8英寸“超越摩尔”研发中试线，解决MEMS与硅光技术瓶颈
2023-09-12 19:32:24 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
上海工研院是集研发、工程、产业化及培育于一体的研发与转化功能型平台，为创新企业及合作伙伴提供深度工艺技术支持和服务，目前已经实现了非制冷红外探测器、微流控打印头、PCR病毒检测、基因测序、压力传感器、加速度计、热电堆温度传感器等产品量产。
微访谈：上海工研院8英寸研发中试线管理团队
访谈背景：上海微技术工业研究院（中文简称：上海工研院；英文简称：SITRI）成立于2013年，由上海市科学技术委员会、嘉定区政府和中国科学院上海微系统与信息技术研究所发起成立，是集研发、工程、产业化及培育于一体的研发与转化功能型平台，为创新企业及合作伙伴提供深度工艺技术支持和服务。上海工研院在上海联和投资有限公司服务国家战略、做科创发展先行者排头兵战略使命的指导下，依托中国科学院上海微系统所“三位一体”创新架构模式建立，通过上海微系统所技术力量的支撑以及上海新微科技集团投资运营模式的支持，与国内外众多的产、学、研组织建立了紧密的合作关系，实现创新成果的高效率产业化，加速“超越摩尔”产业生态系统建立。为深入了解上海工研院的平台建设与服务进展情况，麦姆斯咨询近期采访了8英寸研发中试线管理团队。
麦姆斯咨询：2013年，上海市科学技术委员会、嘉定区政府和中国科学院上海微系统与信息技术研究所三方共建上海工研院，今年刚好是上海工研院成立十周年，请介绍这十年中的里程碑事件。
8英寸研发中试线管理团队：2016年，我们开始建设研发中试线；2017年通线，所有设备都对标IC大厂标准，为中试到量产的无缝对接打下了坚实的基础；2018年，在工信部指导下牵头成立国家智能传感器创新中心；2020年，新冠疫情期间，上海工研院传感器团队攻克了技术难关，使温度传感器芯片的月产能从320万颗提升到640万颗，全年累计出货超过4700万颗，占全球占有率60%，验证了研发中试线小批量量产的能力，并被上海市委、市政府授予“上海市抗击新冠肺炎疫情先进集体”荣誉称号，同时还获得国务院的嘉奖；同年，与上海大学共建微电子学院，同年发布硅光平台和氮化铝平台PDK 1.0；2021年，硅光平台发布PDK 2.0；今年6月，在市、区两级政府的全力支持下，与上汽集团合作，成立了上海汽车芯片工程中心。
麦姆斯咨询：在企业资质及荣誉方面，上海工研院取得了哪些成绩？
8英寸研发中试线管理团队：上海工研院是上海市第一家研发与转化功能型平台, 现已被认定为高新技术企业、上海市企业技术中心、上海市“专精特新”中小企业及上海市院士专家服务中心、上海市专利工作试点企业，是工信部国家中小企业公共服务平台共建单位，国家发改委、科技部“全面改革创新任务”揭榜企业，国务院国资委“科改示范”企业。
麦姆斯咨询：作为国内首条8英寸“超越摩尔”研发中试线，其研发定位、特色及建设情况（包括硬件和软件）如何？
8英寸研发中试线管理团队：我们的研发中试线的设备对标IC大厂的标准，采用的都是IC主流设备和MEMS专用设备。这样就保证了研发、中试到量产转化过程的无缝对接。我们的业务定位是研发与中试并重，既要“仰望天空”，又要“脚踏实地”，研发与中试量产的比例可以动态调整，充分利用各种有利条件，脚踏实地，为国家的MEMS和硅光产业打基础、做贡献。
麦姆斯咨询：目前，研发中试线已经完成了哪些关键工艺开发？还计划布局哪些工艺？
8英寸研发中试线管理团队：目前研发中试线除了具备集成电路相关的工艺积累以外，还开发了一些MEMS特殊工艺如SOI、深硅刻蚀、喷胶、晶圆键合、干膜、VOx、AlN、PZT、聚酰亚胺、多层光学薄膜生长及刻蚀等。这些工艺已经广泛应用在压力传感器、温湿度传感器、红外热电堆、非制冷红外探测器、惯性传感器、微流控、基因检测、病毒检测、MEMS扬声器等产品上。
2023年我们又投入了一些资金增加了金属蒸发、剥离释放、临时键合/解键合等设备，相信未来一定会使研发和中试量产的速度更快，效率更高，可以更好地为客户提供更优质的服务。
麦姆斯咨询：研发中试线在MEMS成套工艺验证与方案优化方面进展如何？实现了哪些MEMS产品的批量化生产？
8英寸研发中试线管理团队：因为汽车芯片是未来一个重要方向，所以我们已经启动了IATF16949的培训，并在项目研发中启用了APQP程序，确保从项目评估到量产的每一个步骤都质量可控，从而确保研发出来的产品都可以稳定进入量产。
我们目前已经实现了非制冷红外探测器、微流控打印头、PCR病毒检测、基因测序、压力传感器、加速度计、热电堆温度传感器等产品的量产。
麦姆斯咨询：从MEMS工艺研发到批量化生产，存在哪些困难？上海工研院如何帮助客户解决这些困难？
8英寸研发中试线管理团队：从MEMS工艺研发到量产，最主要的困难还是工艺的稳定性。另外，MEMS设计师往往对工艺不是很清楚，也导致研发的工艺无法快速进入量产。
上海工研院采取的方法就是在项目启动前，让我们的研发人员和客户技术人员进行充分和深入的技术方案交流，把上海工研院的设备和工艺能力以及我们的技术和经验积累融入客户的产品设计中，这样就使后续的工艺开发更简单、更快速。
麦姆斯咨询：近些年，压电MEMS领域保持高度活跃，从材料体系到器件类型，越来越丰富多元化，推动万物互联的智能化应用。请重点介绍上海工研院在压电MEMS领域的投资与布局情况。
8英寸研发中试线管理团队：压电MEMS作为新材料类MEMS近几年确实非常活跃，尤其是氮化铝作为FBAR的压电薄膜材料更是引起了非常多的技术人员进入这一领域创业，更引起大批的投资机构将大量资金投入这一领域。
上海工研院从2018年开始就在压电氮化铝方面投入巨资，吸引一流人才队伍和世界一流的设备，开展相关工艺和器件的研究开发。目前我们已经购买了氮化铝溅射及刻蚀、Mo金属溅射及刻蚀、膜厚光学测量、膜厚微调（trimming）等全套设备，开展了FBAR、超声波流量、水听器等方面的开发，并发表了一批高水平学术论文。
麦姆斯咨询：未来比较看好哪些MEMS产品方向？有何市场驱动因素？
8英寸研发中试线管理团队：从近两年市场来看，可能受疫情和贸易保护主义影响，消费MEMS似乎不是很好，尤其是手机、手环等市场下降较多。但是新能源汽车、5G通信驱动自动驾驶/辅助驾驶以及VR/AR/MR日趋成为现实，因此车规级MEMS应该会越来越重要，而且用量越来越多。比如车规级IMU、磁传感器、MEMS微镜、非制冷红外探测器、RF MEMS等都会呈市场上涨趋势。
此外，贸易保护主义也会驱动国内一些厂商尽可能采用国产器件去替代国外进口器件。这也为国内MEMS厂商提供了非常好的机遇，比如工业级的传感器也应是我们关注的领域。
麦姆斯咨询：硅光也是研发中试线的核心技术方向之一，请问在成套/集成工艺及PDK方面进展如何？有哪些产品进入规模化量产阶段？
8英寸研发中试线管理团队：硅光是我们研发中试线非常核心的技术方向，而且相比MEMS更早期一点，更有先发优势，所以我们在这方面更是投入了大量设备，比如可以保证90nm分辨率的ArF光刻机，Ge/GeSi外延等。我们在2021年发布了硅光无源PDK1.0，2022年又发布了硅光有源PDK2.0。今年第四季度，我们将会发布90nm PDK，器件库性能指标全面达到国际先进水平。
在硅光工艺平台的产品方面，有一些已经进入了工程批验证阶段。例如，基于薄硅集成工艺的光收发芯片，基于SiN集成工艺的光纤陀螺芯片等，这些产品通过硅光工艺平台的技术实现了更高的性能和更小的体积。
麦姆斯咨询：2010年之后，硅光技术开发已逐渐从学术兴趣驱动转变为市场需求驱动，在通信、传感、计算等领域的发展如火如荼，未来看好哪些硅光产品方向？上海工研院如何积极应对？
8英寸研发中试线管理团队：在硅光技术的发展中，通信、传感、计算等领域的发展确实非常活跃。高速光通信是硅光技术当前最成熟的应用领域，随着数据传输需求的不断增长，市场也会不断扩大。硅光传感器可以通过利用光的特性实现高灵敏度、高分辨率的测量，也是硅光初创公司最多的领域，有着非常广泛的应用潜力。光计算则是硅光技术最有想象空间的应用领域，硅光计算芯片可以利用光的并行性，克服传统电子芯片所面临的功耗和时延问题，提供更高的计算效率，一旦突破，将会对整个信息产业产生革命性的影响。
上海工研院在硅光技术领域也积极应对市场需求。首先是进一步提升量产能力，主要是提升Fab与工艺的稳定性，进而提升产品的良率与交期。其次，作为研发中试平台，也要积极布局研发新型硅光工艺，如多材料融合集成工艺，让平台能够满足各类硅光传感器产品，光计算产品的应用需求。
麦姆斯咨询：在研发中试线日常管理与运行中，你们如何改善工艺质量、提升产品良率？
8英寸研发中试线管理团队：我们在研发中试线建设期就通过了ISO9001认证，现在又开始了IATF16949的培训，在项目研发到量产过程中又严格执行APQP程序，这确保了我们从研发到量产的质量保证。
在产线管理方面，我们严格执行设备定期保养制度、设备offline SPC监控、产品inline参数SPC监控，产线运行有EAP保证，工艺开发尽可能考虑到设备能力和正常工艺波动，所有这些措施都可以保证工艺稳定，进而提高产线良率。
麦姆斯咨询：在客户知识产权（IP）保护方面，研发中试线建立哪些基本的管理制度？
8英寸研发中试线管理团队：公司建立了完善的知识产权管理制度，包括《知识产权管理办法》、《专利管理办法》、《商标管理办法》、《知识产权奖励办法》。
麦姆斯咨询：“工艺研发、设计服务、测试服务”三大服务与培育平台如何协同助力客户取得成功？
8英寸研发中试线管理团队：“工艺研发”作为上海工研院最重要的业务，也是硬件投入最大的一块，旨在为客户提供工艺代工服务，降低MEMS客户的准入门槛，加速MEMS传感器的产业化。上海工研院在“测试服务”方面也投入超过6000万元建立了一些MEMS传感器的测试、标定能力，也是为了降低“start-up”客户的研发成本，从而助力MEMS产业的发展。而“设计服务”作为必不可少的重要一环，和“工艺研发”紧密配合，帮助产线画版图、制作光罩。另外，“设计服务”也会帮助一些没有非常强设计能力的客户做一些器件设计、开发、封装测试的服务工作。
麦姆斯咨询：上海工研院以研发中试线为服务基础，以技术研发和工艺提升为服务宗旨，在产业培育方面结出哪些硕果？
8英寸研发中试线管理团队：上海工研院围绕上海建设具有全球影响力的科技创新中心的核心任务，把握信息技术发展的历史机遇和时代红利，对标学习国际一流半导体研发中心比利时imec，以全球视野引入人才和世界水平研发中心的管理理念和运行机制，开展超越摩尔（MtM）领域的技术创新、中试孵化、构建超越摩尔产业集群。经过10年发展，初步形成了“1+N”的中试孵化和企业培育格局，围绕超越摩尔8英寸研发中试线，培育了20多家超越摩尔产品公司及创新载体，累计估值超100亿元。
麦姆斯咨询：上海工研院还与上海大学共建微电子学院，构建高校教学和工程化人才相啮合的培育体系，请简单介绍一下产教融合方面的阶段性成果。
8英寸研发中试线管理团队：上海工研院与上海大学共建了上海大学微电子学院，通过“引产入教”探索产教融合协同育人新机制，创新企业联聘教师用人机制，打造服务集成电路产教融合人才培养的新体系课程，为国家和上海市重大战略提供人才支撑。截至目前，累计培养硕博研究生112人，完成产业人才培训1066人次，输出行业人才228名，已为上海市乃至长三角地区构筑了一个集成电路人才高地。
麦姆斯咨询：最后，请谈谈未来五年国内“超越摩尔”代工行业的发展趋势，以及上海工研院研发中试线的发展规划及远景目标。
8英寸研发中试线管理团队：随着智慧城市、智能家居、自动/辅助驾驶、大数据、人工智能等领域的发展，作为数据来源的MEMS传感器一定会快速发展。而且MEMS作为新兴行业也将大有可为。
上海工研院研发中试线会抓住这一机遇，争取更多的社会资本投入上海工研院研发中试线，并借上海汽车芯片工程中心的建设进一步提高能力和扩大产能，开展一些国家急需的高端MEMS传感器的研发和中试量产，解决行业卡脖子问题。
8英寸研发中试线管理团队介绍：
李卫宁：研发中试线负责人，全面负责研发中试线的日常运行管理工作，具有30多年国际先进半导体技术研发工作和管理经验，曾任职于上海先进半导体、新加坡特许半导体公司（GlobalFoundries）等半导体公司。
赵洪波：研发中试线资深总监，负责工艺工程部、生产制造部以及厂务部的日常管理工作，具有20多年半导体工艺开发和管理经验，曾任职于中芯国际（上海/宁波）等半导体公司。
孙梅：总经理助理，负责质量/EHS、仓储部的日常管理工作，具有20多年质量管控、工厂运行等管理经验，曾任职于江苏索尔思、浙江合波等半导体公司。
娄亮 博士：上海市海外高层次引进人才，研发中试线-MEMS工艺集成技术总监，负责MEMS器件工艺研发及流片，具有14年8英寸研发中试线开发经验，曾任职于新加坡微电子研究院（IME）。
汪巍 博士：科技部技术专家、上海市海外高层次引进人才，研发中试线-硅光工艺集成技术总监，负责硅基光电工艺开发及对外流片服务，具有15年以上硅基光电子工艺和器件研发经验，曾任职于新加坡国立大学（NUS）。
延伸阅读：
《消费类MEMS惯性测量单元（IMU）产品对比分析-2022版》
《村田MEMS惯性测量单元（IMU）SCHA634产品分析》