筆記本越來越薄，手機上網(wǎng)越來越快……這些電子產(chǎn)品之所以能夠越來越小，運行能夠越來越快，是因為其核心部件——— 集成電路芯片在不斷“瘦身”。

一個5毫米×5毫米的主流芯片里面有上億個元器件，而每條導線直徑只有65納米，相當于人頭發(fā)絲的千分之一。如何用這么細的導線將諸多元器件連在一起并穩(wěn)定發(fā)揮作用，是世界公認的技術難題。日前，在國家重大專項“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”研究中，河北工業(yè)大學劉玉嶺教授率領的科研團隊獨創(chuàng)了以化學作用為主的CMP堿性技術路線，成功完成對極大規(guī)模集成電路平坦化工藝與材料的攻關。該成果一舉打破國外技術壟斷，并在技術上達到了國際領先水平。

獨辟蹊徑：“走不通”的路走通了

5月15日，筆者走進了凈化級別達到1000級的河北工業(yè)大學微電子研究所超凈實驗室。“這是用CMP堿性技術拋光過的12英寸硅晶圓，表面平整度達到了亞納米級。”研究所所長、博士生導師劉玉嶺教授拿起操作臺上一個約有2毫米厚的大圓盤，在光滑的表層下面布滿了電子元器件。

芯片精度越高、體積越小，就可以實現(xiàn)速度更快、耗電更小，成本也相對更低。“然而，隨著芯片集成度的不斷提高，電路復雜性也隨之提高。”劉玉嶺介紹，為提高芯片的集成度，極大規(guī)模集成電路都采用多層布線的方法，層與層之間由絕緣介質隔開，再用銅把每層的元器件互連起來。

劉玉嶺說，對極大規(guī)模集成電路多層銅布線進行超精密加工的技術，為美、日等少數(shù)發(fā)達國家所壟斷，他們采用的是化學機械平坦化(CMP)方法。“一般情況，銅互連使用電鍍工藝很容易形成銅表面凹凸不平，盡管這種凹凸差只是微米級的，肉眼根本看不出來，但卻成為制約極大規(guī)模集成電路發(fā)展的關鍵，因此美、日等發(fā)達國家一直把其作為核心技術進行嚴密封鎖。”

隨著極大規(guī)模集成電路進一步發(fā)展，酸性的技術路線開始暴露出粗糙度大、碟形坑大、腐蝕設備等弊端。2009年，承擔國家重大專項的劉玉嶺想換一種思路，研發(fā)CMP堿性技術。“美國、日本等國家的科學家也曾關注過堿性路線，但由于銅在化學活動順序表中是氫后金屬，在堿性條件下的產(chǎn)物氧化銅、氫氧化銅等不溶于水，這條路一度被科學家認為走不通。”

劉玉嶺帶領他的團隊迎難而上，經(jīng)過反復試驗，找到了一條以絡合和胺化等化學作用為主的技術路線，實現(xiàn)了拋光液的堿性化。“與現(xiàn)在通用的酸性拋光液相比，我們研發(fā)的堿性拋光液成分由13種減少到3種。”劉玉嶺介紹，這樣既簡化了工藝，又提高了控制精度，并且在對多種物理、化學性質不同的材料同時拋光時，可以對銅膜引起的碟形坑、蝕坑進行有效修正，提高材料表面的平整度。(責任編輯：admin)