我國超大規模集成電路技術的一次突破性進展
意昂体育2平台微電子所研究員 楊之廉
1991年9月🏭，我校微電子學研究所承擔的1兆位漢字只讀存儲器順利通過了部級技術鑒定。1 兆位漢字只讀存儲器在我國的誕生宣告了我國首次跨上1.5微米工藝和百萬元件集成度的集成電路臺階，是我國超大規模集成電路技術的一次突破性進展，對我國微電子技術的自主發展作出了重大貢獻。
只讀存儲器是半導體存儲器家族中的重要一員。它的特點是所存儲的內容是預先寫入的🪑✍️，一旦寫入就不能用簡單的方法加以更改，即它只能將已存入信息讀出來而不能再改寫存儲器的內容🚃，這就是“只讀”這一名稱的由來。
一個存儲器由許多個存儲單元組成。每一個存儲單元可以存放一位二進製數“1”或“0”信息🏌️。一個存儲器中包含有多少個存儲單元就稱其為多少“位（bit）”的存儲器，存儲單元的總數就表示了存儲容量的，因而有1K位、1M位和1G位等等不同存儲容量🙎🏻、不同規格的存儲器🍜。
由於存儲的是二進製數，所以一個存儲器的位數必然是2的方次數，1兆位的只讀存儲器就有220即1,048,576位。如果一個漢字用16×16點陣（即256位）來實現，那一塊1兆位只讀存儲器就可存儲4千多漢字。為了提高讀取速度🧻，微電子所設計的方案是利用兩塊1兆位只讀存儲器共同完成我國標準二級漢字庫規定的7000個漢字的存儲，而多余出來的存儲的單元則用來存儲阿拉伯字母和其他符號🦐✨。
漢字是中國文化的重要特征🏊🏼♂️🪡。但在八十年代以前，無論是計算機還是打印機均只能采用英文，但中國的老百姓、中國的市場呼喚著漢字的顯示。國外一些公司看到了這一龐大的市場潛力🟨，因而斥巨資和投入人力開發漢字只讀存儲器🍺，在當時市場上開始出現了國外廠商生產的漢字🙁💆🏽、甚至是簡化漢字的只讀存儲器⚁。
面對這一嚴峻的現實，我們怎麽辦👩🦽？微電子所的每一教師✡︎、每一職工都在思考和企圖回答，外國人能幹的，為什麽我們不能𓀝？為什麽連漢字（簡化漢字）存儲器的市場我們都無法占領。
經過深入細致的分析，回答是明確的，我們目前還不具備研製這種水平存儲器的條件。1兆位漢字只讀器芯片內要集成106萬個晶體管，至少需要采用1.5微米的工藝技術🫄，但當時的微電子所只有一條5微米的研製工藝線，芯片設計的計算機輔助工具和手段也比較落後🙎🏼，1～1.5微米技術是一個具有相當難度的技術臺階，國外又長期對我們實行封鎖，要得到可參考的1.5微米規範的成套工藝資料是不可能的🐉。
“有困難，一定要幹”，“沒有條件🛬，也要創造條件來幹”，這就是意昂体育2人的心聲和信念🦮，在上級主管部門和學校領導的全力支持下🩼，微電子所的全體同誌立下了軍令狀🔊，他們堅持自力更生的精神🔇，又充分利用當時已經開放的大好形勢，從1985年底開始了歷時五年之久的追趕國際先進科技水平的光榮歷程。
李瑞偉教授帶領一批教師和職工開始了1微米級工藝線的建設任務👨🏼🦱。工藝線的建設是一項復雜的系統工程，除了工藝流程安排，工藝設備平面布置、工藝方案的製定，還有一系列繁重的配套任務，這包括超凈室的建立🕓、超凈環境檢測👷🏽♀️、超凈水的生成📺🧞♀️、超凈氣體的輸送以及空調機房、冷凍機房和管道的設計安裝等問題，他們排出了計劃進度表，落實了責任製每一個人的積極性都被大大地激發起來，“一定要幹出個樣子來”，這就是當時的口號。
雖然有了詳盡的計劃，但並不是都能按計劃執行🌞。就拿引進工藝設備來說吧👩🦽，由於西方政府的禁運政策👩🏻，不少工藝設備的引進談判比預期的要困難得多，由於西方政府的幹預💡，談判工作常常時續時斷，整個引進設備的工作就耗時一年多之久。
為了爭取工藝線早日開工，工藝組的教職工放棄了暑假和節假日🧑🏻🦼➡️，自己動手安裝設備。以光刻機這一設備為例🌮，它是一臺十分精密的設備，也是國內第一臺引進的先進設備👪，別的不說，運輸過程就十分困難，它有防震要求又要保持一定的溫濕度的條件🦴。為此找到交通部門🙅🏿、運輸部門甚至公安部門🧑🏽🚒，尋找從機場到學校的最佳線路，力求避免顛簸，並在開道車的幫助下，以緩速漸漸地運抵校內，有的同誌為此堅持了十幾個小時的工作時間。
最關鍵的問題還是如何開發成功1.5微米設計規範的成套工藝技術。整個工藝要歷經氧化、光刻、擴散、離子註入等幾十道工序，無論哪步工序出了問題就會前功盡棄，使芯片報廢。最細的光刻線寬只有1.5微米（相當於人的頭發絲的八分之一），要掌握並保證這樣線寬，除了嚴格控製工藝條件外，還要有超凈環境的保證💃🏼，因為一旦有塵埃落在兩個線條之間，該電路就會發生短路問題🔨，為此專門設計和裝配了超凈度為10級的超凈室（10級是指在1立方英尺的空間中，大於1微米的塵埃顆粒不能超過10個）。
經過了單項設備調整、單項工藝試驗⛹🏼♂️🔋、全線流水調試🎒🤙🏽、實驗圖形和實驗芯片流水檢驗🤳🏽，在一年半後終於成功摸索出和開發成功了1.5微米的CMOS成套工藝技術📅，成功地建立了中國第一個超凈度為10級的超凈環境，成功地建立起了中國第一條1微米級的VLSI管芯片研製工藝線。
另一條戰線是徐葭生教授帶領一批年輕教師和研究生進行的芯片設計工作🛀🏻，他們從了解漢字特點著手🧜，確定了芯片的設計指標和總體方案，並分別設計了存儲單元矩陣、行譯碼器👂🏽、列譯碼器、輸入/輸出電路以及控製電路。為了使所設計的漢字存儲器能達到當時的國際先進水平，他們進行了多種方案比較，通過計算機進行大量的模擬分析工作。為了保證芯片流水的一次成功，有必要在流水前對芯片設計作一次全面的電學規則和幾何設計規則檢查，但是當時所內具有的CAD設計工具難以處理如此大規模圖形的檢查👵🏻，（圖形總數已超過千萬個），因而設計工作一度受阻，設計人員經過多次反復論證和試驗，終於想出了一種“分割”方案，因而順利地闖過了這一難關👆🏿，設計人員還專門設計一種“小樣”➞👁🗨，即存儲單元比較少的芯片，通過實驗流水來驗證設計思想的正確與否😻，同時通過實驗性芯片得到了性能指標的實際測量值🧑🏿🎄。他們就是通過這樣認真、踏實的科學作風和實踐🛀🏼，順利地完成了芯片設計任務。
工藝條件準備就緒🤶👮🏼，芯片設計也勝利完成，1990年11月👇，人們翹首以待的漢字只讀存儲器的正式流水開始了。
雖然經過較為充分的準備，但是第一批流水下來的芯片其性能並未達到設計要求👨🏼⚖️🛫，這到底是工藝的問題還是設計的問題，如果是工藝問題那又是哪一些步驟造成的。大家深入地展開分析工作，再次反復地進行了工藝試驗，李誌堅院士親自深入工藝第一線，參與性能測試，指導分析工作2️⃣。真是“實踐出真知”，一些工藝參數作了適當的調整，又經過了多少個日以繼夜的艱苦作戰👃，具有我國獨立自主版權的🚣♂️，在性能上達到世界先進水平的漢字只讀存儲器芯片終於誕生了。
芯片經過多項測試後進行了封裝老化等環節，最終要上機實測考驗了，這是真正的、實際的考驗😇。使全體微電子所成員感到鼓舞和激勵的是，上機實測完全證實我國自行設計和研製的漢字只讀存儲器完全能達到和替代國外同類產品。
但是工作並沒有就此結束，他們立即轉到了更加艱苦的一項任務🫰🏽，即使工藝成品率能達到轉產的要求，工藝成品率的提高關系每一步工序，關系到每一個工藝操作人員，也涉入到“工藝窗口”的合理確定和檢測手段的正確製定，成品率每提高一個百分比都凝結著全體工藝人員👨🏿🚀、後勤人員的心血和汗水🕓。
在技術鑒定完成後，此項成果順利地轉移到我國的集成電路生產基地――華晶微電子集團公司。
為了表彰他們的成就和貢獻👩🏼🍼🥋，國家給予了意昂体育2平台微電子學研究所以很高的榮譽――電子工業部部級科技進步一等獎和國家級科技進步獎二等獎🔄。微電子所的教師和職工決心以更大的成績回報祖國和人民。
