四年艱苦攻關 中國22納米半導體工藝獲重大突破

說起先進的半導體工藝，Intel、IBM、臺積電、三星電子這些耳熟能詳?shù)拿挚隙〞⒖坛霈F(xiàn)在大家的腦海中，而因為各方面的限制，國內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時代。
不過據(jù)《中國科學報》最新消息，中國科學院微電子研究所集成電路先導工藝研發(fā)中心(以下簡稱先導工藝研發(fā)中心)通過4年的艱苦攻關，在22納米關鍵工藝技術先導研究與平臺建設上，實現(xiàn)了重要突破，在國內首次采用后高K工藝成功研制出包含先進高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)生產一致的工藝方法和流程，具備向產業(yè)界轉移的條件，因而對我國集成電路產業(yè)的技術升級形成了具有實際意義的推動作用。同時，該先導工藝研發(fā)中心建成了一個能夠開展22納米及以下技術代研發(fā)的工藝平臺。
這標志著，我國也加入了高端集成電路先導工藝研發(fā)的國際俱樂部。
4年艱苦攻關中國22納米半導體工藝獲重大突破
優(yōu)勢互補“穿插偵察”齊上陣
4位“千人計劃”、5位中科院百人計劃，30多位工業(yè)界核心的工程師團隊……先導工藝研發(fā)中心擁有這樣一支令人艷羨的國際化研發(fā)團隊。
“我們整個項目團隊在構架上做得比較好。海歸跟本土團隊結合得水乳交融，形成優(yōu)勢互補?！痹撝行闹魅乌w超表示。
2009年，在國家科技重大專項02專項的支持下，微電子所成團隊引進了一大批海歸，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)勢互補的決策團隊，在4年艱苦的攻關中擰成一股繩，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業(yè)化運營經驗，是一個“會做減法的人”，能始終把握主干，而將枝枝葉葉修剪掉，使項目迅速有效率地直奔目標。
先導工藝研發(fā)中心的首席科學家和項目首席專家朱慧瓏，是來自IBM的引領發(fā)明家和發(fā)明大師，主要負責整體技術路線的制定和布局，在器件物理、工藝研發(fā)、TCAD和知識產權布局等發(fā)揮主導作用。他身先士卒，在項目中完成了200多項專利申請。
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英寸工藝線上多個技術代工藝研發(fā)有較全面的經驗。
2011年，他受命擔任先導工藝研發(fā)中心主任一職，負責中心的行政領導工作;同時，作為項目的副首席專家，他負責工藝平臺的建設工作，對研發(fā)中心整體建設付出了大量的艱苦勞動。
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)經驗。他曾參與和負責了從90納米、65納米、45納米和32納米技術代的產品研發(fā)項目。作為項目的副首席專家，他負責工藝整合子課題的領導工作，帶領著30多名工程師沖鋒在第一線。
對于先導工藝研發(fā)中心的使命，幾位“千人計劃”專家有著一致的認識：“我們是國家集成電路工藝研發(fā)戰(zhàn)役中的‘穿插部隊’和‘偵察部隊’”。
朱慧瓏解釋道：“穿插部隊的特點和任務就是：一要效率高，二要能占領戰(zhàn)略要地?！毕葘Чに囇邪l(fā)中心作為穿插部隊，它的一個優(yōu)勢就是快速、靈活，可以先于工業(yè)界的“大部隊”插入敵后，并用專利布局的方法占領與其投入相稱的戰(zhàn)略要地。
壓力山大時間節(jié)點見真章
“4年之前，對22納米項目能否成功有著各種各樣的猜測。對此，我們非常理解，畢竟這是一個難度極大的項目。”趙超說。
在此之前，我國曾有過幾次建設集成電路研發(fā)中心的努力，但都沒有達到預期戰(zhàn)略目標。面對國家數(shù)億元的大投入和高期待，以及業(yè)界同行們的高度關注，幾位“千人計劃”專家承受著巨大壓力。
“做這項大工程，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疑的目光，卻無法解釋。我們真有點像挖山的愚公，只能希望用勞作來感動上天?！?BR>在2012年4月，當?shù)谝粋€驗證工藝設備器件研制出來時，團隊所有人都擠在那小小的示波器前等待結果。
當在看到驗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。
這項工程不僅面臨著從無到有的技術難度，還面臨著幾乎不可能完成的時間節(jié)點。
由于資金等現(xiàn)實問題，閆江的工藝整合集成子課題的完成時間被迫由兩年時間縮短至7個月。
為了保證任務按時完成，閆江要保證每批次的流片實驗一次成功。為此，他與工藝線上的30多位工程師每天仔細地檢測各個工藝步驟是否符合設定的特性，將差錯的苗頭消滅在第一時間，保證每一步流片的質量。
在7個月內，線上的工程師一度24小時連軸轉，片子從這個機臺出來就被抱著跑向下一個機臺。就這樣，他們用15天跑完了全程近300道工藝步驟的流程，達到工業(yè)界研發(fā)的最快速度。
最終，6個批次的流片實驗全部一次成功，團隊按時完成了工藝整合集成的項目任務。
拉長戰(zhàn)線為轉化生產作鋪墊
在談到團隊建設時候，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遴選出來的精兵強將，都是葉甜春一個一個挖來的，有的甚至是在別人的招聘會場上“劫來的”。
專家們表示，加盟團隊的一個重要原因正是因為葉甜春的感召力。微電子所副所長陳大鵬是先導工藝研發(fā)中心的奠基人和研究所人才戰(zhàn)略最直接的執(zhí)行者。經他之手，一個一個海歸加入團隊，開始發(fā)揮各自聰明才智的創(chuàng)業(yè)進程。
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的改變。例如，朱慧瓏帶來了專利先行的思想，并為項目結出豐碩成果。先導工藝研發(fā)中心在項目過程中建立了自主知識產權帶動的科研模式，始終堅持“專利先行”的戰(zhàn)略。
“過去，我國在知識產權建設上沒有合理的戰(zhàn)略布局，我們辛辛苦苦研發(fā)的技術早就被別人申報了專利。這樣，即使有自主研發(fā)，也做不到自主知識產權。”趙超感嘆道。
在該項目的執(zhí)行過程中，微電子所與北京大學、清華大學、復旦大學以及中科院微系統(tǒng)所的聯(lián)合項目組完成了1369項專利申請，其中包括424項國際專利申請，為我國在集成電路領域掌握自主知識產權、取得國際話語權奠定了基礎。
先導工藝研發(fā)中心堅持“通過做項目錘煉團隊”的原則，建設成一個在科研人員、科研條件上堪稱國際水平的平臺。
“通過這個項目，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科研工作?！壁w超如是說。[!--empirenews.page--]
建成的平臺對后續(xù)項目發(fā)展起到非常重要的作用，現(xiàn)在，中心正在著手開展16/14納米技術的研發(fā)。
“我們現(xiàn)在進展得非常順利，在跑步追趕，差距不斷縮小?！壁w超表示?，F(xiàn)在，先導工藝研發(fā)中心的研發(fā)效率和質量管理系統(tǒng)都是工業(yè)化標準的，得到工業(yè)界研發(fā)伙伴的充分認可。
同時，項目對國家科技重大專項其他課題和整個產業(yè)鏈起到了直接的支撐作用?！拔覀兺瓿闪藢ｍ椊桓兜母黜棏?zhàn)略任務?！壁w超表示，“研發(fā)中心不僅在先導工藝技術研發(fā)上起到國家隊的作用，同時成為國產半導體裝備和材料的驗證基地、集成電路工程技術人才的培養(yǎng)基地和該領域的國際交流基地?！?BR>下一步，該中心將加入專項部署的更大規(guī)模的“戰(zhàn)役”，把先導技術轉化成工業(yè)生產技術，為國家集成電路產業(yè)發(fā)展作出更多貢獻。