"劉工，這批氧化鋯砂的鈉離子含量又超標(biāo)了!"凌晨?jī)牲c(diǎn)，半導(dǎo)體材料研發(fā)工程師老王盯著檢測(cè)報(bào)告，眉頭緊鎖。這已經(jīng)是本月第三次因?yàn)槲⒘吭爻瑯?biāo)被客戶退貨了。作為半導(dǎo)體制造過(guò)程中的關(guān)鍵耗材，氧化鋯砂的質(zhì)量問(wèn)題直接影響到芯片生產(chǎn)的良品率。

說(shuō)實(shí)話，五年前誰(shuí)能想到，這個(gè)在陶瓷行業(yè)摸爬滾打多年的"老材料"，居然能在半導(dǎo)體這個(gè)高端領(lǐng)域煥發(fā)第二春?但隨著芯片制程從28納米向7納米、5納米甚至更精尖工藝邁進(jìn)，氧化鋯砂這個(gè)"老將"面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，也迎來(lái)了難得的機(jī)遇。

一、半導(dǎo)體為啥看上氧化鋯砂？

這事兒得從芯片制造的苛刻要求說(shuō)起?，F(xiàn)在的芯片，動(dòng)不動(dòng)就是上百層的結(jié)構(gòu)，每一層都要經(jīng)過(guò)研磨拋光(CMP)這個(gè)關(guān)鍵工序。而氧化鋯砂憑借其獨(dú)特的物理化學(xué)性能，在這個(gè)領(lǐng)域找到了自己的位置。

首先，它的硬度夠用，但又不像金剛石那么"硬核"，不會(huì)劃傷晶圓表面。其次，它的化學(xué)穩(wěn)定性特別好，在強(qiáng)酸強(qiáng)堿的拋光液環(huán)境里也能保持穩(wěn)定。最重要的是，通過(guò)調(diào)控晶相，我們可以讓它在一定的壓力下發(fā)生相變，產(chǎn)生"智能磨損"效應(yīng)——該硬的時(shí)候硬，該軟的時(shí)候軟。

記得去年參觀某芯片大廠的生產(chǎn)線，他們的工藝工程師打了個(gè)比方："用氧化鋯砂做拋光，就像用一塊智能橡皮擦，既能擦干凈鉛筆字，又不會(huì)把紙擦破。"這個(gè)比喻，把氧化鋯砂在精密拋光中的價(jià)值說(shuō)得明明白白。

二、挑戰(zhàn)：半導(dǎo)體級(jí)的"苛刻"要求

不過(guò)，要想進(jìn)入半導(dǎo)體這個(gè)"高端俱樂(lè)部"，氧化鋯砂要跨過(guò)的門檻可不低。

第一個(gè)攔路虎是純度。 普通工業(yè)級(jí)的氧化鋯砂，純度99.5%就頂天了。但在半導(dǎo)體領(lǐng)域，這個(gè)數(shù)字得提到99.99%以上，特別是鐵、鈉、鉀這些"搗亂分子"，含量必須控制在百萬(wàn)分之一甚至十億分級(jí)的水平。我們廠為了攻克純度關(guān)，光是改造燒結(jié)爐就投入了八百多萬(wàn)，現(xiàn)在每批原料進(jìn)廠，都要過(guò)五關(guān)斬六將地檢測(cè)二十多種微量元素。

第二個(gè)難題是粒徑控制。 半導(dǎo)體CMP工藝要求拋光顆粒的粒徑分布集中在某個(gè)非常窄的范圍內(nèi)。比如說(shuō)，要求D50在0.5微米，正負(fù)偏差不能超過(guò)0.05微米。這就像要求所有士兵站隊(duì)，不僅個(gè)子要一樣高，連胖瘦都得差不多。為了達(dá)到這個(gè)要求，我們?cè)诜旨?jí)工序上下了血本，引進(jìn)了德國(guó)產(chǎn)的氣流分級(jí)系統(tǒng)，配合在線激光粒度儀實(shí)時(shí)監(jiān)控。

第三個(gè)挑戰(zhàn)是顆粒形貌。 芯片拋光不僅要效率，更要表面質(zhì)量。氧化鋯砂顆粒必須是規(guī)整的球形或者近球形，要是帶著尖角，分分鐘就把價(jià)值上萬(wàn)的晶圓給劃傷了?？刂祁w粒形貌是個(gè)技術(shù)活，需要從制備工藝的源頭——前驅(qū)體合成階段就開(kāi)始把控。

三、機(jī)遇：站在風(fēng)口上

雖然門檻高，但一旦跨過(guò)去，前景相當(dāng)誘人。

首先是市場(chǎng)需求爆發(fā)式增長(zhǎng)。 隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)這些新技術(shù)快速落地，全球芯片需求井噴。據(jù)我了解，單是國(guó)內(nèi)在建的12英寸晶圓廠就有二十多條線，每條線每個(gè)月都要消耗數(shù)以噸計(jì)的精密拋光材料。這個(gè)市場(chǎng)規(guī)模，每年都是以百分之二三十的速度在增長(zhǎng)。

其次是國(guó)產(chǎn)替代的窗口期。 以前高端拋光材料基本被日本、美國(guó)的幾家大廠壟斷，價(jià)格貴不說(shuō)，交貨期還長(zhǎng)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)芯片廠都在積極尋找國(guó)產(chǎn)替代供應(yīng)商，只要我們的產(chǎn)品能達(dá)到要求，不愁沒(méi)有市場(chǎng)。上個(gè)月我們?nèi)グ菰L某國(guó)產(chǎn)芯片大廠，對(duì)方的采購(gòu)總監(jiān)說(shuō)得實(shí)在："只要質(zhì)量達(dá)標(biāo)，價(jià)格好商量，我們優(yōu)先用國(guó)產(chǎn)。"

再者是技術(shù)升級(jí)帶來(lái)的新機(jī)會(huì)。 比如第三代半導(dǎo)體材料的崛起，對(duì)拋光工藝提出了新要求。碳化硅、氮化鎵這些硬骨頭，傳統(tǒng)的拋光材料啃不動(dòng)，而氧化鋯砂通過(guò)配方和工藝調(diào)整，正好能填補(bǔ)這個(gè)空白。我們研發(fā)部最近就在攻關(guān)碳化硅晶圓拋光用的氧化鋯砂，已經(jīng)小批量送樣，客戶反饋不錯(cuò)。

四、破局之道：既要埋頭苦干，也要抬頭看路

面對(duì)這樣的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，氧化鋯砂企業(yè)該怎么突圍?根據(jù)我們這幾年的經(jīng)驗(yàn)，關(guān)鍵要做好三件事：

第一，死磕質(zhì)量一致性。 半導(dǎo)體行業(yè)最看重的不是單批產(chǎn)品多好，而是批與批之間是否穩(wěn)定。我們建立了從原料到成品的全流程質(zhì)量追溯系統(tǒng)，任何一批產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題，都能在半小時(shí)內(nèi)定位到具體的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和操作人員。這種嚴(yán)苛的質(zhì)量管控，讓我們逐漸贏得了客戶的信任。

第二，深耕應(yīng)用技術(shù)。 光把產(chǎn)品做好還不夠，還得懂用。我們組建了應(yīng)用技術(shù)團(tuán)隊(duì)，專門研究不同芯片工藝對(duì)拋光材料的需求，為客戶提供定制化的解決方案。比如針對(duì)存儲(chǔ)芯片和邏輯芯片的不同特點(diǎn)，我們開(kāi)發(fā)了兩種不同性能取向的氧化鋯砂產(chǎn)品，市場(chǎng)反響很好。

第三，產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合。 我們和中科院硅酸鹽所建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，共同攻關(guān)基礎(chǔ)材料問(wèn)題;和下游芯片廠開(kāi)展技術(shù)合作，針對(duì)新一代芯片工藝提前布局新材料研發(fā)。這種"研產(chǎn)銷"一體化的模式，讓我們始終能站在技術(shù)發(fā)展的最前沿。

前幾天，我們的第一批半導(dǎo)體級(jí)氧化鋯砂成功進(jìn)入某國(guó)際芯片大廠的供應(yīng)鏈?？粗b載產(chǎn)品的集裝箱緩緩駛出廠區(qū)，老王感慨地說(shuō)："咱們這算是把氧化鋯砂這出‘老戲’，唱進(jìn)了半導(dǎo)體這個(gè)‘新舞臺(tái)’。"

確實(shí)，在半導(dǎo)體這個(gè)高端制造領(lǐng)域，氧化鋯砂既要面對(duì)前所未有的質(zhì)量挑戰(zhàn)，也迎來(lái)了難得的發(fā)展機(jī)遇。這條路不好走，需要我們?cè)诓牧霞兌?、顆?？刂?、應(yīng)用創(chuàng)新上下苦功夫。但只要沉下心來(lái)，把產(chǎn)品做精，把服務(wù)做細(xì)，相信氧化鋯砂這個(gè)傳統(tǒng)材料，一定能在半導(dǎo)體行業(yè)找到屬于自己的廣闊天地。