河北奠定了芯片国产化基础———为芯片“瘦身”

笔记本越来越薄，手机上网越来越快……这些电子产品之所以能够越来越小，运行能够越来越快，是因为其核心部件——— 集成电路芯片在不断“瘦身”。

一个5毫米×5毫米的主流芯片里面有上亿个元器件，而每条导线直径只有65纳米，相当于人头发丝的千分之一。如何用这么细的导线将诸多元器件连在一起并稳定发挥作用，是世界公认的技术难题。日前，在国家重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”研究中，河北工业大学刘玉岭教授率领的科研团队独创了以化学作用为主的CMP碱性技术路线，成功完成对极大规模集成电路平坦化工艺与材料的攻关。该成果一举打破国外技术垄断，并在技术上达到了国际领先水平。

独辟蹊径：“走不通”的路走通了

5月15日，笔者走进了净化级别达到1000级的河北工业大学微电子研究所超净实验室。“这是用CMP碱性技术抛光过的12英寸硅晶圆，表面平整度达到了亚纳米级。”研究所所长、博士生导师刘玉岭教授拿起操作台上一个约有2毫米厚的大圆盘，在光滑的表层下面布满了电子元器件。

芯片精度越高、体积越小，就可以实现速度更快、耗电更小，成本也相对更低。“然而，随着芯片集成度的不断提高，电路复杂性也随之提高。”刘玉岭介绍，为提高芯片的集成度，极大规模集成电路都采用多层布线的方法，层与层之间由绝缘介质隔开，再用铜把每层的元器件互连起来。

刘玉岭说，对极大规模集成电路多层铜布线进行超精密加工的技术，为美、日等少数发达国家所垄断，他们采用的是化学机械平坦化(CMP)方法。“一般情况，铜互连使用电镀工艺很容易形成铜表面凹凸不平，尽管这种凹凸差只是微米级的，肉眼根本看不出来，但却成为制约极大规模集成电路发展的关键，因此美、日等发达国家一直把其作为核心技术进行严密封锁。”

随着极大规模集成电路进一步发展，酸性的技术路线开始暴露出粗糙度大、碟形坑大、腐蚀设备等弊端。2009年，承担国家重大专项的刘玉岭想换一种思路，研发CMP碱性技术。“美国、日本等国家的科学家也曾关注过碱性路线，但由于铜在化学活动顺序表中是氢后金属，在碱性条件下的产物氧化铜、氢氧化铜等不溶于水，这条路一度被科学家认为走不通。”

刘玉岭带领他的团队迎难而上，经过反复试验，找到了一条以络合和胺化等化学作用为主的技术路线，实现了抛光液的碱性化。“与现在通用的酸性抛光液相比，我们研发的碱性抛光液成分由13种减少到3种。”刘玉岭介绍，这样既简化了工艺，又提高了控制精度，并且在对多种物理、化学性质不同的材料同时抛光时，可以对铜膜引起的碟形坑、蚀坑进行有效修正，提高材料表面的平整度。(责任编辑：admin)