2018年11月03日 | 传说中的3nm芯片是真的吗？

        前几天，我国高层领导在访问IMEC（比利时微电子研究中心）时驻足端详硅晶圆的照片，在业界引发热议，关于IMEC的“前世今生”也被梳理得透透彻彻。而我们所关心的是，那个号称3nm的芯片是真的吗？如果是真的，何时会量产？从IMEC的发展轨迹中我们从中可以学到些什么？

        3nm是真的？

        在这则新闻之前两上月，IMEC在其每年举办的2018年IEEE国际互连技术大会（IITC 2018）上，发布了11篇关于先进互连的论文，包括扩展铜（Cu）和钴（Co）金属镶嵌金属化，以及评估钌（Ru）和石墨烯等新替代品。

        在此次会上，IMEC展示了针对5nm和3nm节点互连的解决方案。基于铜的双镶嵌一直是近20年来构建可靠互连的主力，但在5nm和3nm时紧密间距铜线的电阻和可靠性问题凸显，变得越来越具有挑战性，IMEC展示了不同的解决方案。一种选择是将Cu与薄的扩散阻挡层（例如氮化钽（TaN））和衬垫（例如Co或Ru）结合使用；另一种是用Co取代Cu。经过对电阻和可靠性行为的仔细评估之后，IMEC迈出了将传统金属化扩展到3nm技术节点的第一步。

        值得指出的是，这项研究是与IMEC的主要纳米互连计划合作伙伴合作完成的，包括GlobalFoundries、华为、英特尔、美光、高通、三星、SK海力士、闪迪/西部数据、索尼、东芝和台积电。

        而就在前几天有报告称，IMEC和光刻机霸主ASML计划成立一座联合研究实验室，共同探索在后3nm节点的纳米级元件制造蓝图。据悉，IMEC和ASML之间已经建立将近30年的长期合作关系，此次双方合作是一项为期五年计划的一部分，将分为两个阶段：第一阶段是开发并加速极紫外光(EUV)技术导入量产，包括最新的EUV设备准备就绪。第二阶段将共同探索下一代高数值孔径(NA)的EUV技术潜力，以便能够制造出更小型的纳米级元件，推动3nm以后的半导体微缩制程。

        据悉IMEC重点投入的三个主要的研究领域旨在解决包括光阻技术、光罩的防尘薄膜技术以及制程最佳化的3nm制程挑战。

        照这一进度，或许3nm的实现指日可待，但现在还不是时候。

        成功模式？

        需要指出的是，半导体制造其实只是IMEC的七大主业之一。

        成立于1984的IMEC经过几十年的发展，一直秉承“研究开发超前产业需求 3～10 年的微电子和信息通讯技术”的使命，已发展成为一个全球领先的国际化微电子研究机构。研究方向主要聚焦于七大领域，除半导体制造工艺外，还集中在IC设计、新材料与器件、微系统、太阳能电池、无线通信和生物电子，为全球半导体产业技术开发、成果转化、人才培养做出了重要贡献。

        在商业模式上，随着IMEC业务的发展，已有八成以上收入来自产业界，尤其是在半导体工艺领域，创造了无数个世界第一。人数也从最初成立时不到七十人，一跃上升到目前的4000多名。

        那么，这又是如何练就的呢？

        一方面，IMEC一直走在产业前沿，其研究成果大多属于战略性先导技术，通常以此为基础通过转化，实现其最大的价值。另一方面，通过灵活的合作模式来获得持续性发展。

        据介绍，IMEC与产业界技术合作模式经过长期实践，主要有一是双边技术合作、转让与授权；二是极其明特色的IMEC工业联盟项目（IIAP:industrial affiliation program）。这类项目通常由几十家有竞争关系的企业参与，合作开发共性技术。项目组采用“民主集中制”——IMEC拥有决策权，同时充分听取各家企业的意见。这些企业都向IMEC支付了会费和年费，因此会说出真实想法。掌握各方信息的IMEC常常能做出事后被证明正确的决策，而且效率很高，开一天会就能做出一个决定。决策失误的情况也会发生，但一旦出现错误征兆，就有企业向IMEC提出，避免其在错误的道路上愈行愈远。

        从1999年至今，工业联盟项目发展迅速，集聚了设备、材料、软件供应商，芯片生产商，芯片设计商和系统商等产业链上中下游企业，形成具有自主扩张能力的生态系统。因为有众多企业的参与和资金支持，IMEC有实力重金购买全球顶尖的研发设备。其中，耗资20亿美元打造的12英寸硅片研发线，在全球独一无二，是微电子企业研发共性技术的利器。

        除上述主要的合作模式之外，另一方面IMEC还通过孵化的方式发展。如果有些技术非常有市场前景，但市场上没有企业愿意参与，IMEC会将部分成果通过孵化公司的方式实现商业化，将公司直接推向市场，并且将相关技术以一次性买断的方式转让给子公司，以换取子公司 5%～15% 的股权，由 IMEC成立的股权公司统一管理；同时，IMEC 还对孵化的子公司提供种子资金和基础设施。

        拓展合作

        作为国际知名的国际化微电子研究机构，IMEC与国内IC业在技术、人才等层面的合作也在深入。

        人才作为是中国IC内最大的短板之一，集微网曾报道过国内IC内人才缺口的问题，每年高校毕业800万人，而芯片专业不足2万，并且有20%的人才流失；2017年我国IC业现有人才存量约为40万人，人才缺口达32万人。而解决人才困局的两大维度之一就是培养人才。

        在这方面，IMEC一直通过多种渠道，比如国家各部委、高校科研院所等，为芯片设计、制造等相应专业领域提供高水平的培训。