我國集成電路核心裝備國產(chǎn)化在京獲重大進(jìn)展。記者日前從北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)獲悉，中芯國際北京廠使用國產(chǎn)設(shè)備加工的12寸正式產(chǎn)品晶圓加工突破一千萬片次，標(biāo)志著集成電路國產(chǎn)設(shè)備在市場化大生產(chǎn)中得到充分驗證，國產(chǎn)設(shè)備技術(shù)和市場競爭力邁上了一個新臺階。
用發(fā)絲千分之一精度“蓋樓”
穿上淡粉色防塵衣帽，戴上口罩手套，雙腳套上鞋套，再進(jìn)入風(fēng)淋室經(jīng)過2分鐘的清潔空氣吹淋后，記者進(jìn)入了中芯國際二期生產(chǎn)線的潔凈室。
“這臺分片機(jī)，需要機(jī)械手臂精準(zhǔn)、平穩(wěn)地將晶片進(jìn)行分發(fā)，并且不能有任何刮傷和微塵污染。”“這臺中速離子植入機(jī)，是硅變成電晶體的一道重要工藝。”“這臺介質(zhì)蝕刻機(jī)，負(fù)責(zé)根據(jù)設(shè)計‘吃掉’硅片上不需要的部分”……在潔凈室技術(shù)人員的講解下，一臺臺國產(chǎn)裝備進(jìn)入了記者視線。
經(jīng)過多年的研發(fā)以及反復(fù)驗證、調(diào)試，它們?nèi)缃衽c代表集成電路最先進(jìn)制造水平的國外“同行”們站立在一起，擔(dān)負(fù)起芯片制造的一項項關(guān)鍵工序。
在中芯國際工作多年的老人兒都清晰記得，十多年前中芯國際在京投產(chǎn)時，大到生產(chǎn)線設(shè)備，小到螺母、螺絲釘，都是進(jìn)口的。
國產(chǎn)設(shè)備進(jìn)芯片生產(chǎn)線，為何這么難？“好比要在晶片上蓋四十多層高樓，不同的是每一層樓都需要以頭發(fā)絲千分之一的精確度描繪出來。”中芯北方副總經(jīng)理張昕說。一顆只有幾毫米寬的芯片上，肉眼看不到的是其背后極大的精確度和復(fù)雜度——每個芯片上有很多層，而每一層上面的晶體管和電路如果排成一根直線，有數(shù)百米長。在這里，一張張硅片經(jīng)過光刻、掩膜、光照、離子注入、熱處理等數(shù)百道工序后，才能變成芯片。而任何一道工序中但凡出現(xiàn)一點(diǎn)差錯，就會失之毫厘，謬以千里。
正是由于工藝制造的高精度和復(fù)雜度，芯片生產(chǎn)需要機(jī)械、電子、軟件、控制、材料等多個學(xué)科的配合。集成電路生產(chǎn)線上刻蝕機(jī)、氧化機(jī)、薄膜、光刻、離子注入等設(shè)備，一直都由歐美日少數(shù)公司掌握。而如今，從2008年至今短短幾年時間，一些國產(chǎn)材料和大型裝備正在逐漸進(jìn)入這條全國最先進(jìn)的集成電路生產(chǎn)線。
聯(lián)合攻關(guān)縮短國際差距
中國芯中國造，是多年來中國高端制造領(lǐng)域亟待攻克的難題。
“一個城市的普通家庭有約100顆芯片。”北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會主任、國家科技重大專項02專項實(shí)施管理辦公室主任梁勝多年前就曾用這樣一個比喻來形容集成電路在人們生活中無處不在的重要性。而今，100顆這個數(shù)字有增無減。智能手機(jī)、空氣凈化器、移動WiFi、高清電視、智能攝像頭、聲控?zé)簟瓫]有了芯片，所有這些讓你生活便利的智能設(shè)備全都不可能實(shí)現(xiàn)。
小到人們的智能生活，大到國家信息安全能力，都與芯片以及制造芯片的核心裝備們息息相關(guān)。“國外一家大型裝備廠商一個季度的產(chǎn)值，就比中芯國際一年產(chǎn)值還要高得多。”張昕也用一個數(shù)字來解釋裝備制造在整個集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的重要地位。
2008年，國家科技重大專項02專項成立，組織“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)合開發(fā)，由行業(yè)的龍頭企業(yè)中芯國際等牽頭，向世界上最先進(jìn)的40納米和28納米芯片技術(shù)節(jié)點(diǎn)攻關(guān)，并推動裝備國產(chǎn)化。北京市作為組織牽頭單位，對項目承擔(dān)單位予以資金扶持。更為重要的，02專項讓中芯國際、北方微電子、七星華創(chuàng)（北方微電子、七星華創(chuàng)后重組為“北方華創(chuàng)”）、中科信公司等產(chǎn)業(yè)鏈的上下游企業(yè)站在了一起。
對于國產(chǎn)設(shè)備的“天然實(shí)驗室”——中芯國際的生產(chǎn)線來說，過去購買進(jìn)口設(shè)備，維修和調(diào)試都由有豐富經(jīng)驗的國外設(shè)備公司承包。為了使用國產(chǎn)設(shè)備，攻關(guān)小組得邊干邊學(xué)，不停監(jiān)測設(shè)備在生產(chǎn)過程中的各種問題。同時，為加速裝備國產(chǎn)化進(jìn)程，作為“客戶”的中芯國際開始與多家國產(chǎn)設(shè)備商聯(lián)合研發(fā)，在設(shè)備設(shè)計、研發(fā)過程中就充分根據(jù)大生產(chǎn)環(huán)節(jié)的需求進(jìn)行，而非閉門造車、單打獨(dú)斗。
“在科研上，以往的探索式研究只需要單點(diǎn)突破，一百次嘗試有一次成功就可以宣告成功了。現(xiàn)在要提供大生產(chǎn)技術(shù)，必須一百次都成功。”張昕坦言國產(chǎn)化之路的艱辛。
2010年，國產(chǎn)設(shè)備開始進(jìn)入中芯國際北京生產(chǎn)廠區(qū)。從2012年到2016年，使用國產(chǎn)設(shè)備加工的產(chǎn)品數(shù)量經(jīng)歷了0片次、2700片次、14萬片次、110萬片次、1000萬片次的幾何式增長。
開發(fā)區(qū)集成電路產(chǎn)業(yè)的集聚，成為了高端制造裝備國產(chǎn)化的天然推動力。就拿坐落在中芯國際北京廠街對面的“鄰居”北方華創(chuàng)來說，其成功開發(fā)了以刻蝕設(shè)備、化學(xué)氣相沉積設(shè)備、物理氣相沉積設(shè)備三大類半導(dǎo)體裝備產(chǎn)品為基礎(chǔ)的20余類產(chǎn)品，成功替代了國外廠商同類產(chǎn)品。“設(shè)備一有什么問題，設(shè)備商的工程師就能過來，雙方的合作溝通完全零時差。”中芯國際工程師說。
北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)負(fù)責(zé)人介紹，隨著集成電路國產(chǎn)設(shè)備在市場化大生產(chǎn)中得到充分驗證，我國集成電路制造產(chǎn)業(yè)與國外最先進(jìn)水平的差距縮短了至少五年。
國產(chǎn)化可助成本降兩成
突破國際壟斷、提升自主創(chuàng)新能力，帶來的是實(shí)打?qū)嵉男б妗堦客嘎叮m然目前設(shè)備國產(chǎn)化仍處于初期，需要投入大量人力、財力、物力，但隨著國產(chǎn)設(shè)備大量投入使用，將使得我國芯片制造的設(shè)備采購成本降低25%左右。
業(yè)內(nèi)專家透露，集成電路技術(shù)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(shù)更新一代。每一代技術(shù)的更新可使芯片集成度提高1倍，電路性能提高40%。隨著摩爾定律近年來逐漸逼近極限，裝備國產(chǎn)化對于提升我國集成電路行業(yè)競爭力將起到巨大作用。