2012年,岁末。庐州,“神农1号”超级晶圆厂。
无尽的黑夜,似乎永远笼罩着这座肩负着华夏自主存储梦想的孤寂堡垒。
NANd Flash产线那边,虽然在“伏羲”AI的强力介入和“神农之芯”AI主控的“点石成金”之下,已经能够稳定地产出一些瑕疵可控、性能尚可的128层3d NANd颗粒,勉强支撑起启明芯部分产品的内部需求和“神农S1”固态硬盘的“搅局”使命。
但所有人都清楚,那更多的是一种“以智补拙”的非对称胜利,是在硬件设备和基础材料被全面限制下的无奈之举。
而真正的“皇冠上的明珠”,那颗能够决定未来高性能计算、人工智能、乃至整个数字经济命脉的——dRAm(动态随机存取存储器)内存芯片,其研发与量产之路,却依旧被浓得化不开的绝望阴云所笼罩。
dRAm,这个被业内人士敬畏地称为“半导体制造工艺的试金石”和“集材料、设备、设计、工艺之大成的黑科技之王”的领域,其技术壁垒之高,制造工艺之精密,对环境要求之苛刻,远远超出了NANd Flash甚至高性能逻辑芯片的范畴。
它不像NANd那样可以通过增加堆叠层数来“粗暴”地提升存储密度;
也不像cpU那样可以通过优化逻辑设计来“巧妙”地提升性能。
dRAm的每一个存储单元,都由一个微乎其微的晶体管和一个更加微乎其微的、如同在硅片上垂直挖掘数十层楼深的“纳米深井”般的沟槽电容器构成。
要在指甲盖大小的芯片上,精确地、均匀地、且性能高度一致地制造出数百亿个这样的“纳米深井”,并确保它们能够在每秒数十亿次的高速读写中,可靠地保持电荷长达数十毫秒而不发生泄漏……
这,已经不是简单的工程技术,这简直是……在挑战物理学的极限!是现代工业文明的“炼金术”!
长期以来,这项“炼金术”的核心秘诀,被高丽三星、SK海力士以及m国美光这三大寡头牢牢掌控。
他们凭借着数十年积累的、近乎“玄学”般的工艺经验、对核心设备的优先采购权、以及对关键材料的垄断性控制,构建起了一道外人根本无法逾越的、密不透风的技术与市场壁垒。
任何试图挑战其霸权的新进入者,无一例外,都在这条“黑科技”之路上,撞得头破血流,最终黯然离场。
然而,在庐州“神农1号”那间灯火通明、气氛却异常凝重的dRAm实验产线控制室内,一位须发皆白、脊背却依旧挺得笔直的东瀛老人,正用他那双布满了岁月沧桑、却依旧闪烁着对技术极致追求的偏执光芒的眼睛,死死地盯着面前巨大的工艺参数监控屏幕。
坂本健一。
这位被林轩从东瀛“三顾茅庐”请出山、将毕生心血都奉献给了存储芯片事业的“教父级”人物,此刻正将他全部的执念,都倾注在了攻克dRAm这座看似不可逾越的技术珠峰之上。
他知道,NANd的初步成功,更多的是依靠林轩提供的“神农之芯”AI主控这个“超级外挂”,以及“伏羲”AI在工艺优化上的“降维打击”。
但在dRAm这个更依赖底层制造工艺和材料科学“硬实力”的领域,AI能起到的辅助作用相对有限,最终还是要靠人,靠经验,靠对每一个工艺细节近乎变态的打磨和控制。
这,也正是坂本健一的骄傲所在,是他证明自己宝刀未老、并实现其在华夏土地上再造一个存储奇迹夙愿的最后战场!
“坂本先生,”一位年轻的、从华清大学微电子所毕业不久的dRAm工艺工程师小刘,看着刚刚从测试探针台传回来的、一片几乎全部失效的12英寸ddR3测试晶圆缺陷分布图,声音带着难以掩饰的沮丧和绝望,
“又……又失败了。这一批次的沟槽电容深宽比刻蚀,均匀性再次失控,大部分存储单元的电容值都远低于设计目标,根本无法有效保持电荷。”
控制室内的气氛,瞬间降到了冰点。这已经是他们本月第五次尝试优化深沟槽刻蚀工艺,但结果依然是令人心碎的失败。
负责刻蚀设备维护的工程师也一脸无奈:“坂本先生,我们这几台从欧罗巴二线厂商买来的、或者从国内其他工厂‘淘换’来的老旧刻蚀机,其等离子体源的稳定性和真空腔体的气密性,实在是……尽力了。想要用它们稳定地刻蚀出深宽比超过80:1、直径只有几十纳米的完美沟槽,这……这真的太难了。”
“材料呢?我们最新采购的那批高K介质前驱体材料,纯度检测结果怎么样?”坂本健一的声音平静得可怕,听不出任何情绪波动。
“纯度……勉强达标。”负责材料分析的工程师小声回答,“但其中几种关键的金属杂质含量,还是略高于三星和海力士内部控制的最高标准。”
“这些杂质,在后续的高温退火过程中,很可能会扩散到沟槽电容的介质层中,形成漏电路径,进一步恶化电荷保持特性。”
设备不行,材料不行,工艺窗口又极其狭窄……
这仗,还怎么打?!
一些年轻的工程师眼中,已经开始流露出动摇和放弃的神色。
他们甚至开始私下议论,林总当初决定同时启动NANd和dRAm两条战线,是不是太过冒进和理想化了?
以启明芯目前的实力,能啃下NANd这块硬骨头就已经谢天谢地了,dRAm这种神仙打架的领域,是不是应该暂时战略性放弃?
就在团队士气即将跌入谷底之际,坂本健一却缓缓地从座位上站了起来。
他没有去指责任何人,也没有去抱怨外部环境的恶劣。
他只是默默地走到那张几乎占据了整面墙壁的、画满了各种复杂dRAm存储单元结构图和工艺流程图的巨大白板前,拿起一支红色的记号笔。
然后,他开始在那张几乎已经被各种修改和标注填满的深沟槽电容结构示意图上,再次进行着近乎“自虐”般的、更深层次的剖析和推演。
“沟槽的形貌控制……侧壁的钝化……高K介质的原子层沉积均匀性……顶部多晶硅填充的致密性……每一个环节,都还有优化的空间!”坂本健一喃喃自语,仿佛完全沉浸在了自己的技术世界里。
他那佝偻的背影,在明亮的灯光下,显得有些孤寂,却又透着一股令人肃然起敬的、永不言败的坚韧!
“伏羲,调出最近一百批次沟槽刻蚀失败晶圆的所有工艺参数和缺陷分布数据,进行深度关联性分析。重点关注等离子体功率、腔体压力、刻蚀气体配比、以及晶圆边缘温度梯度,与沟槽形貌变异之间的非线性耦合关系。”
“我要在三个小时内,看到所有潜在的、能够将刻蚀均匀性再提升0.5个标准差的参数优化窗口!”
坂本健一突然对着空气下达了指令。
控制室内的工程师们都愣了一下,随即反应过来,坂本先生这是在直接向远在香江总部的“伏羲”AI超算平台下达“指令”!
是的,在林轩的坚持下,“伏羲”AI平台不仅仅应用于NANd产线,也同样深度介入到了dRAm的研发和工艺优化之中。
虽然dRAm的工艺“黑箱”更难被AI所理解和学习,但“伏羲”凭借其强大的算力和海量数据分析能力,依然能够为坂本健一提供许多超越人类经验的“洞察”和“灵感”。
比如,它能够从数百万个看似无关的工艺参数组合中,通过复杂的机器学习模型,找到那些对沟槽电容的漏电特性或刷新时间影响最大的、隐藏最深的“关键少数”;
它也能够根据输入的材料特性参数,通过量子化学和分子动力学模拟,预测其在特定工艺条件下的微观行为,并给出优化建议。
坂本健一,这位经验丰富的“工艺活字典”,与“伏羲”AI这个不知疲倦的“超级智慧大脑”,正在以一种独特的方式,进行着一场“人机协同”的极限攻坚!
时间,在无尽的实验、分析、调整、再实验的循环中,一分一秒地流逝。
庐州的这个冬天,似乎格外的漫长。
就在所有人都快要被这种高强度的、看不到尽头的研发压力压垮的时候,在一个寒冷的、万籁俱寂的深夜。
dRAm实验产线的测试探针台上,一片刚刚完成了所有制造工序、编号为“SN-ddR3-proto-x999”的测试晶圆,正在进行着最后的功能与时序验证。
坂本健一亲自守在测试仪器前,眼中布满了血丝,但精神却异常专注。
他和他带领的核心团队,在过去几周,根据“伏羲”AI平台提供的一系列“匪夷所思”但又“逻辑自洽”的工艺参数优化建议,对深沟槽刻蚀、高K介质沉积、以及退火等关键工艺步骤,进行了一次大胆的、近乎“颠覆性”的调整。
这,几乎是他们最后的尝试了。如果这次再失败,整个dRAm项目的前景,将不堪设想。
测试程序启动。
电压、电流、时钟、地址线、数据线……各项基础参数扫描正常。
然后,是核心的存储单元读写与数据保持测试!
屏幕上,代表着数百万个dRAm存储单元状态的测试图形,开始以极高的速度刷新和变化。绿色,代表通过;红色,代表失败。
最初,屏幕上依然是令人绝望的、大片大片的红色。
但渐渐地,随着测试的深入,随着AI控制器开始介入,对那些“体质稍弱”的存储单元进行实时的时序调整和刷新率优化……
奇迹,发生了!
屏幕上的红色标记,如同退潮般,开始迅速减少!取而代之的,是大片大片令人心旷神怡的、代表着“通过”的绿色!
最终,当整个测试流程结束时,屏幕上显示的、能够稳定通过所有读写和数据保持测试的有效存储单元的比例,竟然奇迹般地达到了——百分之七十二!
虽然这个良率距离大规模量产还有差距,但相比之前那惨不忍睹的个位数,这绝对是一个石破天惊的、里程碑式的巨大飞跃!
这意味着,在采用了AI赋能的全新工艺流程和智能主控之后,启明芯的dRAm技术,终于叩开了成功的大门!
“通……通过了……”负责操作测试仪器的年轻工程师,看着屏幕上那片耀眼的绿色,声音颤抖,几乎不敢相信自己的眼睛。
坂本健一布满皱纹的脸上,肌肉在剧烈地抽搐着。他伸出同样在微微颤抖的双手,缓缓地摘下了脸上的高倍放大眼镜。
然后,两行滚烫的、混杂着激动、疲惫、欣慰、以及无尽感慨的泪水,从他那双饱经沧桑的眼眸中,汹涌而出!
他成功了!他真的成功了!
在远离故土的华夏,在几乎不可能的条件下,他带领着一支年轻的团队,凭借着永不放弃的执念和对技术的极致追求,再次创造了一个属于存储芯片的奇迹!
dRAm的曙光,终于在庐州这座不眠之城的上空,冉冉升起!
虽然,这仅仅是万里长征的第一缕微光。