《孫子兵法·兵勢》中說道“凡戰(zhàn)者，以正合，以奇勝”，即一方面要有正面進攻，大兵團推進，另一方面要有出奇制勝的招數(shù)，守正出奇方能贏得戰(zhàn)爭。而最近業(yè)界關注的中國科學院微電子研究所在22納米技術研發(fā)取得重大進展的消息，是否意味著22納米技術的“出奇”已到來?“22納米先導研發(fā)技術突破是在某些關鍵技術如高K金屬柵等相關技術的新材料、新結構上取得的，不是全套工藝，要進入量產(chǎn)還需要更大量的開發(fā)工作。”中國科學院微電子研究所所長葉甜春在接受《中國電子報》記者專訪時直言指出。

關鍵性技術取得突破

多年來，在CoCom輸出條款以及Wassennaar協(xié)定的限制下，中國大陸一直無法取得外來最先進的高科技產(chǎn)品與技術，并因此發(fā)展受阻。同時，全球半導體產(chǎn)業(yè)在摩爾定律的指引下狂飆猛進，如今主流工藝已經(jīng)進入28納米，更先進工藝也不時有試產(chǎn)消息傳出，然而中國大陸在22納米技術開發(fā)道路上仍落于人后。

“此次突破是中國科學院微電子研究所聯(lián)合北京大學、清華大學、復旦大學的研發(fā)團隊在制造企業(yè)支持下經(jīng)過3年多的共同努力的階段進展，此次22納米研究突破的意義并不僅僅在于技術差距上的追趕，更重要的是我們在這種高度全球化的尖端技術上開始擁有自己的知識產(chǎn)權，對提升大陸IC產(chǎn)業(yè)的核心競爭力將發(fā)揮作用。” 葉甜春表示。

但業(yè)界也有質(zhì)疑，中科院目前只有8英寸研發(fā)線，在8英寸線上做高端IC工藝沒意義，現(xiàn)在已是12英寸晶圓時代，8英寸都改做模擬和混合電路了，而且開發(fā)22納米工藝需要用浸沒式曝光機。對此，葉甜春指出，以方法創(chuàng)新為主的先導研發(fā)不同于以生產(chǎn)技術開發(fā)為主的產(chǎn)業(yè)開發(fā)。先導研發(fā)在業(yè)內(nèi)有個專有詞“path finding”(路徑尋找)，是指先期進行新材料、新結構、新工藝的探索和研究，尋找創(chuàng)新點，好比特種部隊和偵察兵，穿插到敵后探路并占領一些關鍵據(jù)點，迎接大部隊的到來。說8英寸設備不能研發(fā)出12英寸生產(chǎn)線用的技術，就好比說偵察兵沒有飛機大炮不能打仗一樣。實際上，先導研發(fā)和生產(chǎn)開發(fā)是有機結合的兩個階段，先導研發(fā)并不依賴生產(chǎn)設備，關鍵是研發(fā)目標和取向要處處考慮到生產(chǎn)的需求，進行到一定階段就必須到12英寸生產(chǎn)線上去再開發(fā)。

這其中的關鍵就是知識產(chǎn)權。在專利之路上，研發(fā)團隊也是“有的放矢”。據(jù)了解，22納米和14納米涉及的專利包括器件結構、高K金屬柵(HKMG)、溝道應變工程等幾個大項，而每一項又都包含若干項單元技術，涉及非常多的專利。葉甜春形象地將專利比喻成“必經(jīng)之路上的卡子”，而專利費則是“買路錢”。他指出，如高K金屬柵就包括先柵、后柵、新型MG、界面工程等，中科院微電子所的做法是在別人已有的專利基礎上分析是否能繞道或設立新的道路目標，在專利布局時考慮專利組合，并且一定要成體系。比如在新型高應力金屬柵CMOS集成方法上有10多個專利組合，利用了金屬柵的特殊特性，在后柵集成中形成高應力結構，顯著提高了器件驅(qū)動性能。這一方法已在一家制造企業(yè)12英寸線上得到初步驗證，柵長26納米的nMOS器件驅(qū)動電流提高了35%，達到業(yè)界先進水平。

目前，中科院微電子研究所、北京大學、清華大學、復旦大學等的開發(fā)團隊已完成了1369項專利申請(國際專利申請424項)，其中高K/金屬柵制程及相關專利、金屬堆疊結構及其他專利已開始著手在中國大陸相關制造企業(yè)導入再開發(fā)。

重在加快產(chǎn)業(yè)化

然而，在22納米關鍵技術上取得突破還只是“萬里長征”的第一步，如何加快實現(xiàn)量產(chǎn)才是未來面臨的最大考驗。業(yè)界專家莫大康指出，從65納米/55納米到45納米/40納米，工藝變化不大，但到了28納米，由于P結、N結溝道的漏電流急劇增加，引起晶體管參數(shù)變化，需要在材料、結構上改進。中科院微電子所在HKMG等方面的研發(fā)突破是成績，但要在生產(chǎn)線上實現(xiàn)量產(chǎn)還有許多問題需要解決。莫大康分析道，臺積電在28納米就由于成品率問題飽受詬病，而且28納米從樣片到引入量產(chǎn)時間至少要18個月，不像此前工藝大概8～10個月即可，預計20納米的爬坡階段將更長。因為成品率與價格掛鉤，工藝升級芯片價格下降推動摩爾定律向前，如果成品率不高導致芯片價格難以降低的話，摩爾定律也將終止。

水清木華研發(fā)總監(jiān)周彥武也指出，東芝和英特爾2010年在實驗室就可以做到14納米，但量產(chǎn)遠比實驗室困難百萬倍，東芝的19納米工藝上周已開始量產(chǎn)。

葉甜春指出，目前研發(fā)團隊正全力與相關企業(yè)合作，以期早日實現(xiàn)量產(chǎn)。研發(fā)成果已在生產(chǎn)線上做了初步驗證，技術可行，但要量產(chǎn)工作量更大。

一方面，任何研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化脫不開產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)實。摩爾定律經(jīng)過多年的發(fā)展，每一世代升級都會引入一些新材料、新制造工藝，然而只有20%涉及材料、結構到制造工藝的改進和提升，80%是在以往工藝積累的基礎上。而目前大陸某些領先制造企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了65納米、40納米技術的量產(chǎn)，28納米技術也即將進入量產(chǎn)，可以說“萬事俱備，只欠東風”。“我們開發(fā)的不是成套系統(tǒng)技術，而是關鍵技術，如今大陸代工業(yè)技術水平積累已達到相當高的程度，再結合我們的關鍵技術點，就能實現(xiàn)更大的突破。如果只有我們的關鍵技術點，而代工業(yè)沒有足夠的技術積累，也是不可能量產(chǎn)的。” 葉甜春指出。

另一方面，更大量的開發(fā)工作需要企業(yè)變成主體，而研發(fā)團隊變成配角，這樣產(chǎn)學研的分工合作才能更好地體現(xiàn)出其價值。葉甜春將產(chǎn)學研合作比喻成大兵團作戰(zhàn)。他解釋說，研究院所是偵察部隊，先占領山頭，但攻城略地還要靠主力部隊，而企業(yè)是主力部隊。關鍵技術的突破與生產(chǎn)線是多少英寸線沒什么關聯(lián)，但量產(chǎn)一定要在12英寸線上實現(xiàn)，而且后續(xù)技術要繼續(xù)完善，需要以企業(yè)為主體來推進。

“以往半導體產(chǎn)業(yè)與研發(fā)互相割裂，因此效果差強人意，但我們在研發(fā)模式上，從以前目標性不強的打哪指哪到現(xiàn)在指哪打哪，目標性很強。我們一直與大陸相關代工廠緊密合作，因此可與產(chǎn)業(yè)界相呼應，預計轉(zhuǎn)入量產(chǎn)時間要比以往快得多。” 葉甜春說，“預期有望在兩三年內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。”他還進一步提到，大陸有的制造企業(yè)正在向55納米、45納米工藝走，有的預計到年底實現(xiàn)28納米量產(chǎn)，他們的研發(fā)超前一些，也將在20納米工藝上很快聚合產(chǎn)生“裂變”。而且，14納米FINFET工藝已經(jīng)做了一年多的研發(fā)了。隨著大陸代工業(yè)的積累與進步，以及產(chǎn)學研的深度融合，到2018年大陸代工業(yè)節(jié)奏或與國際水平同步。

在產(chǎn)品層面，葉甜春介紹說，他們的技術都基于主流CMOS工藝，瞄準的是移動通信等產(chǎn)品需求。同時，產(chǎn)業(yè)化還需設計企業(yè)和制造企業(yè)實現(xiàn)從產(chǎn)品定義到工藝結合的深度融合。

代工業(yè)環(huán)境向好

中科院微電子所等在22納米研發(fā)技術的突破不僅昭顯了我國技術的實力，也表明我國代工業(yè)整體配套環(huán)境在不斷改善，而這與國家重大專項的支持密不可分。葉甜春介紹說，國家專項致力于支持技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新相結合，目前大陸設備、材料業(yè)等獲得不少的突破，產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)合攻關取得較大進展，一些新的設備已在研究中心開始試用，有一兩種高端設備已達到20納米水平，大陸不少設備廠商也在致力于20納米設備的開發(fā)。

從整體來看，大陸代工業(yè)與國際先進水平差距已然縮小。葉甜春分析說，在2013年，大陸主流制造企業(yè)40納米已經(jīng)量產(chǎn)，28納米計劃今年年底量產(chǎn)，這說明大陸代工業(yè)進步明顯。“國內(nèi)代工體系成長非常快，一是工藝提升，二是客戶服務能力提升，很多大的設計企業(yè)和制造廠已經(jīng)聯(lián)合做新產(chǎn)品新工藝的開發(fā)，結合緊密。”葉甜春提出。

摩爾定律是否敲響終止的鐘聲，業(yè)界對于半導體業(yè)的前景會產(chǎn)生各種看法。莫大康提到，其中大的方面包括從工藝看在14納米之后如何走下去以及450毫米硅片的進程等。而且業(yè)界領袖也都“分道揚鑣”，采用的工藝技術路線不盡相同。

葉甜春表示，450毫米晶圓不太可能成為代工業(yè)主流，12英寸永遠有生命力，如果是18英寸，那需要有天量的產(chǎn)品規(guī)模才能支撐，代工線也要講究經(jīng)濟效益，要尋求市場合適定位，12英寸仍將是主流。大陸一是要從產(chǎn)品出發(fā)，結合工藝開發(fā)，設計與制造深度融合，整個行業(yè)將發(fā)生大的改觀。二是在設備和材料方面尋求突破，材料涉及產(chǎn)品成本，設備是產(chǎn)業(yè)根基，持續(xù)改進就能提升產(chǎn)業(yè)競爭力。