相腐蝕、溶液與待刻蝕材料之間的化學反應等不同方式，形成傳感器的結(jié)構(gòu)；在擴散區(qū)，硅片將接受熱氧化、擴散、清洗等工藝。

從4英寸、6英寸，到8英寸、12英寸，雖然制造工藝更為復雜，但考慮到可降低單顆芯片成本，近年來傳統(tǒng)半導體行業(yè)的晶圓尺寸越做越大，但在“超越摩爾”領(lǐng)域，目前業(yè)界還普遍使用6英寸產(chǎn)線，工研院為何選擇8英寸？“一片8英寸晶圓直徑達20厘米，分布著幾百顆到數(shù)萬顆不等的元器件，根據(jù)需要切割成相應規(guī)格?！鄙虾Ｎ⒓夹g(shù)工業(yè)研究院8英寸研發(fā)中試線廠長、運營副總裁游家杰說道，“8英寸是目前國際‘超越摩爾’領(lǐng)域公認的領(lǐng)先技術(shù)，應該說是當下的最佳選擇?！?/p>

走通“最后一公里”

從位于嘉定工業(yè)區(qū)北區(qū)的8英寸研發(fā)中試線，到城北路235號上海微技術(shù)工業(yè)研究院，這段約4公里的路程，未來將成為眾多傳感器企業(yè)走向市場化進程中的“必經(jīng)之路”。

縱觀國內(nèi)“超越摩爾”領(lǐng)域，一些知名代工廠因結(jié)果導向，往往只承接工藝兼容且短期就能獲益的業(yè)務，這使得諸多小微企業(yè)的創(chuàng)新之路舉步維艱。

從前期研發(fā)到后期測試，必須走通這個“閉環(huán)”，產(chǎn)品才有上市的可能。為此，工研院加緊建設8英寸研發(fā)中試線的同時，早已建成技術(shù)分析、晶圓測試、MEMS成品測試等多個工程服務實驗室，可為研發(fā)企業(yè)提供“一條龍”服務。

除了提供技術(shù)支持，工研院還致力于“超越摩爾”領(lǐng)域和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)初創(chuàng)團隊的投資與孵化。

在資金扶持方面，工研院聯(lián)合國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金等產(chǎn)業(yè)資本，共同設立“超越摩爾”產(chǎn)業(yè)基金，規(guī)模達50億元；在產(chǎn)業(yè)化平臺方面，工研院建立了“超越摩爾”領(lǐng)域的孵化器和加速器。

工研院產(chǎn)業(yè)合作副總裁朱佳騏告訴記者，為營造“超越摩爾”產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)，工研院在全球范圍內(nèi)布局創(chuàng)新網(wǎng)絡，在美國硅谷、臺灣新竹、法國格勒諾布爾等地設有辦公室及研發(fā)中心，并發(fā)起成立了成員數(shù)量已達300余家的“中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。