艱苦攻關(guān)為中國集成電路產(chǎn)業(yè)圓夢

　　小小的芯片承載我國科技創(chuàng)新的夢想和驅(qū)動力。

　　集成電路芯片是信息時代的核心基石，它被譽為現(xiàn)代工業(yè)的“糧食”，更成為全球高科技競爭中的戰(zhàn)略必爭制高點。然而，長期以來，我國芯片產(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，想要擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高技術(shù)芯片，就必須發(fā)展我國自己的集成電路制造體系。

　　近年來，我國在集成電路芯片領(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)研究與平臺建設(shè)上，實現(xiàn)了重要突破。

　　這讓我國集成電路制造產(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)獎評選中，“22納米集成電路核心工藝技術(shù)及應(yīng)用”項目榮獲一等獎。

　　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“死了”。

　　最終是一個名為高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個月就會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)測試，率先在22納米 CMOS技術(shù)節(jié)點引入高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，各國都投入了巨大資金，力爭搶占技術(shù)制高點。

　　這是我國集成電路研發(fā)體系繞不過去的坎。“2009年，在國家科技重大專項的支持下，我國開始22納米關(guān)鍵技術(shù)先導(dǎo)研發(fā)。我們與項目聯(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)國際俱樂部

　　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(tuán)隊……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。

　　2009年，在國家科技重大專項的支持下，微電子所成立研發(fā)團(tuán)隊并引進(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，但項目團(tuán)隊依然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。