助力台积电三星成为半导体巨头,他要为内地打造下一个“台积电”

最近这些年,中国在芯片设计研发上已经缩小了和世界的差距,但是在晶圆厂代工上,最强的中芯只掌握了28nm技术,依然和台积电、三星差了好几个段位。而在2017年,一位半导体大神加入中芯,被业界称为“对中国半导体行业具有划时代的意义”。这个人就是梁孟松。

梁孟松是半导体行业中无法避开的人物,他一举助力台积电、三星成为全球晶圆厂代工市场的巨头,是半导体行业的传奇。

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助力台积电突破“铜制程”难题

是加州大学柏克莱分校电机博士,毕业后曾在美国处理器大厂AMD工作几年,1992年在四十岁那年返回台积电。

梁孟松的工作,就是领导模块开发团队,这是先进工艺的核心,再把结果回报给先进工艺开发负责人。

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晶圆

真正让梁孟松一战成名的是2003年,台积电与IBM在130纳米的“铜制程”一战。

过去IBM会将研发的新制程技术转让晶圆代工厂商,获取高额利润。而且生产每一批次还能提取分成,凭借着这样的商业模式,IBM成为世界最会赚钱的公司之一。

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2000年之前,在集成电路布线中,铝被广泛使用,其布线工艺较为简单,掌握“铝制程”工艺技术的就是IBM,大家都是向IBM买技术转让,这让IBM赚得满盆满钵。

但是随着工艺尺寸的减小,金属连线中的电流密度不断增大,响应时间不断缩短,1999年130纳米时铝制程已经走到尽头,无法再满足商业良率,势必改弦易辙、另辟蹊径,

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铝制程和铜制程的区别

当时半导体行业都认为改用铜制程会是最有可能及机会最大的途径,这样可以使电路布线的尺寸更加微小,芯片处理逻辑运算的能力更强。IBM公司开始全力投入铜制程研发。

当时世界晶圆代工二哥台联电为夺取世界龙头老大地位,取代台积电一哥地位。台联电立即和IBM签约,意欲成为世界上第一个使用铜制程的厂商,攫取晶圆代工一哥地位,远远抛开台积电。

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台联电

而当时台积电董事长张忠谋发现之后,决定抢先在IBM研发成功铜制程工艺之前,抢先掌握铜制程工艺。

130纳米之所以被称为是半导体技术世代中,天险障碍最高的一代,主要就在于铜制程、低介电系数(low-k)等过去未曾使用的新材料,是半导体制程里新的挑战。

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当时在负责先进模组的梁孟松和资深研发副总蒋尚义两个让的努力下。台积电比美国IBM公司早一年成功研发出130纳米铜制程,稳坐世界一哥宝座。

到了2003年下半年,130nm客户订单为台积电带来的营业额将近新台币55亿元,联电方面则为近15亿元。差距的幅度已经相当明显。

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中国台湾新闻之前关于梁孟松的介绍

可以说纳米铜制程彻底确立了台积电在半导体行业的地位。曾是台积电最大投单客户的图像芯片公司NVIDIA执行长兼总裁黄仁勋说:“130nm改造了台积电” 。

2006年,蒋尚义退休,为台积电工作了14年的梁孟松原本以为自己有机会再往上升,却没想到台积电从英特尔挖来先进技术研发协理罗唯仁来做资深研发副总裁。

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这人梁孟松十分郁闷,在美国专利局的资料库里,梁孟松个人参与发明的专利半导体技术及¨ 有500件。这个数字,和台积电拥有的5000多件专利相比,也许不特别多,但重要的是,梁孟松参与的都是最重要先进工艺的技术研发。

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觉得自己付出很多的梁孟松最终在2008年愤而出走。

帮助三星提前掌握FinFET技术,领先台积电

之前,芯片都是采用MOSFET 的结构,到现在已使用超过 40 年,当半导体研发人员想要研发20纳米以下芯片的时候发现,当闸极长度缩小到 20 纳米以下的时候,遇到了许多问题,其中最麻烦的是当闸极长度愈小,源极和汲极的距离就愈近,闸极下方的氧化物也愈薄,电子有可能偷偷溜过去产生“漏电”;另外一个更麻烦的问题,原本电子是否能由源极流到汲极是由闸极电压来控制的,但是闸极长度愈小,则闸极与通道之间的接触面积愈小,也就是闸极对通道的影响力愈小。

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所以20纳米以下的芯片需要采用全新的FinFET 技术,也叫做鳍式场效电晶体。鳍式场效电晶体是闸极长度缩小到 20 奈米以下的关键,拥有这个技术的制程与专利,才能确保未来在半导体市场上的竞争力。

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而这个技术的发明人是胡正明教授,也就是梁孟松的老师,当梁孟松跳槽到了三星之后,台积电在研发20纳米以下芯片的时候,才发现了这个问题。

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梁孟松加盟三星之后,鉴于三星在20nm制程的落后地位,决定放弃20nm直接由28nm制程升级14nm,当初很多业界人士认为三星此举过于冒险,因为当时台积电在研发的还只是16纳米FinFET。

台积电与三星之间矛盾的爆发,是苹果A9处理器之争,原本苹果芯片是三星的独门生意,台积电想要取代三星成为供应商之一。

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然而在A9处理器世代上,三星14纳米FinFET提前上阵,又拿下高通的大单,从而让三星在半导体行业中迅速崛起。

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三星14纳米投产

这家曾被张忠谋称为“雷达上一个小点”的韩国企业,让其准备了约十年时间的16纳米FinFET初尝败绩,要知道之前,台积电在28纳米制程工艺芯片市场的占有率接近100%,堪称在晶圆代工市场拥有垄断性的地位。这也是台积电近十多年以来,首度在逻辑制程技术落后亚洲同业。

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在这场最关键的一战中,梁孟松起到了决定性的作用。以一人的去留,能左右两家半导体企业的消长。梁孟松因此被誉为半导体行业的传奇。

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不到300天,让中芯掌握14纳米工艺

2017年10月,中芯国际正式任命赵海军与梁孟松二人担任首席执行官兼执行董事,梁孟松的到来被媒体称为“中国半导体产业进入梁孟松时代”。

中芯国际之前本身就在攻克28nm的量产,同时开发14nm和10nm的技术,而且在60nm低功耗物联网芯片上发力,未来可突破的点很多,梁孟松的加入对于公司高制程芯片的量产速度会有很关键的作用。

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中芯国际

在加入了中芯国际之后,仅仅用了不到一年的时间,中芯国际直接从28nm跨越到14nm。而且梁孟松在300天不到的时间就把14nm芯片从3%的良率提高到了95%。在2019年就可以完成量产。

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而目前中芯国际花费了1.2亿美元找ASML订购了一台当前最先进的光刻机,如今中芯南方晶圆厂也完成了建置,而第一台从ASML采购的光刻机也已经搬入厂内了,同时12nmFinFET工艺已进入客户导入阶段,很快就能够量产了。

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可以说中芯国际在梁孟松的带领下,走得非常快,而这也标志着中芯国际在晶圆厂代工上顺利缩小与台积电、三星的差距,重新站在同一个赛道上,因为从14纳米到7纳米是没有采用新的制程技术的,不像130纳米要突破掌握铜制程技术,14纳米要掌握FinFET技术,而到了7纳米之后,就又是一个考验,需要抛弃浸液式光刻技术,而采用EUV微影技术。

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极紫外光(euv)微影技术

随着摩尔定律达到极限,台积电2020年才投产5纳米技术,而3纳米则要到2022年投产,这给了中芯国际充分的追赶机会。

到那个时候,中国内地就拥有了完整的产业生态,无论是从芯片研发设计再到生产都不需要再担心被卡脖子了。

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而其中梁孟松可以说发挥了极为重要的作用,也让我们期待梁孟松可以把内地半导体行业带向一个新的高度。

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