九月中的上海,空气里还残留着夏末的溽热。“华晶电子”那座崭新的1.5微米工艺线洁净厂房内,却保持着恒定的温度和湿度,空气经过层层过滤,几乎一尘不染。
王磊穿着全套无尘服,透过观察窗,看着产线上机械臂精准地移动、光刻机发出幽蓝的光、各种化学溶液在管道中无声流淌。这里是芯片诞生的地方,是将设计图纸变为物理实体的魔法之地。今,这个魔法将第一次作用于完全由中国人自主设计、并使用自主EdA工具完成的芯片上——那款抗辐射存储器控制器。
流片(tape-out)过程本身,对于“华晶电子”的工程师们而言,已是例行公事。但今的氛围却有些不同寻常。研究院的吴思远、王磊,航用户方的代表,甚至电子工业部的一位司长,都远程或现场关注着。
“数据已经全部导入,光刻掩模版检查无误,工艺配方就位。”产线主管向现场总控汇报,声音通过内部通讯系统清晰地传出来,“可以开始首层光刻。”
“开始。”总控下达指令。
巨大的光刻机开始工作,将设计图形转移到涂有光刻胶的硅片上。这一步,至关重要。任何设计数据与工艺参数的微不匹配,都可能导致图形畸变或缺失。
王磊的心提到了嗓子眼。虽然“华芯”工具在导出制造数据(GdSII)前,已经按照“华晶电子”提供的设计规则检查(dRc)文件进行了反复验证,但毕竟是第一次实际流片,谁也不敢保证万无一失。
一层,两层,三层……光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积,复杂的工序一步步推进。每个关键步骤后,都有在线检测和抽检。时间在紧张而有序的流程中一点点流逝。
第一,进展顺利。第二下午,在完成某个关键金属互连层的光刻后,在线检测系统发出了警报——该层图形的线宽均匀性出现异常,部分区域偏窄。
现场气氛骤然紧张。立刻暂停流程,对问题硅片进行离线详细检测,同时检查光刻机参数和掩模版。
“不是设备问题,也不是掩模版问题。”工艺工程师很快判断,“可能是设计图形在这个区域的密度和排布,与我们工艺的局部负载效应模型有细微偏差,导致刻蚀速率不均匀。”
问题指向了设计数据与工艺模型的匹配度。这正是国产生态最薄弱的环节之一——“华晶电子”的工艺模型还在完善中,可能存在未被充分认知的边界情况。
“能不能通过微调工艺参数补偿?”用户方代表焦急地问,型号进度耽误不起。
“可以尝试,但需要时间实验确定最佳参数,而且可能影响其他区域的图形。”工艺工程师回答。
吴思远在电话会议中提出:“我们有没有可能,从设计端进行微调?比如,在那个区域稍微增加一点金属填充(dummy metal),平衡一下图形密度?”
这是一个思路。但修改设计意味着需要重新生成部分制造数据,并经过验证,至少需要一时间。
“用户能不能接受一延迟?”司长问。
航代表与后方沟通后,回复:“可以接受,但必须确保万无一失。这是上的东西,可靠性是第一位的。”
王磊团队立刻行动起来。他们调出该芯片的设计数据库,定位到问题区域,使用“华芯”工具的快速编辑和验证模块,在不影响电路功能和性能的前提下,添加了微的金属填充图形。然后重新运行设计规则检查和电路逻辑等价性检查。
深夜,修改后的数据生成并验证完毕,传输给“华晶电子”。工艺工程师根据新数据,微调了刻蚀配方。
第三,流程继续。修改后的区域顺利通过。后续工序虽然也遇到一些波折,但都有惊无险地解决了。
整整七后,流片全部工序完成。硅片被送入测试车间,进行晶圆级测试(afer test)。探针卡压在的芯片焊盘上,测试仪器发出指令,读取响应。
第一颗芯片,电源短路,失效。
第二颗芯片,部分存储器控制信号异常。
第三颗芯片,功能正常!
第四颗、第五颗……测试工程师紧盯着屏幕,不断报出结果。
最终统计,首批流片的良率(功能正常的芯片比例)为34%。这个数字,对于一条尚未完全成熟的1.5微米工艺线,对于一个首次采用全新设计和全新工具链的复杂特种芯片而言,不算高,但也绝非灾难——它意味着,这条自主生态链,已经能够从头到尾走通,并产出可用的芯片!
“成功了!”不知谁先喊了一声,测试车间里响起压抑已久的欢呼。尽管良率有待大幅提升,尽管过程磕磕绊绊,但第一个完全自主的“设计-工具-制造”闭环,实实在在地跑通了!那颗功能正常的芯片,就是最好的证明。
王磊隔着无尘服,用力握了握拳头,眼眶发热。吴思远在电话那头,长长地舒了一口气。航代表脸上露出了如释重负的笑容。
“立刻对合格芯片进行更全面的特性测试和可靠性考核。”司长指示,“同时,分析失效芯片的原因,是设计问题、工具问题,还是工艺问题?要彻底搞清楚,为下一次流片积累经验。”
庆功宴简单而务实。席间,“华晶电子”的老总感慨:“这次流片,暴露了我们工艺模型的不少盲点。你们设计团队和EdA工具反馈的数据太宝贵了!比我们自己做测试芯片得来的数据更直接、更有针对性。这就是生态的力量啊!”
王磊深有同福这次流片,对“华芯”工具同样是一次极佳的实战检验。他们发现了工具在将设计转换为制造数据时,对一些深亚微米工艺效应的考虑不足,也积累了宝贵的与真实工艺交互的经验。
“这只是第一步。”吴思远举杯,“后面还有航空发动机芯片、深海勘探芯片要流片。我们要把这次的经验教训,快速反馈到工具开发和设计方法学中,争取下次良率翻倍!”
第一次流片的成功,像一剂强心针,注入了略显疲态和迷茫的“火炬”计划。它用事实证明了,那条看似艰难曲折的“内循环”生态之路,是可以走通的;那些关于自主创新“不经济、不可能”的论调,在实实在在的芯片面前,显得苍白无力。
消息在有限的范围内传开,极大地鼓舞了相关领域的科研人员和工程师。一些原本犹豫是否采用国产工具或工艺的企业,开始主动接触咨询。
然而,挑战接踵而至。
十月初,就在研究院准备启动第二个特种芯片(航空发动机FAdEc芯片)流片时,从“华晶电子”传来一个坏消息:他们向美国某公司订购的一批关键半导体设备部件,在运送至香港中转时,被当地海关以“最终用户核查”为由暂扣,交货无限期延迟。
“又是这一套。”张海洋得知后愤然,“专项项目需要的五轴铣头,从德国采购时也遇到了类似的‘延迟’。他们不敢明着禁运,就用这种手段拖延我们进度。”
“这明我们的动作,真正触痛了他们。”秦念冷静分析,“以前是封锁技术,现在是拖延设备部件,干扰我们的生产制造能力。斗争在升级。”
“能不能国内替代?”吴思远问。
“有些可以,但有些高精度部件,短期确实难。”张海洋,“专项办公室已经在组织国内相关单位攻关了,但需要时间。”
屋漏偏逢连夜雨。十月中旬,王磊团队接到周明从深圳打来的紧急电话:“华创EdA入门套件”在推向市场后,被某国际EdA巨头以“涉嫌侵犯其图形用户界面(GUI)专利”为由,在美国法院提起诉讼,并要求临时禁令,禁止该产品在美国市场销售。
“我们的GUI是完全自主设计的,怎么可能侵权?”周明在电话里又气又急,“这分明是专利讹诈!想用高昂的诉讼成本和市场禁令,扼杀我们刚刚起步的产品!”
“这是国际巨头打压新兴竞争对手的常见手段。”吴思远对这类情况有所了解,“他们利用庞大的专利库和雄厚的资金,发起诉讼,无论输赢,都能拖垮公司。你们打算怎么办?”
“我们咨询了律师,应诉成本极高,而且过程漫长。但如果不打,就等于默认,以后也别想进国际市场了。”周明声音疲惫,“我们正在寻找国内有经验的涉外知识产权律师,也在考虑联合国内其他可能受影响的企业,集体应对。”
技术突破的喜悦尚未散去,现实的铁壁又一次横亘眼前。从核心设备部件到国际专利诉讼,封锁与打压无处不在,形式多样。
第一次流片成功的火光,照亮了前路,也照出了前路上更加密集的荆棘与沟壑。
但这一次,中国的科技工作者们,不再像最初那样茫然或愤怒。他们开始习惯这种常态化的博弈,心态更加沉稳,应对也更加有条不紊。
王磊在项目日志中写道:“流片成功,证明路可校设备被扣,专利被诉,证明路重要。既然重要,便无退路。唯有逢山开路,遇水架桥。第一次流片是‘破冰’,那么,就让第二次、第三次,成为‘破壁’。”
秋意渐深,枫叶转红。研究院里,灯火依旧。
挑战在继续,攻关在继续,突围,也在继续。
那颗在1.5微米工艺线上诞生的、良率仅34%的抗辐射存储器控制器芯片,被心地封装、测试、纳入航产品序粒它或许微,或许不完美,但它是一个里程碑,标志着中国集成电路产业,在自主生态的构建上,迈出了从零到一的、最坚实的一步。
而这一步之后,是更加漫长、却也更加坚定的万里长征。
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