艰苦攻关为中国集成电路产业圆梦

科研人员在光刻实验室工作

小小的芯片承载我国科技创新的梦想和驱动力。

集成电路芯片是信息时代的核心基石，它被誉为现代工业的“粮食”，更成为全球高科技竞争中的战略必争制高点。然而，长期以来，我国芯片产业一直受到西方在先进制造装备、材料和工艺引进等方面的种种限制，想要拥有自主知识产权的高技术芯片，就必须发展我国自己的集成电路制造体系。

近年来，我国在集成电路芯片领域投入巨大人力物力，取得了显著成效。尤其是中科院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心通过4年的艰苦攻关，在22纳米关键工艺技术先导研究与平台建设上，实现了重要突破。

这让我国集成电路制造产业开始拥有自己的话语权，该成果也为我国继续自主研发16纳米及以下技术代的关键工艺提供了必要的技术支撑，表明我国已开始在全球尖端集成电路技术创新链中拥有了自己的地位。在2016年度北京市科学技术奖评选中，“22纳米集成电路核心工艺技术及应用”项目荣获一等奖。

事关摩尔定律的生死

很多人知道摩尔定律，但很少有人知道，在2004年左右，摩尔定律差点“死了”。

最终是一个名为高K-金属栅极的技术，让我们今天可以轻松的工作、上网，而不用考虑芯片太热、漏电等问题造成的电脑或手机性能下降。

根据摩尔定律，每18个月就会在同样面积的硅片上把两倍的晶体管“塞”进去。按之前的工艺，已经将晶体管的组成部分做到了几个分子和原子的厚度，组成半导体的材料已经达到了极限。其中，最早达到这个极限的部件是组成晶体管的栅极氧化物——栅极介电质，原有的工艺都是采用二氧化硅层作为栅极介电质。

“我们可以把栅极比喻为控制水管的阀门，开启让水流过，关闭截止水流。”中科院微电子研究所集成电路先导工艺研发中心主任赵超告诉记者，从65nm开始，我们已经无法让二氧化硅栅极介电质继续缩减变薄，如果不能解决栅极向下的漏电问题以及源极和漏极之间的漏电问题，摩尔定律可能会失效，新一代处理器的问世可能变得遥遥无期。

寻找比二氧化硅更好的“绝缘体”，迫在眉睫。“这种材料应具有良好的绝缘属性，同时在栅极和晶体硅衬底的通道之间（源极和漏极之间）产生很好的场效应。”赵超告诉记者，英特尔公司的科学家经过反复测试，率先在22纳米CMOS技术节点引入高K-金属栅极技术，有效地降低了成本，减少了功耗并提高了器件性能。

“这项技术拯救了摩尔定律，成功研制高K-金属栅极并将之付诸量产，被誉为半导体业界40年来里程碑式的革命性突破。”赵超说。

自此，22纳米CMOS技术成了全球研究开发的又一代有重大技术创新的集成电路制造工艺，各国都投入了巨大资金，力争抢占技术制高点。

这是我国集成电路研发体系绕不过去的坎。“2009年，在国家科技重大专项的支持下，我国开始22纳米关键技术先导研发。我们与项目联合承担单位，北京大学、清华大学、复旦大学和中科院微系统所的项目组一道，开展了系统的联合攻关。”赵超说。

加入高端集成电路先导工艺研发国际俱乐部

4位“****”、5位中科院百人计划，30多位工业界核心的工程师团队……先导工艺研发中心拥有这样一支令人艳羡的国际化研发团队。

2009年，在国家科技重大专项的支持下，微电子所成立研发团队并引进了一大批海归，建成了拥有200多名研发人员的集成电路先导工艺研发中心，赵超就是其中的一位。

研发方向有了，人也有了，但项目团队依然面临着巨大的挑战。