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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)品技術的差距,到相差兩三年、一至二代產(chǎn)品技術的差距,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。張汝京當時說,“中國集成電路一窮二白,還在低端上重復,你們應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:“當時我就覺得應該參加這樣的團隊?!薄@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反側之后作出的,為此付出的代價是放棄英特爾的工作、遠離親人和放棄美國永久居住權。

  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,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。

   “我國當時的集成電路技術在350納米,而國際上的主流技術已經(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、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、技術水準最高,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,肩負著將中國集成電路產(chǎn) 業(yè)的技術水平發(fā)展到與國際相當?shù)牡闹厝危爸袊鴫魧ξ覀僆C業(yè)內來說就是芯片夢”——吳漢明和中芯國際人深知自己所肩負的責任之重,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個月技術更新一代。每一代技術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的前沿技術,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,吳漢明擔任技術研發(fā)中心先進刻蝕部總監(jiān),負責0.13微米中的核心工藝刻蝕技術研發(fā)。當時國內的主流技術是 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微米以下的技術就做不了,就永遠進不了納米時代。當時很辛苦,經(jīng)常一干就是凌晨兩三 點……”

  功夫不負有心人,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國際頂尖技術水平,系統(tǒng)地分析了世界集成電 路產(chǎn)業(yè)主流技術發(fā)展走勢,確定了項目基本技術路線和實施方案,包括制訂總體項目預算、工藝流程、設計規(guī)則和項目最終目標等。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,組織協(xié)調各個研究所和高校產(chǎn)學研部門的合作。

  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,吳漢明和他的技術團隊可謂傾注了大量心血,一個技術代的突破,需要成百上千的技術參數(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也在他們的手中接連跨越6個技術代: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。

   “技術上的困難很多。每跨越一代技術,通常約1/4的技術是以前沒有做過的,而前面做過的成熟技術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)次反復試驗下,我們才發(fā)現(xiàn)是預清洗方法不對,工藝參數(shù)沒調好?!本瓦@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 新技術就需要一批新設備來實現(xiàn),而一臺設備幾億元人民幣,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),但要趕上國際領先水平還是不夠。行業(yè)技術往 前走,需要技術和資金的及時跟進,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?!?/p>

  吳漢明說,要想在集成電路領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)技術研發(fā)要更加務實才好。”

  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,以平臺和技術優(yōu)勢,用先進科學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最先進的集成電路工藝技術研發(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, 旨在建設具有國際化管理理念和技術水平的團隊,形成人才的集聚效應,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、市場為導向、產(chǎn)學研結合的技術創(chuàng)新體系,中芯國際在北京建立了“中芯國際產(chǎn)學研聯(lián)合實驗室”。最近,中芯國際在上海成立了“集成電路先導技 術研究院”開展20~14納米的芯片制造技術研發(fā),主要功能為“建立以企業(yè)為主體、市場為導向、產(chǎn)學研結合的技術創(chuàng)新平臺”。

  “中芯國 際有一個很好的領導班子,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,都是成 功的,這就相當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,有了國家從設計制造、設備、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重托?!?/p>

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

  承上啟下 奏響產(chǎn)業(yè)最強音

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

  集成電路產(chǎn)業(yè)鏈上游為集成電路設計、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)品提供設計版圖;晶圓制造、封裝和測試則為集成電路設計提供加工服務。

  集成電路為人們的生活帶來了無窮益處,它不僅廣泛應用于航空航天、人造衛(wèi)星等高科技領域,還在日常生活中扮演著日益重要的角色:醫(yī)學上的核磁共振儀,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,技術延伸一代,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換率達100%。中芯國際不僅實現(xiàn)了集成電路技術上的追趕,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,國際上領先的芯片代工企業(yè)開始采用65納米量產(chǎn)技術、45納米技術的研發(fā)工作開始啟動。

   集成電路技術進入65~40納米技術節(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、低K/Cu互連技術、光學近鄰效應校正(OPC)等可 制造性設計技術、新型超薄柵氧工藝、應變硅技術、Ni基硅化物自對準淺結技術,以及包括新物理效應和工藝因素的器件模型和可靠性評測技術等的引入成為必 需,技術研發(fā)難度和對創(chuàng)新的需求進一步加大。

  面對國內外市場,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)出國內領先、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)了相應的設計65~40納米的模型和IP庫,建立了擁有自主知識產(chǎn)權的低 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) 內罕見。他們申報了發(fā)明專利2000多項(已授權1000多項),軟件著作權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細節(jié)秘 密:65/55納米成套工藝技術研究在國內大生產(chǎn)線上首次實現(xiàn)了應變硅、鎳化硅、源漏組合注入等關鍵核心技術,集成度超過每平方厘米10億個晶體管。45 /40納米成套工藝技術研究在國內大生產(chǎn)線上首次實現(xiàn)了浸沒式光刻、超低K介質銅互連等技術,完全自主研發(fā)了氟離子退火技術,通過與高校研究所的產(chǎn)學研協(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。國內首次實現(xiàn)了可制造設計(DFM)產(chǎn)業(yè)應用技術,研發(fā)了在大 生產(chǎn)條件下的產(chǎn)品良率提升等技術。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)關鍵工藝裝備和國產(chǎn)材料。本項目技術創(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。

  項目的技術創(chuàng)新,是在吸收國內多年的集成電路研究成果的基礎上取得的持續(xù)創(chuàng)新,是在 吸收國內外先進技術的基礎上開展的集成創(chuàng)新,是在聯(lián)合產(chǎn)學研用各界的力量取得的群體創(chuàng)新,是在面向應用和市場基礎上取得的產(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志著我國集成電路制造技術成功進入納米時代,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72億美元建設兩條月產(chǎn)能各為3.5萬片、技術水平為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、市長郭金龍等領導出席簽字儀式。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導出席奠基儀式。

  技術創(chuàng)新帶來了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的井噴效應:項目技術指標達到了國際行業(yè)標準,通過國際主流客戶和國內頂尖客戶的認證,并取得批量產(chǎn)品定單,表明技術指標達到IC代工先進主流水平。65~40納米技術自量產(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)技術水平,標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)內首次300毫米裝備在大生產(chǎn)線上開展工藝驗證,使得國內設備材料經(jīng)過驗證之后,得到了國際產(chǎn)業(yè)界的認 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)都開始采購中國設備材料供應商的產(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)技術進 步和產(chǎn)業(yè)結構調整。

  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,就可以支撐國內設計公司的設計產(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金屬柵工藝技術才可以實現(xiàn)。應變材料的 替換,性能的提高,包括產(chǎn)品的可靠性設計都要重新做一遍。現(xiàn)在國內設計公司的28納米芯片都是在國外加工的,而國內市場最大的4G芯片,其核心就是28納 米。突破了這項技術,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納米技術得到了世界 龍頭設計企業(yè)高通的認可,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納米及以下的先導關鍵工藝研究,為未來5G技術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)結合,促進電子商務、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展,引導互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拓展國際市場。國家已設立400億元新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)投資引導基金,要整合籌 措更多資金,為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新加油助力。”

  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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