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 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(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的山東有研半導(dǎo)體材料有限公司正忙得熱火朝天，公司副總經(jīng)理劉斌來到單晶制備車間，十幾個(gè)高大的直拉單晶硅生長爐豎立在車間內(nèi)，生長爐內(nèi)是1420攝氏度的超高溫，原輔料多晶硅正在一點(diǎn)點(diǎn)融化。

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(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)重要突破，不僅標(biāo)志著該產(chǎn)品在新廠區(qū)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，也標(biāo)志著該尺寸半導(dǎo)體級(jí)單晶硅片實(shí)現(xiàn)了“山東造”。

從簽約到拉制成功僅僅用了兩年時(shí)間

9月8日，在山東有研半導(dǎo)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(huì)神地看著儀器上的各種數(shù)據(jù)。“第一根半導(dǎo)體級(jí)八英寸直拉單晶硅棒就是從這個(gè)爐子里拉制成功的。”端木榮博指著位于車間最里邊的一個(gè)生長爐說。

透過玻璃防護(hù)罩，記者看到在直拉單晶硅生長爐內(nèi)，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(shí)在電視里看到的巖漿，子晶在慢慢地旋轉(zhuǎn)著，子晶與融化的多晶硅的接觸點(diǎn)，像是太陽耀斑，發(fā)出明亮的金黃色。“將200公斤高純度多晶硅放進(jìn)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(gè)小時(shí)。”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。

單晶硅棒是生產(chǎn)單晶硅片的關(guān)鍵性步驟，單晶硅棒經(jīng)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(xiàng)目服務(wù)工作，德州成立工作專班，研究解決項(xiàng)目建設(shè)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(shè)的項(xiàng)目工地。

有研半導(dǎo)體項(xiàng)目作為省級(jí)重點(diǎn)“頭號(hào)”項(xiàng)目，從2018年7月26日簽約，到山東省首根半導(dǎo)體級(jí)八英寸直拉單晶硅棒拉制成功，僅僅用了兩年時(shí)間。有研集成電路用大尺寸硅材料規(guī)模化生產(chǎn)項(xiàng)目一步步成長起來，不僅對(duì)山東有研半導(dǎo)體材料有限公司，對(duì)德州、對(duì)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(jí)

“硅是重要的半導(dǎo)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(jī)、汽車等領(lǐng)域，是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中重要的基礎(chǔ)材料。硅片直徑越大，對(duì)材料和技術(shù)的要求就越高，制造難度也越大。”劉斌說。

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(gè)極其復(fù)雜的過程，缺陷尺度要控制在納米級(jí)，對(duì)工藝、材料和設(shè)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(dòng)力條件的供應(yīng)穩(wěn)定性要求非常嚴(yán)苛，最害怕的就是發(fā)生抖動(dòng)和能源供應(yīng)的不穩(wěn)定。比如，外部電網(wǎng)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(shí)，千里之外的北京工廠正拉制的硅單晶因液面抖動(dòng)就壞了。”劉斌指著其中一個(gè)生長爐向記者介紹，為避免因抖動(dòng)受到影響，公司提前請(qǐng)來專家對(duì)周圍的地質(zhì)進(jìn)行勘測(cè)，并且，爐子底座和周圍的土地是分割開的；為保證能源供應(yīng)的穩(wěn)定性，德州專門為企業(yè)建設(shè)了35千伏專用變電站，實(shí)行雙回路供電。

12英寸項(xiàng)目明年開工打造半導(dǎo)體材料基地

據(jù)悉，二期年產(chǎn)360萬片12英寸硅片項(xiàng)目計(jì)劃明年開工建設(shè)，建成投產(chǎn)后，將成為我國北方最大的半導(dǎo)體材料生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)基地。

“有研項(xiàng)目為促進(jìn)德州的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、加快新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)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(jī)會(huì)，投產(chǎn)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(wù)。”德州經(jīng)開區(qū)科技創(chuàng)新部部長趙興表示，有研項(xiàng)目必將成為德州“雙招雙引”推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的成功典范，對(duì)德州乃至全省發(fā)展新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、打造戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群、滿足國內(nèi)集成電路用硅晶需求具有重大而深遠(yuǎn)的意義。

據(jù)了解，芯片制造主要分為硅片制備、芯片制造、芯片測(cè)試與挑選、裝配與封裝、終測(cè)五大環(huán)節(jié)，硅片制備是第一個(gè)環(huán)節(jié)，硅片質(zhì)量對(duì)于后續(xù)芯片制造至關(guān)重要。

“現(xiàn)在中國進(jìn)口最多的商品是芯片，進(jìn)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芯片市場(chǎng)，相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，由于國內(nèi)沒有成熟的生產(chǎn)鏈，硅片主要由美國、日本、韓國等原設(shè)備供應(yīng)商供應(yīng)，國產(chǎn)8英寸半導(dǎo)體級(jí)單晶硅片實(shí)現(xiàn)“山東造”后，可彌補(bǔ)國內(nèi)生產(chǎn)半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)、汽車、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、通信、工業(yè)、醫(yī)療和國防等產(chǎn)業(yè)對(duì)8英寸半導(dǎo)體級(jí)單晶硅片的需求，保證國內(nèi)市場(chǎng)供應(yīng)硅片安全性及集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的完整和穩(wěn)定。同時(shí)，降低我國對(duì)高品質(zhì)半導(dǎo)體硅片的進(jìn)口依賴，滿足我國集成電路產(chǎn)業(yè)對(duì)硅襯底基礎(chǔ)材料的迫切要求。