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集成电路生长我国填补国内空白 12硅单晶炉助我国IC驶入快车道

单晶炉是直拉法制备硅单晶的关键技术装备,所制备的硅单晶主要用于集成电路元件和太阳能电池。在我国,以单晶炉为代表的晶体生长设备一直存在核心技术缺乏的问题,高端产品均为国外公司所垄断,在很大程度上制约了我国超大规模集成电路和太阳能产业的发展。近日,西安理工大学和北京有色金属研究总院承担的“TDR-150型单晶炉”项目通过验收,填补了国内12英寸无位错硅单晶生长设备的空白,为我国集成电路向低成本、大直径发展提供了巨大推动力。

2007年5月24日,国家863计划超大规模集成电路(IC)配套材料重大专项总体组在北京组织专家对西安理工大学和北京有色金属研究总院承担的“TDR-150型单晶炉(12英寸MCZ综合系统)”完成了验收。这标志着拥有自主知识产权的大尺寸集成电路与太阳能用硅单晶生长设备,在我国首次研制成功。验收专家组评价TDR-150型单晶炉性能稳定可靠,运行平稳,填补了国内12英寸无位错硅单晶生长设备的空白,对我国集成电路产业向低成本的大直径、超大规模发展起到积极促进作用,同时可以满足光伏产业提供太阳能级硅单晶生长需要,市场潜力巨大。

锐意创新百“炼”成“晶”

“单晶炉是直拉法制备硅单晶的关键技术装备,所制备的硅单晶主要用于集成电路元件和太阳能电池。在过去,我国以单晶炉为代表的晶体生长设备一直存在核心技术缺乏的问题,高端产品均为国外公司所垄断,在很大程度上制约了我国超大规模集成电路的发展。因此,有关这一课题的研发也成为几代学人不懈努力渴望攻关的方向。”西安理工大学校长、“TDR-150型单晶炉”课题负责人刘丁教授在接受中国知识产权报记者采访时指出。

据刘丁介绍,硅单晶作为现代信息社会的关键支撑材料,是目前世界上最重要的单晶材料之一,也是发展计算机与集成电路的主要功能材料。发达国家国民经济GDP增长部分的65%与IC工业相关,而全球90%以上的IC都要采用硅材料。而单晶炉是IC工业前工序制备硅单晶的电子专用设备,是现代制造技术与晶体生长工艺技术完美结合的体现,是新一代集机、电、光、仪、计算机一体化的装备,对电子工业特别是微电子工业的发展做出了重要贡献。

从2003年起,在世界部分国家硅单晶已经小有成就而中国曙光方露的压力下,西安理工大学工厂与北京有色金属研究总院毅然承担了国家高技术研究计划(863计划)TDR-150型单晶炉课题的研究和攻关任务。课题组围绕目标,在进行了大量理论研究、综合设计和单元实验的基础上,在机械总体设计、自动控制系统设计与实现、制造工艺设计等方面取得了多项创新性成果。其中,发表学术论文5篇、申请专利8项、制定行业标准1部。历经3年努力,在对国外同炉型产品进行全面细致消化和吸收的基础上,结合我国实际,终于完成了从整机设计到样机制造的全过程,研制成功了TDR-150型单晶炉,并成功研制了直径12英寸无位错硅单晶。

“课题组所完成的TDR-150型单晶炉性能稳定可靠,运行平稳,填补了国内12英寸无位错硅单晶生长设备的空白。已研制成功的设备可用于大尺寸电子级硅单晶和高档太阳能电池硅单晶的生产,并具有很高的性价比。依托单位已具备产业化生产能力。”在验收了课题后,以清华大学自动化系教授、博士生导师杨耕为组长的验收专家组做出了高度评价,并在863计划课题验收结论意见表上郑重签字。

破冰国际垄断渐入产业化佳境

据直接参与该课题研发的工程陈巨才介绍,目前硅圆片的主流是8英寸(全球有200余条硅圆片生产线),但是从全球2004年的晶圆片投资可以看出,北美、欧洲、日本、韩国及台湾地区几乎是清一色的12英寸硅圆片工艺。2006年12英寸硅圆片生产线计划再建31条到2010年全球接近90条(每条线投资20亿~30亿美元),而我国目前只有北京中芯国际、无锡海力士ST两条。在8英寸线及12英寸线上的硅片的供应商几乎全部是国外公司。国产单晶炉总体技术水平只能满足国内6英寸及6英寸以下生产线硅片生产要求,而且国产单晶炉的研发始终保持与我国IC同步发展的态势,其总体性能与国外同类炉型相比,基本相当。而且,限于硅材料研究、晶体生长工艺技术及相配套的关键材料、检测手段等制约,我国集成电路向低成本的大直径、超大规模发展之路在很长时间之内陷入困境。TDR—150型单晶炉生长12英寸硅单晶的研发成功则为打破国外产品垄断的局面开启了破冰之旅。

“本次研发的产品打破了西方工业发达国家的技术封锁与垄断,使我国能够开发具有自主知识产权的关键制造技术与单晶炉生产设备,填补了国内空白,初步改变了在晶体生长设备领域研发制造受制于人的局面。”西安理工大学工厂党委书记张存库在接受中国知识产权报记者采访时指出,“该课题的完成对我国微电子和光伏产业的发展起到了促进作用。本次研发的设备性价比高,市场竞争力强。在产业发展的大好局面下,该项目为企业培育了新的经济增长点,TDR-150型单晶炉的产业化将给企业带来显著的经济效益,企业有望在可持续发展的道路上愈走愈宽阔。从社会效益方面来说,我们所从事的事业是国家当前亟待迅速发展的IT业、PV业,是朝阳工业,极具生命力。”

(来源:中国电子市场网)


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