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

來(lái)源：MEMS

微訪談：上海工研院8英寸研發(fā)中試線管理團(tuán)隊(duì)

訪談背景：上海微技術(shù)工業(yè)研究院（中文簡(jiǎn)稱：上海工研院；英文簡(jiǎn)稱：SITRI）成立于2013年，由上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、嘉定區(qū)政府和中國(guó)科學(xué)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(tái)，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(guó)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(dǎo)下，依托中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所“三位一體”創(chuàng)新架構(gòu)模式建立，通過(guò)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(tuán)投資運(yùn)營(yíng)模式的支持，與國(guó)內(nèi)外眾多的產(chǎn)、學(xué)、研組織建立了緊密的合作關(guān)系，實(shí)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(tái)建設(shè)與服務(wù)進(jìn)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(tuán)隊(duì)。

麥姆斯咨詢：2013年，上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)、嘉定區(qū)政府和中國(guó)科學(xué)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(qǐng)介紹這十年中的里程碑事件。

8英寸研發(fā)中試線管理團(tuán)隊(duì)：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(duì)標(biāo)IC大廠標(biāo)準(zhǔn)，為中試到量產(chǎn)的無(wú)縫對(duì)接打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；2018年，在工信部指導(dǎo)下牽頭成立國(guó)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(tuán)隊(duì)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(wàn)顆提升到640萬(wàn)顆，全年累計(jì)出貨超過(guò)4700萬(wàn)顆，占全球占有率60%，驗(yàn)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(jìn)集體”榮譽(yù)稱號(hào)，同時(shí)還獲得國(guó)務(wù)院的嘉獎(jiǎng)；同年，與上海大學(xué)共建微電子學(xué)院，同年發(fā)布硅光平臺(tái)和氮化鋁平臺(tái)PDK 1.0；2021年，硅光平臺(tái)發(fā)布PDK 2.0；今年6月，在市、區(qū)兩級(jí)政府的全力支持下，與上汽集團(tuán)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(yù)方面，上海工研院取得了哪些成績(jī)？

8英寸研發(fā)中試線管理團(tuán)隊(duì)：上海工研院是上海市第一家研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺(tái), 現(xiàn)已被認(rèn)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(diǎn)企業(yè)，是工信部國(guó)家中小企業(yè)公共服務(wù)平臺(tái)共建單位，國(guó)家發(fā)改委、科技部“全面改革創(chuàng)新任務(wù)”揭榜企業(yè)，國(guó)務(wù)院國(guó)資委“科改示范”企業(yè)。

麥姆斯咨詢：作為國(guó)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(tuán)隊(duì)：我們的研發(fā)中試線的設(shè)備對(duì)標(biāo)IC大廠的標(biāo)準(zhǔn)，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(guò)程的無(wú)縫對(duì)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(shí)地”，研發(fā)與中試量產(chǎn)的比例可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，充分利用各種有利條件，腳踏實(shí)地，為國(guó)家的MEMS和硅光產(chǎn)業(yè)打基礎(chǔ)、做貢獻(xiàn)。

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(jì)劃布局哪些工藝？

8英寸研發(fā)中試線管理團(tuán)隊(duì)：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(xué)薄膜生長(zhǎng)及刻蝕等。這些工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)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(cè)器、慣性傳感器、微流控、基因檢測(cè)、病毒檢測(cè)、MEMS揚(yáng)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(shí)鍵合/解鍵合等設(shè)備，相信未來(lái)一定會(huì)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(yàn)證與方案優(yōu)化方面進(jìn)展如何？實(shí)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(tuán)隊(duì)：因?yàn)槠囆酒俏磥?lái)一個(gè)重要方向，所以我們已經(jīng)啟動(dòng)了IATF16949的培訓(xùn)，并在項(xiàng)目研發(fā)中啟用了APQP程序，確保從項(xiàng)目評(píng)估到量產(chǎn)的每一個(gè)步驟都質(zhì)量可控，從而確保研發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品都可以穩(wěn)定進(jìn)入量產(chǎn)。

我們目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了非制冷紅外探測(cè)器、微流控打印頭、PCR病毒檢測(cè)、基因測(cè)序、壓力傳感器、加速度計(jì)、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(tuán)隊(duì)：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(jì)師往往對(duì)工藝不是很清楚，也導(dǎo)致研發(fā)的工藝無(wú)法快速進(jìn)入量產(chǎn)。

上海工研院采取的方法就是在項(xiàng)目啟動(dòng)前，讓我們的研發(fā)人員和客戶技術(shù)人員進(jìn)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(yàn)積累融入客戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，這樣就使后續(xù)的工藝開發(fā)更簡(jiǎn)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(lái)越豐富多元化，推動(dòng)萬(wàn)物互聯(lián)的智能化應(yīng)用。請(qǐng)重點(diǎn)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(tuán)隊(duì)：壓電MEMS作為新材料類MEMS近幾年確實(shí)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(jìn)入這一領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)，更引起大批的投資機(jī)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(duì)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(gòu)買了氮化鋁濺射及刻蝕、Mo金屬濺射及刻蝕、膜厚光學(xué)測(cè)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(xué)術(shù)論文。

麥姆斯咨詢：未來(lái)比較看好哪些MEMS產(chǎn)品方向？有何市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素？

8英寸研發(fā)中試線管理團(tuán)隊(duì)：從近兩年市場(chǎng)來(lái)看，可能受疫情和地緣政治沖突等因素影響，消費(fèi)類MEMS似乎不是很好，尤其是手機(jī)、手環(huán)等市場(chǎng)下降較多。但是新能源汽車、5G通信驅(qū)動(dòng)自動(dòng)駕駛/輔助駕駛以及VR/AR/MR日趨成為現(xiàn)實(shí)，因此車規(guī)級(jí)MEMS應(yīng)該會(huì)越來(lái)越重要，而且用量越來(lái)越多。比如車規(guī)級(jí)IMU、磁傳感器、MEMS微鏡、非制冷紅外探測(cè)器、RF MEMS等都會(huì)呈市場(chǎng)上漲趨勢(shì)。

此外，因受地緣政治沖突等因素影響，進(jìn)口替代趨勢(shì)加強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)國(guó)內(nèi)一些廠商盡可能采用國(guó)產(chǎn)器件，這為國(guó)內(nèi)MEMS廠商提供了非常好的機(jī)遇，比如工業(yè)級(jí)的傳感器也應(yīng)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(qǐng)問在成套/集成工藝及PDK方面進(jìn)展如何？有哪些產(chǎn)品進(jìn)入規(guī)?；慨a(chǎn)階段？

8英寸研發(fā)中試線管理團(tuán)隊(duì)：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(diǎn)，更有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，所以我們?cè)谶@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?cè)?021年發(fā)布了硅光無(wú)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(huì)發(fā)布90nm PDK，器件庫(kù)性能指標(biāo)全面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

在硅光工藝平臺(tái)的產(chǎn)品方面，有一些已經(jīng)進(jìn)入了工程批驗(yàn)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(guò)硅光工藝平臺(tái)的技術(shù)實(shí)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(xué)術(shù)興趣驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)需求驅(qū)動(dòng)，在通信、傳感、計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展如火如荼，未來(lái)看好哪些硅光產(chǎn)品方向？上海工研院如何積極應(yīng)對(duì)？

8英寸研發(fā)中試線管理團(tuán)隊(duì)：在硅光技術(shù)的發(fā)展中，通信、傳感、計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展確實(shí)非?；钴S。高速光通信是硅光技術(shù)當(dāng)前最成熟的應(yīng)用領(lǐng)域，隨著數(shù)據(jù)傳輸需求的不斷增長(zhǎng)，市場(chǎng)也會(huì)不斷擴(kuò)大。硅光傳感器可以通過(guò)利用光的特性實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高分辨率的測(cè)量，也是硅光初創(chuàng)公司最多的領(lǐng)域，有著非常廣泛的應(yīng)用潛力。光計(jì)算則是硅光技術(shù)最有想象空間的應(yīng)用領(lǐng)域，硅光計(jì)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(shí)延問題，提供更高的計(jì)算效率，一旦突破，將會(huì)對(duì)整個(gè)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(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求。首先是進(jìn)一步提升量產(chǎn)能力，主要是提升Fab與工藝的穩(wěn)定性，進(jìn)而提升產(chǎn)品的良率與交期。其次，作為研發(fā)中試平臺(tái)，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(tái)能夠滿足各類硅光傳感器產(chǎn)品，光計(jì)算產(chǎn)品的應(yīng)用需求。

麥姆斯咨詢：在研發(fā)中試線日常管理與運(yùn)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(tuán)隊(duì)：我們?cè)谘邪l(fā)中試線建設(shè)期就通過(guò)了ISO9001認(rèn)證，現(xiàn)在又開始了IATF16949的培訓(xùn)，在項(xiàng)目研發(fā)到量產(chǎn)過(guò)程中又嚴(yán)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(yán)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(yùn)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(dòng)，所有這些措施都可以保證工藝穩(wěn)定，進(jìn)而提高產(chǎn)線良率。

麥姆斯咨詢：在客戶知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）保護(hù)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(tuán)隊(duì)：公司建立了完善的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理制度，包括《知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理辦法》、《專利管理辦法》、《商標(biāo)管理辦法》、《知識(shí)產(chǎn)權(quán)獎(jiǎng)勵(lì)辦法》。2020年，通過(guò)了上海市專利導(dǎo)航項(xiàng)目驗(yàn)收。

麥姆斯咨詢：“工藝研發(fā)、設(shè)計(jì)服務(wù)、測(cè)試服務(wù)”三大服務(wù)與培育平臺(tái)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(tuán)隊(duì)：“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(zhǔn)入門檻，加速M(fèi)EMS傳感器的產(chǎn)業(yè)化。上海工研院在“測(cè)試服務(wù)”方面也投入超過(guò)6000萬(wàn)元建立了一些MEMS傳感器的測(cè)試、標(biāo)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(jì)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(jì)服務(wù)”也會(huì)幫助一些沒有非常強(qiáng)設(shè)計(jì)能力的客戶做一些器件設(shè)計(jì)、開發(fā)、封裝測(cè)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(tuán)隊(duì)：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(jī)遇和時(shí)代紅利，對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)國(guó)際一流半導(dǎo)體研發(fā)中心比利時(shí)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(yùn)行機(jī)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(guò)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(jì)估值超100億元。

麥姆斯咨詢：上海工研院還與上海大學(xué)共建微電子學(xué)院，構(gòu)建高校教學(xué)和工程化人才相嚙合的培育體系，請(qǐng)簡(jiǎn)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(tuán)隊(duì)：上海工研院與上海大學(xué)共建了上海大學(xué)微電子學(xué)院，通過(guò)“引產(chǎn)入教”探索產(chǎn)教融合協(xié)同育人新機(jī)制，創(chuàng)新企業(yè)聯(lián)聘教師用人機(jī)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(guó)家和上海市重大戰(zhàn)略提供人才支撐。截至目前，累計(jì)培養(yǎng)碩博研究生112人，完成產(chǎn)業(yè)人才培訓(xùn)1066人次，輸出行業(yè)人才228名，已為上海市乃至長(zhǎng)三角地區(qū)構(gòu)筑了一個(gè)集成電路人才高地。

麥姆斯咨詢：最后，請(qǐng)談?wù)勎磥?lái)五年國(guó)內(nèi)“超越摩爾”代工行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，以及上海工研院研發(fā)中試線的發(fā)展規(guī)劃及遠(yuǎn)景目標(biāo)。

8英寸研發(fā)中試線管理團(tuán)隊(duì)：隨著智慧城市、智能家居、自動(dòng)/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(lái)源的MEMS傳感器一定會(huì)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(huì)抓住這一機(jī)遇，爭(zhēng)取更多的社會(huì)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(jìn)一步提高能力和擴(kuò)大產(chǎn)能，開展一些國(guó)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(tuán)隊(duì)介紹：

李衛(wèi)寧：研發(fā)中試線負(fù)責(zé)人，全面負(fù)責(zé)研發(fā)中試線的日常運(yùn)行管理工作，具有30多年國(guó)際先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)工作和管理經(jīng)驗(yàn)，曾任職于上海先進(jìn)半導(dǎo)體、新加坡特許半導(dǎo)體公司（GlobalFoundries）等半導(dǎo)體公司。

趙洪波：研發(fā)中試線資深總監(jiān)，負(fù)責(zé)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(dǎo)體工藝開發(fā)和管理經(jīng)驗(yàn)，曾任職于中芯國(guó)際（上海/寧波）等半導(dǎo)體公司。

孫梅：總經(jīng)理助理，負(fù)責(zé)質(zhì)量/EHS、倉(cāng)儲(chǔ)部的日常管理工作，具有20多年質(zhì)量管控、工廠運(yùn)行等管理經(jīng)驗(yàn)，曾任職于江蘇索爾思、浙江合波等半導(dǎo)體公司。

婁亮 博士：上海市海外高層次引進(jìn)人才，研發(fā)中試線-MEMS工藝集成技術(shù)總監(jiān)，負(fù)責(zé)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(yàn)，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(jìn)人才，研發(fā)中試線-硅光工藝集成技術(shù)總監(jiān)，負(fù)責(zé)硅基光電工藝開發(fā)及對(duì)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(yàn)，曾任職于新加坡國(guó)立大學(xué)（NUS）。

審核編輯 黃宇