科研人員在光刻實(shí)驗(yàn)室工作
小小的芯片承載我國(guó)科技創(chuàng)新的夢(mèng)想和驅(qū)動(dòng)力。
集成電路芯片是信息時(shí)代的核心基石，它被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)的“糧食”，更成為全球高科技競(jìng)爭(zhēng)中的戰(zhàn)略必爭(zhēng)制高點(diǎn)。然而，長(zhǎng)期以來，我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)一直受到西方在先進(jìn)制造裝備、材料和工藝引進(jìn)等方面的種種限制，想要擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高技術(shù)芯片，就必須發(fā)展我國(guó)自己的集成電路制造體系。
近年來，我國(guó)在集成電路芯片領(lǐng)域投入巨大人力物力，取得了顯著成效。尤其是中科院微電子研究所集成電路先導(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(tái)建設(shè)上，實(shí)現(xiàn)了重要突破。
這讓我國(guó)集成電路制造產(chǎn)業(yè)開始擁有自己的話語權(quán)，該成果也為我國(guó)繼續(xù)自主研發(fā)16納米及以下技術(shù)代的關(guān)鍵工藝提供了必要的技術(shù)支撐，表明我國(guó)已開始在全球尖端集成電路技術(shù)創(chuàng)新鏈中擁有了自己的地位。在2016年度北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)評(píng)選中，“22納米集成電路核心工藝技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲一等獎(jiǎng)。
事關(guān)摩爾定律的生死
很多人知道摩爾定律，但很少有人知道，在2004年左右，摩爾定律差點(diǎn)“死了”。
最終是一個(gè)名為高K-金屬柵極的技術(shù)，讓我們今天可以輕松的工作、上網(wǎng)，而不用考慮芯片太熱、漏電等問題造成的電腦或手機(jī)性能下降。
根據(jù)摩爾定律，每18個(gè)月就會(huì)在同樣面積的硅片上把兩倍的晶體管“塞”進(jìn)去。按之前的工藝，已經(jīng)將晶體管的組成部分做到了幾個(gè)分子和原子的厚度，組成半導(dǎo)體的材料已經(jīng)達(dá)到了極限。其中，最早達(dá)到這個(gè)極限的部件是組成晶體管的柵極氧化物——柵極介電質(zhì)，原有的工藝都是采用二氧化硅層作為柵極介電質(zhì)。
“我們可以把柵極比喻為控制水管的閥門，開啟讓水流過，關(guān)閉截止水流。”中科院微電子研究所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心主任趙超告訴記者，從65nm開始，我們已經(jīng)無法讓二氧化硅柵極介電質(zhì)繼續(xù)縮減變薄，如果不能解決柵極向下的漏電問題以及源極和漏極之間的漏電問題，摩爾定律可能會(huì)失效，新一代處理器的問世可能變得遙遙無期。
尋找比二氧化硅更好的“絕緣體”，迫在眉睫。“這種材料應(yīng)具有良好的絕緣屬性，同時(shí)在柵極和晶體硅襯底的通道之間（源極和漏極之間）產(chǎn)生很好的場(chǎng)效應(yīng)。”趙超告訴記者，英特爾公司的科學(xué)家經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，率先在22納米 CMOS技術(shù)節(jié)點(diǎn)引入高K-金屬柵極技術(shù)，有效地降低了成本，減少了功耗并提高了器件性能。
“這項(xiàng)技術(shù)拯救了摩爾定律，成功研制高K-金屬柵極并將之付諸量產(chǎn)，被譽(yù)為半導(dǎo)體業(yè)界40年來里程碑式的革命性突破。”趙超說。
自此，22納米CMOS技術(shù)成了全球研究開發(fā)的又一代有重大技術(shù)創(chuàng)新的集成電路制造工藝，各國(guó)都投入了巨大資金，力爭(zhēng)搶占技術(shù)制高點(diǎn)。
這是我國(guó)集成電路研發(fā)體系繞不過去的坎。“2009年，在國(guó)家科技重大專項(xiàng)的支持下，我國(guó)開始22納米關(guān)鍵技術(shù)先導(dǎo)研發(fā)。我們與項(xiàng)目聯(lián)合承擔(dān)單位，北京大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和中科院微系統(tǒng)所的項(xiàng)目組一道，開展了系統(tǒng)的聯(lián)合攻關(guān)。”趙超說。
加入高端集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)國(guó)際俱樂部
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(guó)際化研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
2009年，在國(guó)家科技重大專項(xiàng)的支持下，微電子所成立研發(fā)團(tuán)隊(duì)并引進(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，趙超就是其中的一位。
研發(fā)方向有了，人也有了，但項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)依然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。