《電子技術(shù)應(yīng)用》
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中芯國際:追逐芯片的強國之夢

2015-06-01

       如果用一個詞來概括中芯國際和吳漢明十多年的來路,那就是——逐夢,。

  從與國際同業(yè)相差十幾年,、六代產(chǎn)品技術(shù)的差距,到相差兩三年,、一至二代產(chǎn)品技術(shù)的差距,這是中芯國際人無數(shù)個不舍晝夜的追趕換來的成就,。

  但這并不是終點,,吳漢明和他背后的中芯國際也并未就此止步,因為他們心中有個屬于他們的中國夢——芯片夢,。

  意義非凡中國夢即芯片夢

  2000年,,“芯片教父”張汝京到美國硅谷作演講,他的“布道”成功地為中芯國際招來了一批擁躉,,其中之一就是吳漢明,。

  據(jù)吳漢明回憶,當(dāng)時中國的集成電路水平剛剛達到350納米,,而國際上已經(jīng)達到130納米,,并且開始向90納米進軍。張汝京當(dāng)時說,,“中國集成電路一窮二白,,還在低端上重復(fù),你們應(yīng)該為自己的國家做一點事情,?!?/p>

  張汝京的一番話無疑成功地在吳漢明心中激起波瀾:“當(dāng)時我就覺得應(yīng)該參加這樣的團隊,。”——這只是吳漢明最后的決定,,這個決定是在近兩個月夜不能寐的輾轉(zhuǎn)反側(cè)之后作出的,,為此付出的代價是放棄英特爾的工作、遠(yuǎn)離親人和放棄美國永久居住權(quán),。

  2000年,,張汝京成功地從美國網(wǎng)羅到幾百個集成電路人才。他們回到國內(nèi),,在中芯國際的大旗下白手起家開始做中國自己的芯片,,“天天干到十一二點是很平常的事情。有一次,,晚上9點回家想到健身房鍛煉都覺得不好意思”,。

  不舍晝夜,是為了和時間賽跑,。

   “我國當(dāng)時的集成電路技術(shù)在350納米,,而國際上的主流技術(shù)已經(jīng)到了130納米。我們從0.18微米(180納米)切入,,很快到跑到0.13微米,,也就 是130納米,跟世界先進水平縮短到兩到三年,。做出來以后,,再做90納米……”吳漢明幾句話,就越過了幾代技術(shù),、十幾年的時間跨度,。

  成 立至今,中芯國際已經(jīng)成長為中國大陸規(guī)模最大,、技術(shù)水準(zhǔn)最高,,世界排名第四的芯片代工企業(yè)。中芯國際作為中國集成電路產(chǎn)業(yè)的航母,,肩負(fù)著將中國集成電路產(chǎn) 業(yè)的技術(shù)水平發(fā)展到與國際相當(dāng)?shù)牡闹厝?,“中國夢對我們IC業(yè)內(nèi)來說就是芯片夢”——吳漢明和中芯國際人深知自己所肩負(fù)的責(zé)任之重,因此,,他們一直不倦地 追逐在圓夢之路上,。

 披星戴月追逐芯片強國夢

  集成電路技術(shù)40多年來一直按照摩爾定 律規(guī)律發(fā)展,即每隔18個月技術(shù)更新一代,。每一代技術(shù)的更新可使芯片集成度提高1倍,,電路性能提高40%,。由于單個硅片的平均工藝成本上升有限,,新一代技 術(shù)在提高集成電路性能的同時,,可使相同功能電路的生產(chǎn)成本降低了50%,因此,,首先采用新技術(shù)的公司將擁有性能和成本兩方面的競爭優(yōu)勢,,這是推動集成電路 技術(shù)持續(xù)發(fā)展的原動力。

  吳漢明說:“芯片業(yè)是搶時間的行業(yè),,我喜歡做有研究性質(zhì)的前沿技術(shù),,這也是必須搶時間的事情?!?/p>

   吳漢明2000年加入中芯國際,。2001年,吳漢明擔(dān)任技術(shù)研發(fā)中心先進刻蝕部總監(jiān),,負(fù)責(zé)0.13微米中的核心工藝刻蝕技術(shù)研發(fā),。當(dāng)時國內(nèi)的主流技術(shù)是 鋁互連,沒有一家企業(yè)會做銅互連,,“如果做不了銅互連,,0.13微米以下的技術(shù)就做不了,就永遠(yuǎn)進不了納米時代,。當(dāng)時很辛苦,,經(jīng)常一干就是凌晨兩三 點……”

  功夫不負(fù)有心人,兩年后,,中芯國際率先在中國實現(xiàn)了銅互連,。

  “130納米做出來后,跟世界先進水平的差距縮短到兩到三年,,再做90納米,。按照摩爾定律,兩年跨一個技術(shù)帶,,我們到2005年和2006年開始做65納米;65納米做了兩年后,,開始做45、40納米;2010年前后開始做32,、28納米,,現(xiàn)在積極策劃做22納米?!?/p>

  “這個產(chǎn)業(yè)不往前走就死掉,,沒有其他選項!”

   一年又一年爭分奪秒地追趕,一代接一代接力賽一樣地跨越,。在國家02重大專項的支持下,,吳漢明和他的同仁瞄準(zhǔn)國際頂尖技術(shù)水平,系統(tǒng)地分析了世界集成電 路產(chǎn)業(yè)主流技術(shù)發(fā)展走勢,確定了項目基本技術(shù)路線和實施方案,,包括制訂總體項目預(yù)算,、工藝流程、設(shè)計規(guī)則和項目最終目標(biāo)等,。安排項目研發(fā)的總體進度并監(jiān)督 實施情況,,以企業(yè)量產(chǎn)為目標(biāo),組織協(xié)調(diào)各個研究所和高校產(chǎn)學(xué)研部門的合作,。

  作為國家02重大專項《65-45-32納米成套工藝》的項目主持人,,為了使項目如期完成,吳漢明和他的技術(shù)團隊可謂傾注了大量心血,,一個技術(shù)代的突破,,需要成百上千的技術(shù)參數(shù)的改變,需要幾萬次的實驗,,實驗過程中還持續(xù)不斷出現(xiàn)新的難點和問題,。

  他們參與并見證了中國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及歷史軌跡。中芯國際的納米技術(shù)也在他們的手中接連跨越6個技術(shù)代:130納米,、90納米,、65納米、45納米,、32納米,、22納米……我國集成電路芯片制造真正進入了納米時代。

   “技術(shù)上的困難很多,。每跨越一代技術(shù),,通常約1/4的技術(shù)是以前沒有做過的,而前面做過的成熟技術(shù)也需要在新的工藝條件中重新改良(know- how),。這些東西是買不到的,,只有自己去摸索。我們做65納米,,總共做了三萬多片實驗才把它開發(fā)出來,,僅成本就有十幾億元。最大的挑戰(zhàn)是新的鎳化硅材料 進來以后卡住了,,項目有兩個多月沒有進展,。最后在無數(shù)次反復(fù)試驗下,我們才發(fā)現(xiàn)是預(yù)清洗方法不對,,工藝參數(shù)沒調(diào)好,。”就這樣,,65納米在完全獨立自主研發(fā) 下,,幾百個人用了近四年完成。

  “第二個困難便是研究經(jīng)費。每一代新的技術(shù)的研發(fā)引入新的材料進來,,研發(fā)成本就會增加50%,,這1/4的 新技術(shù)就需要一批新設(shè)備來實現(xiàn),而一臺設(shè)備幾億元人民幣,,投入很大,。中芯國際每年已經(jīng)投入兩三億美元來做研發(fā),,但要趕上國際領(lǐng)先水平還是不夠,。行業(yè)技術(shù)往 前走,需要技術(shù)和資金的及時跟進,,如果你今天不做,,明天就會更辛苦。近年來國家重大專項對我們給予了持續(xù)的大力支持,,對中芯國際的成長也起了一個非常重要 的作用,。”

  吳漢明說,,要想在集成電路領(lǐng)域超越世界先進水平,,就像體操全能,僅一兩個參數(shù)超越不能算超越,,只有幾百個參數(shù)拿出來,,都是世 界先進水平,這才是超越,?!拔覀兯f的超越是整體的。我們有些研究報道,,某一個參數(shù)達到世界先進水平,,做科研可以認(rèn)為是成果,我們做產(chǎn)業(yè)卻不可以看單一參 數(shù),。從事產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)要更加務(wù)實才好,。”

  為了實現(xiàn)在集成電路上的“體操全能”,,十幾年來中芯國際將人才工作作為企業(yè)的重中之重,,以平臺和技術(shù)優(yōu)勢,用先進科學(xué)的管理理念和激勵措施,,吸引和培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的集成電路專業(yè)人才,。

   目前中芯國際擁有國內(nèi)最先進的集成電路工藝技術(shù)研發(fā)中心,有研發(fā)人員近800名,,其中博士40人,,碩士250人。公司從海外引進了近600名高端人才, 旨在建設(shè)具有國際化管理理念和技術(shù)水平的團隊,,形成人才的集聚效應(yīng),,同時大力培養(yǎng)本土人才,工程師本土化程度已達95%以上,。

  為了建立 以企業(yè)為主體,、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系,,中芯國際在北京建立了“中芯國際產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合實驗室”,。最近,中芯國際在上海成立了“集成電路先導(dǎo)技 術(shù)研究院”開展20~14納米的芯片制造技術(shù)研發(fā),,主要功能為“建立以企業(yè)為主體,、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新平臺”,。

  “中芯國 際有一個很好的領(lǐng)導(dǎo)班子,,有一支世界級的研發(fā)團隊,有富于奉獻精神的員工,,在中國巨大市場的支撐下,,沒有理由走不下去。我們用14年走了6代技術(shù),,都是成 功的,,這就相當(dāng)于一支紅軍團的精神和傳統(tǒng),人員可以更換,,傳統(tǒng)精神永在,。我們有著銳意創(chuàng)新、趕超先進的優(yōu)良傳統(tǒng),,已經(jīng)積累了寶貴的經(jīng)驗,,再加上近兩年越來 越大的政策扶植力度,有了國家從設(shè)計制造,、設(shè)備,、材料等整個產(chǎn)業(yè)鏈上對我國集成電路產(chǎn)業(yè)的整體支撐,相信我們一定能夠不負(fù)重托,?!?/p>

  這個團隊肩負(fù)著中國集成電路產(chǎn)業(yè)最尖端技術(shù)向前發(fā)展的重任,肩負(fù)著國家政府以及產(chǎn)業(yè)的期望,,他們正躊躇滿志,,向更為先進的技術(shù)節(jié)點進發(fā),接受更大的技術(shù)挑戰(zhàn),。

  承上啟下 奏響產(chǎn)業(yè)最強音

  集成電路技術(shù)作為信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心,,是關(guān)系國民經(jīng)濟發(fā)展命脈的關(guān)鍵技術(shù),,其技術(shù)水平已成為國際競爭焦點和衡量一個國家或地區(qū)綜合實力的重要標(biāo)志。

  集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上游為集成電路設(shè)計,、晶圓制造,、封裝、測試,,下游為電子產(chǎn)品制造,。其中,集成電路設(shè)計是整個產(chǎn)業(yè)鏈的核心,,為集成電路制造產(chǎn)品提供設(shè)計版圖;晶圓制造,、封裝和測試則為集成電路設(shè)計提供加工服務(wù)。

  集成電路為人們的生活帶來了無窮益處,,它不僅廣泛應(yīng)用于航空航天,、人造衛(wèi)星等高科技領(lǐng)域,,還在日常生活中扮演著日益重要的角色:醫(yī)學(xué)上的核磁共振儀,,日常用的收音機、電視機,、洗衣機,、微波爐、電冰箱,、電子表,、手機等等里面的核心控制設(shè)備都是集成電路,可以說無處不在,。

  進入電子信息時代,,它的影響日益突出。如今,,集成電路產(chǎn)值已達到每年約3000億美元的規(guī)模,,可以拉動幾萬億美元的電子產(chǎn)業(yè),其戰(zhàn)略地位不言而喻,。作為中國集成電路產(chǎn)業(yè)先鋒的中芯國際,,必然不會將如此巨大的市場拱手讓人。

  本著一步一個腳印,,掌握核心技術(shù),,技術(shù)延伸一代,研發(fā)一代,,成熟一代,,產(chǎn)業(yè)化一代的宗旨,國際化企業(yè)的基因使得其科研成果轉(zhuǎn)換率達100%,。中芯國際不僅實現(xiàn)了集成電路技術(shù)上的追趕,,同時也將自己打造成中國集成電路的產(chǎn)業(yè)化航母,。

  在國家02科技重大專項的支持下,以吳漢明主持的國家科技進步獎二等獎“超大規(guī)模集成電路65-40納米成套產(chǎn)品工藝研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項目為例,。

  2008年,,國際上領(lǐng)先的芯片代工企業(yè)開始采用65納米量產(chǎn)技術(shù)、45納米技術(shù)的研發(fā)工作開始啟動,。

   集成電路技術(shù)進入65~40納米技術(shù)節(jié)點后,,呈現(xiàn)出一系列新的特點和發(fā)展趨勢,如浸沒式光刻技術(shù),、低K/Cu互連技術(shù),、光學(xué)近鄰效應(yīng)校正(OPC)等可 制造性設(shè)計技術(shù)、新型超薄柵氧工藝,、應(yīng)變硅技術(shù),、Ni基硅化物自對準(zhǔn)淺結(jié)技術(shù),以及包括新物理效應(yīng)和工藝因素的器件模型和可靠性評測技術(shù)等的引入成為必 需,,技術(shù)研發(fā)難度和對創(chuàng)新的需求進一步加大,。

  面對國內(nèi)外市場,2006年由中芯國際牽頭,,依托中芯國際研發(fā)團隊和12英寸先進生產(chǎn)線并 聯(lián)合高校研究所,,組織了近千人的產(chǎn)學(xué)研團隊,投入了37億多元人民幣,,經(jīng)過大量理論研究和3萬多次工藝實驗,,開發(fā)了數(shù)千步自主創(chuàng)新的工藝步驟,最后通過集 成創(chuàng)新研發(fā)出國內(nèi)領(lǐng)先,、世界先進的65~40納米產(chǎn)品大生產(chǎn)成套工藝,。同時,開發(fā)了相應(yīng)的設(shè)計65~40納米的模型和IP庫,,建立了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的低 功耗,、通用和射頻混合信號(RF)產(chǎn)品工藝平臺,實現(xiàn)了世界IC代工先進主流技術(shù)65~40納米的大規(guī)模生產(chǎn),。

  其成果創(chuàng)新性程度為行業(yè) 內(nèi)罕見,。他們申報了發(fā)明專利2000多項(已授權(quán)1000多項),軟件著作權(quán)5項,,在國際核心刊物和會議發(fā)表論文50余篇,,并掌握了一系列技術(shù)細(xì)節(jié)秘 密:65/55納米成套工藝技術(shù)研究在國內(nèi)大生產(chǎn)線上首次實現(xiàn)了應(yīng)變硅、鎳化硅,、源漏組合注入等關(guān)鍵核心技術(shù),,集成度超過每平方厘米10億個晶體管。45 /40納米成套工藝技術(shù)研究在國內(nèi)大生產(chǎn)線上首次實現(xiàn)了浸沒式光刻,、超低K介質(zhì)銅互連等技術(shù),,完全自主研發(fā)了氟離子退火技術(shù),,通過與高校研究所的產(chǎn)學(xué)研協(xié) 同,建立了解析集成電感模型,,首次發(fā)現(xiàn)了工作周期漲落會影響器件老化過程中的動態(tài)漲落特性,。國內(nèi)首次實現(xiàn)了可制造設(shè)計(DFM)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù),研發(fā)了在大 生產(chǎn)條件下的產(chǎn)品良率提升等技術(shù),。同時,,在高端產(chǎn)品的集成電路大生產(chǎn)線上首次驗證并采用了國產(chǎn)關(guān)鍵工藝裝備和國產(chǎn)材料。本項目技術(shù)創(chuàng)新成果眾多且呈系統(tǒng) 化,,極大地提升了我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的整體競爭力,。

  項目的技術(shù)創(chuàng)新,是在吸收國內(nèi)多年的集成電路研究成果的基礎(chǔ)上取得的持續(xù)創(chuàng)新,,是在 吸收國內(nèi)外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上開展的集成創(chuàng)新,,是在聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研用各界的力量取得的群體創(chuàng)新,是在面向應(yīng)用和市場基礎(chǔ)上取得的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新,。65~40納米超大規(guī) 模集成電路成套工藝項目成果標(biāo)志著我國集成電路制造技術(shù)成功進入納米時代,,躋身于世界集成電路生產(chǎn)制造的先進主流行列。

  基于項目 45/40納米工藝的研發(fā)成果,,為解決45/40納米產(chǎn)能不足的瓶頸,、抓住市場機遇,,同時為了更加先進的產(chǎn)能有發(fā)展空間,,2012年5月15日,中芯國際 北京公司啟動了二期項目,,確定投資72億美元建設(shè)兩條月產(chǎn)能各為3.5萬片,、技術(shù)水平為40~28納米的12英寸集成電路生產(chǎn)線。時任北京市市委書記劉 淇,、市長郭金龍等領(lǐng)導(dǎo)出席簽字儀式,。2012年9月25日,中芯國際二期項目破土動工,,舉行奠基儀式,,北京市市長王安順等領(lǐng)導(dǎo)出席奠基儀式。

  技術(shù)創(chuàng)新帶來了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的井噴效應(yīng):項目技術(shù)指標(biāo)達到了國際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),,通過國際主流客戶和國內(nèi)頂尖客戶的認(rèn)證,,并取得批量產(chǎn)品定單,表明技術(shù)指標(biāo)達到IC代工先進主流水平,。65~40納米技術(shù)自量產(chǎn)以來,,至2012年12月31日,累計銷售IC產(chǎn)品42億元人民幣,。

   該研發(fā)成果跨越式地提升了我國IC產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平,,標(biāo)志著我國集成電路制造產(chǎn)業(yè)躋身世界前沿,。中芯國際65~40納米生產(chǎn)線為國內(nèi)集成電路裝備制造和材料 工藝驗證提供大生產(chǎn)條件支持,這是我國集成電路產(chǎn)業(yè)內(nèi)首次300毫米裝備在大生產(chǎn)線上開展工藝驗證,,使得國內(nèi)設(shè)備材料經(jīng)過驗證之后,,得到了國際產(chǎn)業(yè)界的認(rèn) 可,開始了商業(yè)銷售,,不僅中芯國際還有其他國際集成電路制造企業(yè)都開始采購中國設(shè)備材料供應(yīng)商的產(chǎn)品,。這不僅打破了我國集成電路生產(chǎn)線歷來完全由國外進口 設(shè)備的壟斷,還使得我國的裝備材料走向了國際市場,。中芯國際與產(chǎn)業(yè)鏈上下游的配合和互動,,推動國有設(shè)備、材料等高端制造業(yè)的發(fā)展,,極大地促進了行業(yè)技術(shù)進 步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,。

  吳漢明說:“65 ~ 40納米成套工藝成果最大的價值在于它對產(chǎn)業(yè)鏈的推動,有了這個高端工藝,,就可以支撐國內(nèi)設(shè)計公司的設(shè)計產(chǎn)品,,上游的很多國產(chǎn)材料和下游的裝備制造也有了 相應(yīng)的工藝支撐。這是一個承前啟后的核心支撐,,有了它,,整個中國制造的產(chǎn)業(yè)鏈就出來了。沒有這個層次,,中國的制造業(yè)也上不去,。它是對于國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈 的整體提升?!?/p>

  而此后做的32/28納米,,在吳漢明看來,更具有“里程碑式的意義”,。

  “28納米之所以是里程碑,,難 的是它的心臟部分。新一代芯片要求工作電流增大,,但漏電量更小,,這兩者是矛盾的,用傳統(tǒng)的工藝做不下來,,必須用高K金屬柵工藝技術(shù)才可以實現(xiàn),。應(yīng)變材料的 替換,性能的提高,,包括產(chǎn)品的可靠性設(shè)計都要重新做一遍?,F(xiàn)在國內(nèi)設(shè)計公司的28納米芯片都是在國外加工的,而國內(nèi)市場最大的4G芯片,,其核心就是28納 米,。突破了這項技術(shù),,我們就可以把4G芯片全部國產(chǎn)化。所以時間對我們很重要,,沒白天黑夜也要做出來,。”值得高興的是,,中芯國際的28納米技術(shù)得到了世界 龍頭設(shè)計企業(yè)高通的認(rèn)可,,將他們的驍龍410處理器芯片交予中芯國際生產(chǎn)。

  “把4G芯片全部國產(chǎn)化”,,這是一批中芯人澎湃著的中國心,,為了這一心聲,他們矢志不渝地追尋,、超越,,只為那一片片小小的“中國芯”。

  這個里程碑也并不是終點,。在他的同行為28納米兢兢業(yè)業(yè)的時候,,吳漢明在國家“863”項目的支持下,已經(jīng)啟動14納米及以下的先導(dǎo)關(guān)鍵工藝研究,,為未來5G技術(shù)中的芯片制造工藝作前瞻性的探索,。

   在第十二屆全國人民代表大會第三次會議上,李克強總理在政府工作報告中提到:“制定‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動計劃,,推動移動互聯(lián)網(wǎng),、云計算、大數(shù)據(jù),、物聯(lián)網(wǎng)等與 現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合,,促進電子商務(wù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展,,引導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拓展國際市場。國家已設(shè)立400億元新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)投資引導(dǎo)基金,,要整合籌 措更多資金,,為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新加油助力?!?/p>

  這是“互聯(lián)網(wǎng)+”概念在政府工作報告中的首次現(xiàn)身,,第一次納入國家經(jīng)濟的頂層設(shè)計,對于整個互聯(lián)網(wǎng)行業(yè),,乃至中國經(jīng)濟社會的創(chuàng)新發(fā)展意義重大,。

  對于集成電路產(chǎn)業(yè)而言,它無疑吹響了進攻號角,,這是歷史的使命,,也是時代的強音,。

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