四年艱苦攻關(guān) 中國22納米半導(dǎo)體工藝獲重大突破

說起先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝，Intel、IBM、臺積電、三星電子這些耳熟能詳?shù)拿挚隙〞?huì)立刻出現(xiàn)在大家的腦海中，而因?yàn)楦鞣矫娴南拗?，國?nèi)在這方面的差距還非常非常大，只有中芯國際能拿得出手，但也總比國外落后幾個(gè)時(shí)代。
不過據(jù)《中國科學(xué)報(bào)》最新消息，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(以下簡稱先導(dǎo)工藝研發(fā)中心)通過4年的艱苦攻關(guān)，在22納米關(guān)鍵工藝技術(shù)先導(dǎo)研究與平臺建設(shè)上，實(shí)現(xiàn)了重要突破，在國內(nèi)首次采用后高K工藝成功研制出包含先進(jìn)高K/金屬柵模塊的22納米柵長MOSFETs，器件性能良好。
由于這一工作采用了與工業(yè)生產(chǎn)一致的工藝方法和流程，具備向產(chǎn)業(yè)界轉(zhuǎn)移的條件，因而對我國集成電路產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級形成了具有實(shí)際意義的推動(dòng)作用。同時(shí)，該先導(dǎo)工藝研發(fā)中心建成了一個(gè)能夠開展22納米及以下技術(shù)代研發(fā)的工藝平臺。
這標(biāo)志著，我國也加入了高端集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)的國際俱樂部。
4年艱苦攻關(guān)中國22納米半導(dǎo)體工藝獲重大突破
優(yōu)勢互補(bǔ)“穿插偵察”齊上陣
4位“千人計(jì)劃”、5位中科院百人計(jì)劃，30多位工業(yè)界核心的工程師團(tuán)隊(duì)……先導(dǎo)工藝研發(fā)中心擁有這樣一支令人艷羨的國際化研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
“我們整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在構(gòu)架上做得比較好。海歸跟本土團(tuán)隊(duì)結(jié)合得水乳交融，形成優(yōu)勢互補(bǔ)?！痹撝行闹魅乌w超表示。
2009年，在國家科技重大專項(xiàng)02專項(xiàng)的支持下，微電子所成團(tuán)隊(duì)引進(jìn)了一大批海歸，建成了擁有200多名研發(fā)人員的集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心。
楊世寧、朱慧瓏、趙超、閆江4位“千人”在磨合中迅速形成優(yōu)勢互補(bǔ)的決策團(tuán)隊(duì)，在4年艱苦的攻關(guān)中擰成一股繩，打出了漂亮的短傳配合。
例如，楊世寧原是中芯國際的首席運(yùn)營官，現(xiàn)任中科院微電子所所長執(zhí)行顧問一職。他具有非常豐富的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，是一個(gè)“會(huì)做減法的人”，能始終把握主干，而將枝枝葉葉修剪掉，使項(xiàng)目迅速有效率地直奔目標(biāo)。
先導(dǎo)工藝研發(fā)中心的首席科學(xué)家和項(xiàng)目首席專家朱慧瓏，是來自IBM的引領(lǐng)發(fā)明家和發(fā)明大師，主要負(fù)責(zé)整體技術(shù)路線的制定和布局，在器件物理、工藝研發(fā)、TCAD和知識產(chǎn)權(quán)布局等發(fā)揮主導(dǎo)作用。他身先士卒，在項(xiàng)目中完成了200多項(xiàng)專利申請。
趙超曾在世界著名的研發(fā)中心IMEC從事了10多年研發(fā)工作，其研發(fā)領(lǐng)域涵蓋集成電路前道工藝和后道工藝，對8英寸、12英寸工藝線上多個(gè)技術(shù)代工藝研發(fā)有較全面的經(jīng)驗(yàn)。
2011年，他受命擔(dān)任先導(dǎo)工藝研發(fā)中心主任一職，負(fù)責(zé)中心的行政領(lǐng)導(dǎo)工作;同時(shí)，作為項(xiàng)目的副首席專家，他負(fù)責(zé)工藝平臺的建設(shè)工作，對研發(fā)中心整體建設(shè)付出了大量的艱苦勞動(dòng)。
閆江則擁有在英飛凌公司美國研發(fā)部10年的工業(yè)界研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。他曾參與和負(fù)責(zé)了從90納米、65納米、45納米和32納米技術(shù)代的產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目。作為項(xiàng)目的副首席專家，他負(fù)責(zé)工藝整合子課題的領(lǐng)導(dǎo)工作，帶領(lǐng)著30多名工程師沖鋒在第一線。
對于先導(dǎo)工藝研發(fā)中心的使命，幾位“千人計(jì)劃”專家有著一致的認(rèn)識：“我們是國家集成電路工藝研發(fā)戰(zhàn)役中的‘穿插部隊(duì)’和‘偵察部隊(duì)’”。
朱慧瓏解釋道：“穿插部隊(duì)的特點(diǎn)和任務(wù)就是：一要效率高，二要能占領(lǐng)戰(zhàn)略要地?！毕葘?dǎo)工藝研發(fā)中心作為穿插部隊(duì)，它的一個(gè)優(yōu)勢就是快速、靈活，可以先于工業(yè)界的“大部隊(duì)”插入敵后，并用專利布局的方法占領(lǐng)與其投入相稱的戰(zhàn)略要地。
壓力山大時(shí)間節(jié)點(diǎn)見真章
“4年之前，對22納米項(xiàng)目能否成功有著各種各樣的猜測。對此，我們非常理解，畢竟這是一個(gè)難度極大的項(xiàng)目?！壁w超說。
在此之前，我國曾有過幾次建設(shè)集成電路研發(fā)中心的努力，但都沒有達(dá)到預(yù)期戰(zhàn)略目標(biāo)。面對國家數(shù)億元的大投入和高期待，以及業(yè)界同行們的高度關(guān)注，幾位“千人計(jì)劃”專家承受著巨大壓力。
“做這項(xiàng)大工程，我們有一兩年都睡不好覺，‘壓力山大’啊!”趙超在回憶道，“你能明顯感到別人質(zhì)疑的目光，卻無法解釋。我們真有點(diǎn)像挖山的愚公，只能希望用勞作來感動(dòng)上天。”
在2012年4月，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)驗(yàn)證工藝設(shè)備器件研制出來時(shí)，團(tuán)隊(duì)所有人都擠在那小小的示波器前等待結(jié)果。
當(dāng)在看到驗(yàn)證的原理器件出來的那一剎那，在場的所有人都“眼淚汪汪”的。
這項(xiàng)工程不僅面臨著從無到有的技術(shù)難度，還面臨著幾乎不可能完成的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。
由于資金等現(xiàn)實(shí)問題，閆江的工藝整合集成子課題的完成時(shí)間被迫由兩年時(shí)間縮短至7個(gè)月。
為了保證任務(wù)按時(shí)完成，閆江要保證每批次的流片實(shí)驗(yàn)一次成功。為此，他與工藝線上的30多位工程師每天仔細(xì)地檢測各個(gè)工藝步驟是否符合設(shè)定的特性，將差錯(cuò)的苗頭消滅在第一時(shí)間，保證每一步流片的質(zhì)量。
在7個(gè)月內(nèi)，線上的工程師一度24小時(shí)連軸轉(zhuǎn)，片子從這個(gè)機(jī)臺出來就被抱著跑向下一個(gè)機(jī)臺。就這樣，他們用15天跑完了全程近300道工藝步驟的流程，達(dá)到工業(yè)界研發(fā)的最快速度。
最終，6個(gè)批次的流片實(shí)驗(yàn)全部一次成功，團(tuán)隊(duì)按時(shí)完成了工藝整合集成的項(xiàng)目任務(wù)。
拉長戰(zhàn)線為轉(zhuǎn)化生產(chǎn)作鋪墊
在談到團(tuán)隊(duì)建設(shè)時(shí)候，海歸們不約而同地提到微電子所所長葉甜春。
這批海歸以及從國內(nèi)遴選出來的精兵強(qiáng)將，都是葉甜春一個(gè)一個(gè)挖來的，有的甚至是在別人的招聘會(huì)場上“劫來的”。
專家們表示，加盟團(tuán)隊(duì)的一個(gè)重要原因正是因?yàn)槿~甜春的感召力。微電子所副所長陳大鵬是先導(dǎo)工藝研發(fā)中心的奠基人和研究所人才戰(zhàn)略最直接的執(zhí)行者。經(jīng)他之手，一個(gè)一個(gè)海歸加入團(tuán)隊(duì)，開始發(fā)揮各自聰明才智的創(chuàng)業(yè)進(jìn)程。
正是這一廣攬人才的做法，帶來了科研理念更新和科研模式質(zhì)的改變。例如，朱慧瓏帶來了專利先行的思想，并為項(xiàng)目結(jié)出豐碩成果。先導(dǎo)工藝研發(fā)中心在項(xiàng)目過程中建立了自主知識產(chǎn)權(quán)帶動(dòng)的科研模式，始終堅(jiān)持“專利先行”的戰(zhàn)略。
“過去，我國在知識產(chǎn)權(quán)建設(shè)上沒有合理的戰(zhàn)略布局，我們辛辛苦苦研發(fā)的技術(shù)早就被別人申報(bào)了專利。這樣，即使有自主研發(fā)，也做不到自主知識產(chǎn)權(quán)?！壁w超感嘆道。
在該項(xiàng)目的執(zhí)行過程中，微電子所與北京大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)以及中科院微系統(tǒng)所的聯(lián)合項(xiàng)目組完成了1369項(xiàng)專利申請，其中包括424項(xiàng)國際專利申請，為我國在集成電路領(lǐng)域掌握自主知識產(chǎn)權(quán)、取得國際話語權(quán)奠定了基礎(chǔ)。
先導(dǎo)工藝研發(fā)中心堅(jiān)持“通過做項(xiàng)目錘煉團(tuán)隊(duì)”的原則，建設(shè)成一個(gè)在科研人員、科研條件上堪稱國際水平的平臺。
“通過這個(gè)項(xiàng)目，我們可以呈現(xiàn)給國家一支研究力量，而不單單是完成一項(xiàng)科研工作?！壁w超如是說。[!--empirenews.page--]
建成的平臺對后續(xù)項(xiàng)目發(fā)展起到非常重要的作用，現(xiàn)在，中心正在著手開展16/14納米技術(shù)的研發(fā)。
“我們現(xiàn)在進(jìn)展得非常順利，在跑步追趕，差距不斷縮小?！壁w超表示。現(xiàn)在，先導(dǎo)工藝研發(fā)中心的研發(fā)效率和質(zhì)量管理系統(tǒng)都是工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的，得到工業(yè)界研發(fā)伙伴的充分認(rèn)可。
同時(shí)，項(xiàng)目對國家科技重大專項(xiàng)其他課題和整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈起到了直接的支撐作用?！拔覀兺瓿闪藢ｍ?xiàng)交付的各項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù)?！壁w超表示，“研發(fā)中心不僅在先導(dǎo)工藝技術(shù)研發(fā)上起到國家隊(duì)的作用，同時(shí)成為國產(chǎn)半導(dǎo)體裝備和材料的驗(yàn)證基地、集成電路工程技術(shù)人才的培養(yǎng)基地和該領(lǐng)域的國際交流基地?！?BR>下一步，該中心將加入專項(xiàng)部署的更大規(guī)模的“戰(zhàn)役”，把先導(dǎo)技術(shù)轉(zhuǎn)化成工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，為國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出更多貢獻(xiàn)。