揭秘中國首條8英寸MEMS中試線：解決國產(chǎn)MEMS技術(shù)瓶頸

來源：MEMS

微訪談：上海工研院8英寸研發(fā)中試線管理團隊

訪談背景：上海微技術(shù)工業(yè)研究院（中文簡稱：上海工研院；英文簡稱：SITRI）成立于2013年，由上海市科學技術(shù)委員會、嘉定區(qū)政府和中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所發(fā)起成立，是集研發(fā)、工程、產(chǎn)業(yè)化及培育于一體的研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺，為創(chuàng)新企業(yè)及合作伙伴提供深度工藝技術(shù)支持和服務(wù)。上海工研院在上海聯(lián)和投資有限公司服務(wù)國家戰(zhàn)略、做科創(chuàng)發(fā)展先行者排頭兵戰(zhàn)略使命的指導下，依托中國科學院上海微系統(tǒng)所“三位一體”創(chuàng)新架構(gòu)模式建立，通過上海微系統(tǒng)所技術(shù)力量的支撐以及上海新微科技集團投資運營模式的支持，與國內(nèi)外眾多的產(chǎn)、學、研組織建立了緊密的合作關(guān)系，實現(xiàn)創(chuàng)新成果的高效率產(chǎn)業(yè)化，加速“超越摩爾”產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)建立。為深入了解上海工研院的平臺建設(shè)與服務(wù)進展情況，麥姆斯咨詢近期采訪了8英寸研發(fā)中試線管理團隊。

麥姆斯咨詢：2013年，上海市科學技術(shù)委員會、嘉定區(qū)政府和中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所三方共建上海工研院，今年剛好是上海工研院成立十周年，請介紹這十年中的里程碑事件。

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：2016年，我們開始建設(shè)研發(fā)中試線；2017年通線，所有設(shè)備都對標IC大廠標準，為中試到量產(chǎn)的無縫對接打下了堅實的基礎(chǔ)；2018年，在工信部指導下牽頭成立國家智能傳感器創(chuàng)新中心；2020年，新冠疫情期間，上海工研院傳感器團隊攻克了技術(shù)難關(guān)，使溫度傳感器芯片的月產(chǎn)能從320萬顆提升到640萬顆，全年累計出貨超過4700萬顆，占全球占有率60%，驗證了研發(fā)中試線小批量量產(chǎn)的能力，并被上海市委、市政府授予“上海市抗擊新冠肺炎疫情先進集體”榮譽稱號，同時還獲得國務(wù)院的嘉獎；同年，與上海大學共建微電子學院，同年發(fā)布硅光平臺和氮化鋁平臺PDK 1.0；2021年，硅光平臺發(fā)布PDK 2.0；今年6月，在市、區(qū)兩級政府的全力支持下，與上汽集團合作，成立了上海汽車芯片工程中心。

麥姆斯咨詢：在企業(yè)資質(zhì)及榮譽方面，上海工研院取得了哪些成績？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：上海工研院是上海市第一家研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺, 現(xiàn)已被認定為高新技術(shù)企業(yè)、上海市企業(yè)技術(shù)中心、上海市“專精特新”中小企業(yè)及上海市院士專家服務(wù)中心、上海市專利工作試點企業(yè)，是工信部國家中小企業(yè)公共服務(wù)平臺共建單位，國家發(fā)改委、科技部“全面改革創(chuàng)新任務(wù)”揭榜企業(yè)，國務(wù)院國資委“科改示范”企業(yè)。

麥姆斯咨詢：作為國內(nèi)首條8英寸“超越摩爾”研發(fā)中試線，其研發(fā)定位、特色及建設(shè)情況（包括硬件和軟件）如何？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：我們的研發(fā)中試線的設(shè)備對標IC大廠的標準，采用的都是IC主流設(shè)備和MEMS專用設(shè)備。這樣就保證了研發(fā)、中試到量產(chǎn)轉(zhuǎn)化過程的無縫對接。我們的業(yè)務(wù)定位是研發(fā)與中試并重，既要“仰望天空”，又要“腳踏實地”，研發(fā)與中試量產(chǎn)的比例可以動態(tài)調(diào)整，充分利用各種有利條件，腳踏實地，為國家的MEMS和硅光產(chǎn)業(yè)打基礎(chǔ)、做貢獻。

麥姆斯咨詢：目前，研發(fā)中試線已經(jīng)完成了哪些關(guān)鍵工藝開發(fā)？還計劃布局哪些工藝？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：目前研發(fā)中試線除了具備集成電路相關(guān)的工藝積累以外，還開發(fā)了一些MEMS特殊工藝如SOI、深硅刻蝕、噴膠、晶圓鍵合、干膜、VOx、AlN、PZT、聚酰亞胺、多層光學薄膜生長及刻蝕等。這些工藝已經(jīng)廣泛應用在壓力傳感器、溫濕度傳感器、紅外熱電堆、非制冷紅外探測器、慣性傳感器、微流控、基因檢測、病毒檢測、MEMS揚聲器等產(chǎn)品上。

2023年我們又投入了一些資金增加了金屬蒸發(fā)、剝離釋放、臨時鍵合/解鍵合等設(shè)備，相信未來一定會使研發(fā)和中試量產(chǎn)的速度更快，效率更高，可以更好地為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

麥姆斯咨詢：研發(fā)中試線在MEMS成套工藝驗證與方案優(yōu)化方面進展如何？實現(xiàn)了哪些MEMS產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：因為汽車芯片是未來一個重要方向，所以我們已經(jīng)啟動了IATF16949的培訓，并在項目研發(fā)中啟用了APQP程序，確保從項目評估到量產(chǎn)的每一個步驟都質(zhì)量可控，從而確保研發(fā)出來的產(chǎn)品都可以穩(wěn)定進入量產(chǎn)。

我們目前已經(jīng)實現(xiàn)了非制冷紅外探測器、微流控打印頭、PCR病毒檢測、基因測序、壓力傳感器、加速度計、熱電堆溫度傳感器等產(chǎn)品的量產(chǎn)。

麥姆斯咨詢：從MEMS工藝研發(fā)到批量化生產(chǎn)，存在哪些困難？上海工研院如何幫助客戶解決這些困難？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：從MEMS工藝研發(fā)到量產(chǎn)，最主要的困難還是工藝的穩(wěn)定性。另外，MEMS設(shè)計師往往對工藝不是很清楚，也導致研發(fā)的工藝無法快速進入量產(chǎn)。

上海工研院采取的方法就是在項目啟動前，讓我們的研發(fā)人員和客戶技術(shù)人員進行充分和深入的技術(shù)方案交流，把上海工研院的設(shè)備和工藝能力以及我們的技術(shù)和經(jīng)驗積累融入客戶的產(chǎn)品設(shè)計中，這樣就使后續(xù)的工藝開發(fā)更簡單、更快速。

麥姆斯咨詢：近些年，壓電MEMS領(lǐng)域保持高度活躍，從材料體系到器件類型，越來越豐富多元化，推動萬物互聯(lián)的智能化應用。請重點介紹上海工研院在壓電MEMS領(lǐng)域的投資與布局情況。

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：壓電MEMS作為新材料類MEMS近幾年確實非?；钴S，尤其是氮化鋁作為FBAR的壓電薄膜材料更是引起了非常多的技術(shù)人員進入這一領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)，更引起大批的投資機構(gòu)將大量資金投入這一領(lǐng)域。

上海工研院從2018年開始就在壓電氮化鋁方面投入巨資，吸引一流人才隊伍和世界一流的設(shè)備，開展相關(guān)工藝和器件的研究開發(fā)。目前我們已經(jīng)購買了氮化鋁濺射及刻蝕、Mo金屬濺射及刻蝕、膜厚光學測量、膜厚trimming等全套設(shè)備，開展了FBAR、超聲波流量、水聽器等方面的開發(fā)，并發(fā)表了一批高水平學術(shù)論文。

麥姆斯咨詢：未來比較看好哪些MEMS產(chǎn)品方向？有何市場驅(qū)動因素？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：從近兩年市場來看，可能受疫情和地緣政治沖突等因素影響，消費類MEMS似乎不是很好，尤其是手機、手環(huán)等市場下降較多。但是新能源汽車、5G通信驅(qū)動自動駕駛/輔助駕駛以及VR/AR/MR日趨成為現(xiàn)實，因此車規(guī)級MEMS應該會越來越重要，而且用量越來越多。比如車規(guī)級IMU、磁傳感器、MEMS微鏡、非制冷紅外探測器、RF MEMS等都會呈市場上漲趨勢。

此外，因受地緣政治沖突等因素影響，進口替代趨勢加強，驅(qū)動國內(nèi)一些廠商盡可能采用國產(chǎn)器件，這為國內(nèi)MEMS廠商提供了非常好的機遇，比如工業(yè)級的傳感器也應是我們關(guān)注的領(lǐng)域。

麥姆斯咨詢：硅光也是研發(fā)中試線的核心技術(shù)方向之一，請問在成套/集成工藝及PDK方面進展如何？有哪些產(chǎn)品進入規(guī)?；慨a(chǎn)階段？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：硅光是我們研發(fā)中試線非常核心的技術(shù)方向，而且相比MEMS更早期一點，更有先發(fā)優(yōu)勢，所以我們在這方面更是投入了大量設(shè)備，比如可以保證90nm分辨率的ArF***，Ge/GeSi外延等。我們在2021年發(fā)布了硅光無源PDK 1.0，2022年又發(fā)布了硅光有源PDK 2.0。今年第四季度，我們將會發(fā)布90nm PDK，器件庫性能指標全面達到國際先進水平。

在硅光工藝平臺的產(chǎn)品方面，有一些已經(jīng)進入了工程批驗證階段。例如，基于薄硅集成工藝的光收發(fā)芯片，基于SiN集成工藝的光纖陀螺芯片等，這些產(chǎn)品通過硅光工藝平臺的技術(shù)實現(xiàn)了更高的性能和更小的體積。

麥姆斯咨詢：2010年之后，硅光技術(shù)開發(fā)已逐漸從學術(shù)興趣驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌鲂枨篁?qū)動，在通信、傳感、計算等領(lǐng)域的發(fā)展如火如荼，未來看好哪些硅光產(chǎn)品方向？上海工研院如何積極應對？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：在硅光技術(shù)的發(fā)展中，通信、傳感、計算等領(lǐng)域的發(fā)展確實非常活躍。高速光通信是硅光技術(shù)當前最成熟的應用領(lǐng)域，隨著數(shù)據(jù)傳輸需求的不斷增長，市場也會不斷擴大。硅光傳感器可以通過利用光的特性實現(xiàn)高靈敏度、高分辨率的測量，也是硅光初創(chuàng)公司最多的領(lǐng)域，有著非常廣泛的應用潛力。光計算則是硅光技術(shù)最有想象空間的應用領(lǐng)域，硅光計算芯片可以利用光的并行性，克服傳統(tǒng)電子芯片所面臨的功耗和時延問題，提供更高的計算效率，一旦突破，將會對整個信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。

上海工研院在硅光技術(shù)領(lǐng)域也積極應對市場需求。首先是進一步提升量產(chǎn)能力，主要是提升Fab與工藝的穩(wěn)定性，進而提升產(chǎn)品的良率與交期。其次，作為研發(fā)中試平臺，也要積極布局研發(fā)新型硅光工藝，如多材料融合集成工藝，讓平臺能夠滿足各類硅光傳感器產(chǎn)品，光計算產(chǎn)品的應用需求。

麥姆斯咨詢：在研發(fā)中試線日常管理與運行中，你們?nèi)绾胃纳乒に囐|(zhì)量、提升產(chǎn)品良率？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：我們在研發(fā)中試線建設(shè)期就通過了ISO9001認證，現(xiàn)在又開始了IATF16949的培訓，在項目研發(fā)到量產(chǎn)過程中又嚴格執(zhí)行APQP程序，這確保了我們從研發(fā)到量產(chǎn)的質(zhì)量保證。

在產(chǎn)線管理方面，我們嚴格執(zhí)行設(shè)備定期保養(yǎng)制度、設(shè)備offline SPC監(jiān)控、產(chǎn)品inline參數(shù)SPC監(jiān)控，產(chǎn)線運行有EAP保證，工藝開發(fā)盡可能考慮到設(shè)備能力和正常工藝波動，所有這些措施都可以保證工藝穩(wěn)定，進而提高產(chǎn)線良率。

麥姆斯咨詢：在客戶知識產(chǎn)權(quán)（IP）保護方面，研發(fā)中試線建立哪些基本的管理制度？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：公司建立了完善的知識產(chǎn)權(quán)管理制度，包括《知識產(chǎn)權(quán)管理辦法》、《專利管理辦法》、《商標管理辦法》、《知識產(chǎn)權(quán)獎勵辦法》。2020年，通過了上海市專利導航項目驗收。

麥姆斯咨詢：“工藝研發(fā)、設(shè)計服務(wù)、測試服務(wù)”三大服務(wù)與培育平臺如何協(xié)同助力客戶取得成功？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：“工藝研發(fā)”作為上海工研院最重要的業(yè)務(wù)，也是硬件投入最大的一塊，旨在為客戶提供工藝代工服務(wù)，降低MEMS客戶的準入門檻，加速MEMS傳感器的產(chǎn)業(yè)化。上海工研院在“測試服務(wù)”方面也投入超過6000萬元建立了一些MEMS傳感器的測試、標定能力，也是為了降低“start-up”客戶的研發(fā)成本，從而助力MEMS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而“設(shè)計服務(wù)”作為必不可少的重要一環(huán)，和“工藝研發(fā)”緊密配合，幫助產(chǎn)線畫版圖、制作光罩。另外，“設(shè)計服務(wù)”也會幫助一些沒有非常強設(shè)計能力的客戶做一些器件設(shè)計、開發(fā)、封裝測試的服務(wù)工作。

麥姆斯咨詢：上海工研院以研發(fā)中試線為服務(wù)基礎(chǔ)，以技術(shù)研發(fā)和工藝提升為服務(wù)宗旨，在產(chǎn)業(yè)培育方面結(jié)出哪些碩果？

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：上海工研院圍繞上海建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心的核心任務(wù)，把握信息技術(shù)發(fā)展的歷史機遇和時代紅利，對標學習國際一流半導體研發(fā)中心比利時imec，以全球視野引入人才和世界水平研發(fā)中心的管理理念和運行機制，開展超越摩爾（MtM）領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新、中試孵化、構(gòu)建超越摩爾產(chǎn)業(yè)集群。經(jīng)過10年發(fā)展，初步形成了“1+N”的中試孵化和企業(yè)培育格局，圍繞超越摩爾8英寸研發(fā)中試線，培育了20多家超越摩爾產(chǎn)品公司及創(chuàng)新載體，累計估值超100億元。

麥姆斯咨詢：上海工研院還與上海大學共建微電子學院，構(gòu)建高校教學和工程化人才相嚙合的培育體系，請簡單介紹一下產(chǎn)教融合方面的階段性成果。

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：上海工研院與上海大學共建了上海大學微電子學院，通過“引產(chǎn)入教”探索產(chǎn)教融合協(xié)同育人新機制，創(chuàng)新企業(yè)聯(lián)聘教師用人機制，打造服務(wù)集成電路產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)的新體系課程，為國家和上海市重大戰(zhàn)略提供人才支撐。截至目前，累計培養(yǎng)碩博研究生112人，完成產(chǎn)業(yè)人才培訓1066人次，輸出行業(yè)人才228名，已為上海市乃至長三角地區(qū)構(gòu)筑了一個集成電路人才高地。

麥姆斯咨詢：最后，請談?wù)勎磥砦迥陣鴥?nèi)“超越摩爾”代工行業(yè)的發(fā)展趨勢，以及上海工研院研發(fā)中試線的發(fā)展規(guī)劃及遠景目標。

8英寸研發(fā)中試線管理團隊：隨著智慧城市、智能家居、自動/輔助駕駛、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域的發(fā)展，作為數(shù)據(jù)來源的MEMS傳感器一定會快速發(fā)展。而且MEMS作為新興行業(yè)也將大有可為。

上海工研院研發(fā)中試線會抓住這一機遇，爭取更多的社會資本投入上海工研院研發(fā)中試線，并借上海汽車芯片工程中心的建設(shè)進一步提高能力和擴大產(chǎn)能，開展一些國家急需的高端MEMS傳感器的研發(fā)和中試量產(chǎn)，解決行業(yè)卡脖子問題。

8英寸研發(fā)中試線管理團隊介紹：

李衛(wèi)寧：研發(fā)中試線負責人，全面負責研發(fā)中試線的日常運行管理工作，具有30多年國際先進半導體技術(shù)研發(fā)工作和管理經(jīng)驗，曾任職于上海先進半導體、新加坡特許半導體公司（GlobalFoundries）等半導體公司。

趙洪波：研發(fā)中試線資深總監(jiān)，負責工藝工程部、生產(chǎn)制造部以及廠務(wù)部的日常管理工作，具有20多年半導體工藝開發(fā)和管理經(jīng)驗，曾任職于中芯國際（上海/寧波）等半導體公司。

孫梅：總經(jīng)理助理，負責質(zhì)量/EHS、倉儲部的日常管理工作，具有20多年質(zhì)量管控、工廠運行等管理經(jīng)驗，曾任職于江蘇索爾思、浙江合波等半導體公司。

婁亮 博士：上海市海外高層次引進人才，研發(fā)中試線-MEMS工藝集成技術(shù)總監(jiān)，負責MEMS器件工藝研發(fā)及流片，具有14年8英寸研發(fā)中試線開發(fā)經(jīng)驗，曾任職于新加坡微電子研究院（IME）。

汪巍 博士：科技部技術(shù)專家、上海市海外高層次引進人才，研發(fā)中試線-硅光工藝集成技術(shù)總監(jiān)，負責硅基光電工藝開發(fā)及對外流片服務(wù)，具有15年以上硅基光電子工藝和器件研發(fā)經(jīng)驗，曾任職于新加坡國立大學（NUS）。

審核編輯 黃宇