中国开展22纳米集成电路关键工艺技术先导攻关
时间：2013-05-23 14:18:39
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[导读]中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心的科研团队艰苦攻关，成功开展22纳米关键工艺技术先导研究与平台建设，在我国首先开展该技术攻关。记者杨琪实习生姜天海清晨8∶30，二三十张年轻的面孔准时出现在中国
中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心的科研团队艰苦攻关，成功开展22纳米关键工艺技术先导研究与平台建设，在我国首先开展该技术攻关。
记者杨琪实习生姜天海
清晨8∶30，二三十张年轻的面孔准时出现在中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心（以下简称集成电路先导中心）的一间会议室内。
闫江清点到场的年轻工程师后，开始例行晨会。
“设备是否全部运行正常？测试的器件特性是否与设定值相同？”
“小唐，你昨天的实验进展如何？是否遇到难题？”
……
每天晨会，所有到场的工程师都必须汇报实验进程。此时的闫江，脸上随和的笑容早已被一丝不苟的神情“赶走”，事无巨细地询问着每一个人。
数月后，在接受《中国科学报》记者采访时，中科院微电子所研究员闫江回忆起这些工作细节，当时那种所有人充满干劲而又紧张投入的状态令他至今难以忘怀。
“高配”团队迎挑战
作为集成电路先导中心特聘的“千人计划”专家，闫江参与了一场与时间的赛跑：在国家科技重大专项02专项的支持下，开展22纳米先导工艺研发。
同时参与这场“赛跑”的，还有中科院微电子所所长执行顾问、“千人计划”专家、研究员杨士宁和集成电路先导中心主任、“千人计划”专家、研究员赵超以及先导中心首席科学家、“千人计划”专家、研究员朱慧珑。
在他们的前期忙碌后，一条拥有53台套大型设备的8英寸研发线终于开始运行。
接下来的重头戏是闫江带领团队进行工艺整合与集成，将22纳米工艺器件研发出来。
“滴答，滴答”，向国家交答卷的时间已经开始倒计时：2012年年底，先导中心要用最新的高K金属栅工艺，做出22纳米器件。
“2012年，我国从国外进口芯片约1650亿美元，比我们每年进口石油和煤炭所需外汇还多。”朱慧珑说。
“研发与工业主流工艺兼容的22纳米器件结构和工艺制程几乎从零开始。”朱慧珑豪不掩饰自己曾经的担忧。不少人认为，即便有4位“千人计划”与5位中科院“百人计划”专家的“高配”团队，该实验的失败率依然很高。
这些“不看好”是有理由的，也是可以理解的，但并没有让集成电路先导中心团队成员泄气。他们相信自己依然有希望成功。
“心灵感应”促进研发
“我们与微电子所所长叶甜春等专家交流想法后发现，大家彼此之间有许多心灵感应。”朱慧珑说。有了来自微电子所始终如一的支持，集成电路先导中心团队更加鼓足勇气往前冲。
因此，在时间紧迫、研发技术难度高的情况下，由杨士宁建议设立专门的22纳米攻关指挥部，每周分别召开指挥部和技术会议，他亲自主持指挥部会议，技术会议由朱慧珑主持。会议的目的是及时发现解决攻关期间所遇到的管理和技术难题。
为了兼顾创造力和执行力，在会议上大家可以平等地讨论问题，有时会上争论得面红耳赤，一旦形成决定，就要细化并等级分明地责任到人，以保证环环相扣地按时完成任务。
研发团队用理论联系实际、承前启后、博采百家之长的精神定方向和树信心。从工作分工上讲，杨士宁指导大方向，赵超负责建设8英寸研发线，朱慧珑负责制定技术方向、战略及构建22纳米及以下技术代的专利池。
“工作上我们力求做到‘细、准、深、远’。”朱慧珑告诉记者，在开始通线和集成之前，从设备选型、单项工艺开发、测试结构设计、工艺和器件计算机模拟到最终集成方案确定等方方面面，研发团队做了大量深入细致的工作，为顺利完成器件集成任务奠定了坚实的基础。
例如，赵超要求单项工艺开发要精益求精、不留疑点，结果要可靠、设备要稳定。再如，提前建立和校准的计算机模拟平台为形成集成技术方案提供了大量计算结果，仅此项工作就为后期的集成实验节省了2～3个月的时间。
让国产芯片“站”起来
接到“接力棒”的闫江也将“生死”置之度外：“哪怕有1%的希望，我们都会争取按时高质量地完成研发任务。”
为此，22纳米攻关指挥部制定了一份苛刻的倒计时计划，“流片实验到任何一个环节，相关工艺工程师必须先于流片到位。”闫江说。同时，压缩所有能够压缩的试验环节，甚至有段时间这条8英寸的工艺平台24小时连轴运转。
“2012年4月，我们用20天时间，拿出了第一个线宽比较大的芯片，这验证了整个工艺设备的可靠性。”
“按照紧凑的实验节奏，2012年10月，第一个25纳米栅长的晶体管（NMOSFET）流片实验成功”……赵超回忆着倒计时里的各项欣喜。
“最后，我们做到6次流片实验均首次成功。”闫江说。集成电路先导中心用7个月的时间漂亮地完成了原定两年多时间的工作：国内首次采用后高K工艺流程，获得小于30纳米栅长的NMOSFET和PMOSFET器件，器件性能优良；对栅工程中阈值电压（Vt）调节，界面层去除，栅介质及金属层填充等工艺难点作了系统研发，为工业界的二次开发提供了一系列工艺解决方案。
“到目前为止，我们虽然遇到了不少困难，但都能一步步地克服，顺利地完成既定目标。”赵超介绍，“这说明我们的机制合理、技术方案比较扎实，当然，还有运气好。”
“压力很大，有苦有累，却很甜蜜也非常有成就感。”闫江道出了团队的真实感受。
整个团队的付出开始得到回报：该团队在更具挑战性的鳍型晶体管（FinFET3D）研发上已经取得良好进展。以年轻人为主力军的FinFET研发队伍，已提前完成大线宽的器件集成目标，与工业主流工艺兼容的FinFET工艺集成和器件将在2013年底之前完成。
这些成果将为国内芯片制造企业的生产技术开发扫清道路、为半导体集成电路行业中无生产线设计公司（简称Fabless）及早介入工艺创造条件。赵超表示：“我们有信心与半导体集成电路行业中芯片代工厂（简称Foundry）一起打造自主研发的20～14纳米技术。”
记者杨琪实习生姜天海
清晨8∶30，二三十张年轻的面孔准时出现在中国科学院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心（以下简称集成电路先导中心）的一间会议室内。
闫江清点到场的年轻工程师后，开始例行晨会。
“设备是否全部运行正常？测试的器件特性是否与设定值相同？”
“小唐，你昨天的实验进展如何？是否遇到难题？”
……
每天晨会，所有到场的工程师都必须汇报实验进程。此时的闫江，脸上随和的笑容早已被一丝不苟的神情“赶走”，事无巨细地询问着每一个人。
数月后，在接受《中国科学报》记者采访时，中科院微电子所研究员闫江回忆起这些工作细节，当时那种所有人充满干劲而又紧张投入的状态令他至今难以忘怀。
“高配”团队迎挑战
作为集成电路先导中心特聘的“千人计划”专家，闫江参与了一场与时间的赛跑：在国家科技重大专项02专项的支持下，开展22纳米先导工艺研发。
同时参与这场“赛跑”的，还有中科院微电子所所长执行顾问、“千人计划”专家、研究员杨士宁和集成电路先导中心主任、“千人计划”专家、研究员赵超以及先导中心首席科学家、“千人计划”专家、研究员朱慧珑。
在他们的前期忙碌后，一条拥有53台套大型设备的8英寸研发线终于开始运行。
接下来的重头戏是闫江带领团队进行工艺整合与集成，将22纳米工艺器件研发出来。
“滴答，滴答”，向国家交答卷的时间已经开始倒计时：2012年年底，先导中心要用最新的高K金属栅工艺，做出22纳米器件。
“2012年，我国从国外进口芯片约1650亿美元，比我们每年进口石油和煤炭所需外汇还多。”朱慧珑说。
“研发与工业主流工艺兼容的22纳米器件结构和工艺制程几乎从零开始。”朱慧珑豪不掩饰自己曾经的担忧。不少人认为，即便有4位“千人计划”与5位中科院“百人计划”专家的“高配”团队，该实验的失败率依然很高。
这些“不看好”是有理由的，也是可以理解的，但并没有让集成电路先导中心团队成员泄气。他们相信自己依然有希望成功。
“心灵感应”促进研发
“我们与微电子所所长叶甜春等专家交流想法后发现，大家彼此之间有许多心灵感应。”朱慧珑说。有了来自微电子所始终如一的支持，集成电路先导中心团队更加鼓足勇气往前冲。
因此，在时间紧迫、研发技术难度高的情况下，由杨士宁建议设立专门的22纳米攻关指挥部，每周分别召开指挥部和技术会议，他亲自主持指挥部会议，技术会议由朱慧珑主持。会议的目的是及时发现解决攻关期间所遇到的管理和技术难题。
为了兼顾创造力和执行力，在会议上大家可以平等地讨论问题，有时会上争论得面红耳赤，一旦形成决定，就要细化并等级分明地责任到人，以保证环环相扣地按时完成任务。
研发团队用理论联系实际、承前启后、博采百家之长的精神定方向和树信心。从工作分工上讲，杨士宁指导大方向，赵超负责建设8英寸研发线，朱慧珑负责制定技术方向、战略及构建22纳米及以下技术代的专利池。
“工作上我们力求做到‘细、准、深、远’。”朱慧珑告诉记者，在开始通线和集成之前，从设备选型、单项工艺开发、测试结构设计、工艺和器件计算机模拟到最终集成方案确定等方方面面，研发团队做了大量深入细致的工作，为顺利完成器件集成任务奠定了坚实的基础。
例如，赵超要求单项工艺开发要精益求精、不留疑点，结果要可靠、设备要稳定。再如，提前建立和校准的计算机模拟平台为形成集成技术方案提供了大量计算结果，仅此项工作就为后期的集成实验节省了2～3个月的时间。
让国产芯片“站”起来
接到“接力棒”的闫江也将“生死”置之度外：“哪怕有1%的希望，我们都会争取按时高质量地完成研发任务。”
为此，22纳米攻关指挥部制定了一份苛刻的倒计时计划，“流片实验到任何一个环节，相关工艺工程师必须先于流片到位。”闫江说。同时，压缩所有能够压缩的试验环节，甚至有段时间这条8英寸的工艺平台24小时连轴运转。
“2012年4月，我们用20天时间，拿出了第一个线宽比较大的芯片，这验证了整个工艺设备的可靠性。”
“按照紧凑的实验节奏，2012年10月，第一个25纳米栅长的晶体管（NMOSFET）流片实验成功”……赵超回忆着倒计时里的各项欣喜。
“最后，我们做到6次流片实验均首次成功。”闫江说。集成电路先导中心用7个月的时间漂亮地完成了原定两年多时间的工作：国内首次采用后高K工艺流程，获得小于30纳米栅长的NMOSFET和PMOSFET器件，器件性能优良；对栅工程中阈值电压（Vt）调节，界面层去除，栅介质及金属层填充等工艺难点作了系统研发，为工业界的二次开发提供了一系列工艺解决方案。
“到目前为止，我们虽然遇到了不少困难，但都能一步步地克服，顺利地完成既定目标。”赵超介绍，“这说明我们的机制合理、技术方案比较扎实，当然，还有运气好。”
“压力很大，有苦有累，却很甜蜜也非常有成就感。”闫江道出了团队的真实感受。
整个团队的付出开始得到回报：该团队在更具挑战性的鳍型晶体管（FinFET3D）研发上已经取得良好进展。以年轻人为主力军的FinFET研发队伍，已提前完成大线宽的器件集成目标，与工业主流工艺兼容的FinFET工艺集成和器件将在2013年底之前完成。
这些成果将为国内芯片制造企业的生产技术开发扫清道路、为半导体集成电路行业中无生产线设计公司（简称Fabless）及早介入工艺创造条件。赵超表示：“我们有信心与半导体集成电路行业中芯片代工厂（简称Foundry）一起打造自主研发的20～14纳米技术。”
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