中國開展22納米集成電路關(guān)鍵工藝技術(shù)先導(dǎo)攻關(guān)

中國科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心的科研團(tuán)隊(duì)艱苦攻關(guān)，成功開展22納米關(guān)鍵工藝技術(shù)先導(dǎo)研究與平臺建設(shè)，在我國首先開展該技術(shù)攻關(guān)。

記者楊琪實(shí)習(xí)生姜天海

清晨8∶30，二三十張年輕的面孔準(zhǔn)時出現(xiàn)在中國科學(xué)院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心（以下簡稱集成電路先導(dǎo)中心）的一間會議室內(nèi)。

閆江清點(diǎn)到場的年輕工程師后，開始例行晨會。

“設(shè)備是否全部運(yùn)行正常？測試的器件特性是否與設(shè)定值相同？”

“小唐，你昨天的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展如何？是否遇到難題？”

……

每天晨會，所有到場的工程師都必須匯報(bào)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。此時的閆江，臉上隨和的笑容早已被一絲不茍的神情“趕走”，事無巨細(xì)地詢問著每一個人。

數(shù)月后，在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時，中科院微電子所研究員閆江回憶起這些工作細(xì)節(jié)，當(dāng)時那種所有人充滿干勁而又緊張投入的狀態(tài)令他至今難以忘懷。

“高配”團(tuán)隊(duì)迎挑戰(zhàn)

作為集成電路先導(dǎo)中心特聘的“千人計(jì)劃”專家，閆江參與了一場與時間的賽跑：在國家科技重大專項(xiàng)02專項(xiàng)的支持下，開展22納米先導(dǎo)工藝研發(fā)。

同時參與這場“賽跑”的，還有中科院微電子所所長執(zhí)行顧問、“千人計(jì)劃”專家、研究員楊士寧和集成電路先導(dǎo)中心主任、“千人計(jì)劃”專家、研究員趙超以及先導(dǎo)中心首席科學(xué)家、“千人計(jì)劃”專家、研究員朱慧瓏。

在他們的前期忙碌后，一條擁有53臺套大型設(shè)備的8英寸研發(fā)線終于開始運(yùn)行。

接下來的重頭戲是閆江帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行工藝整合與集成，將22納米工藝器件研發(fā)出來。

“滴答，滴答”，向國家交答卷的時間已經(jīng)開始倒計(jì)時：2012年年底，先導(dǎo)中心要用最新的高K金屬柵工藝，做出22納米器件。

“2012年，我國從國外進(jìn)口芯片約1650億美元，比我們每年進(jìn)口石油和煤炭所需外匯還多。”朱慧瓏說。

“研發(fā)與工業(yè)主流工藝兼容的22納米器件結(jié)構(gòu)和工藝制程幾乎從零開始。”朱慧瓏豪不掩飾自己曾經(jīng)的擔(dān)憂。不少人認(rèn)為，即便有4位“千人計(jì)劃”與5位中科院“百人計(jì)劃”專家的“高配”團(tuán)隊(duì)，該實(shí)驗(yàn)的失敗率依然很高。

這些“不看好”是有理由的，也是可以理解的，但并沒有讓集成電路先導(dǎo)中心團(tuán)隊(duì)成員泄氣。他們相信自己依然有希望成功。

“心靈感應(yīng)”促進(jìn)研發(fā)

“我們與微電子所所長葉甜春等專家交流想法后發(fā)現(xiàn)，大家彼此之間有許多心靈感應(yīng)?！敝旎郗囌f。有了來自微電子所始終如一的支持，集成電路先導(dǎo)中心團(tuán)隊(duì)更加鼓足勇氣往前沖。

因此，在時間緊迫、研發(fā)技術(shù)難度高的情況下，由楊士寧建議設(shè)立專門的22納米攻關(guān)指揮部，每周分別召開指揮部和技術(shù)會議，他親自主持指揮部會議，技術(shù)會議由朱慧瓏主持。會議的目的是及時發(fā)現(xiàn)解決攻關(guān)期間所遇到的管理和技術(shù)難題。

為了兼顧創(chuàng)造力和執(zhí)行力，在會議上大家可以平等地討論問題，有時會上爭論得面紅耳赤，一旦形成決定，就要細(xì)化并等級分明地責(zé)任到人，以保證環(huán)環(huán)相扣地按時完成任務(wù)。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)用理論聯(lián)系實(shí)際、承前啟后、博采百家之長的精神定方向和樹信心。從工作分工上講，楊士寧指導(dǎo)大方向，趙超負(fù)責(zé)建設(shè)8英寸研發(fā)線，朱慧瓏負(fù)責(zé)制定技術(shù)方向、戰(zhàn)略及構(gòu)建22納米及以下技術(shù)代的專利池。

“工作上我們力求做到‘細(xì)、準(zhǔn)、深、遠(yuǎn)’。”朱慧瓏告訴記者，在開始通線和集成之前，從設(shè)備選型、單項(xiàng)工藝開發(fā)、測試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝和器件計(jì)算機(jī)模擬到最終集成方案確定等方方面面，研發(fā)團(tuán)隊(duì)做了大量深入細(xì)致的工作，為順利完成器件集成任務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

例如，趙超要求單項(xiàng)工藝開發(fā)要精益求精、不留疑點(diǎn)，結(jié)果要可靠、設(shè)備要穩(wěn)定。再如，提前建立和校準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)模擬平臺為形成集成技術(shù)方案提供了大量計(jì)算結(jié)果，僅此項(xiàng)工作就為后期的集成實(shí)驗(yàn)節(jié)省了2～3個月的時間。

讓國產(chǎn)芯片“站”起來

接到“接力棒”的閆江也將“生死”置之度外：“哪怕有1%的希望，我們都會爭取按時高質(zhì)量地完成研發(fā)任務(wù)?！?BR>
為此，22納米攻關(guān)指揮部制定了一份苛刻的倒計(jì)時計(jì)劃，“流片實(shí)驗(yàn)到任何一個環(huán)節(jié)，相關(guān)工藝工程師必須先于流片到位?！遍Z江說。同時，壓縮所有能夠壓縮的試驗(yàn)環(huán)節(jié)，甚至有段時間這條8英寸的工藝平臺24小時連軸運(yùn)轉(zhuǎn)。

“2012年4月，我們用20天時間，拿出了第一個線寬比較大的芯片，這驗(yàn)證了整個工藝設(shè)備的可靠性?！?BR>
“按照緊湊的實(shí)驗(yàn)節(jié)奏，2012年10月，第一個25納米柵長的晶體管（NMOSFET）流片實(shí)驗(yàn)成功”……趙超回憶著倒計(jì)時里的各項(xiàng)欣喜。

“最后，我們做到6次流片實(shí)驗(yàn)均首次成功?！遍Z江說。集成電路先導(dǎo)中心用7個月的時間漂亮地完成了原定兩年多時間的工作：國內(nèi)首次采用后高K工藝流程，獲得小于30納米柵長的NMOSFET和PMOSFET器件，器件性能優(yōu)良；對柵工程中閾值電壓（Vt）調(diào)節(jié)，界面層去除，柵介質(zhì)及金屬層填充等工藝難點(diǎn)作了系統(tǒng)研發(fā)，為工業(yè)界的二次開發(fā)提供了一系列工藝解決方案。

“到目前為止，我們雖然遇到了不少困難，但都能一步步地克服，順利地完成既定目標(biāo)。”趙超介紹，“這說明我們的機(jī)制合理、技術(shù)方案比較扎實(shí)，當(dāng)然，還有運(yùn)氣好?！?BR>
“壓力很大，有苦有累，卻很甜蜜也非常有成就感。”閆江道出了團(tuán)隊(duì)的真實(shí)感受。

整個團(tuán)隊(duì)的付出開始得到回報(bào)：該團(tuán)隊(duì)在更具挑戰(zhàn)性的鰭型晶體管（FinFET3D）研發(fā)上已經(jīng)取得良好進(jìn)展。以年輕人為主力軍的FinFET研發(fā)隊(duì)伍，已提前完成大線寬的器件集成目標(biāo)，與工業(yè)主流工藝兼容的FinFET工藝集成和器件將在2013年底之前完成。

這些成果將為國內(nèi)芯片制造企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)掃清道路、為半導(dǎo)體集成電路行業(yè)中無生產(chǎn)線設(shè)計(jì)公司（簡稱Fabless）及早介入工藝創(chuàng)造條件。趙超表示：“我們有信心與半導(dǎo)體集成電路行業(yè)中芯片代工廠（簡稱Foundry）一起打造自主研發(fā)的20～14納米技術(shù)?！?BR>