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做个有“芯”人

  • 发布时间:2015-03-02 01:30:36  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  ■创新行动派

  □ 高 晓本报记者 王 春

  当今,要购买一台满足日常影像记录所需的手机,花费不足千元即可轻松实现。

  手机拍照的关键是CMOS图像传感器芯片,它是摄像头实现光信号向电信号转变的核心部件。格科微电子(上海)有限公司工艺研发部总监李杰,正是一位促成这一改变的“幕后神人”!

  作为格科微首位正式员工。11年坚守,他见证了格科微如何创造出“业界神话”——这个位于上海张江的高科技企业白手起家,面对索尼、东芝、三星等国际大公司在CMOS图像传感器领域的夹击,不仅生存了下来,还成长为我国CMOS芯片产业的龙头企业,更带动了我国整个CMOS图像传感器芯片产业链的从弱到强!

  “人贵在专注,10多年对像素和工艺的专注造就了我。”在近日举行的第三届“张江优秀人才”复评答辩现场,37岁的李杰如是描述自己的科研轨迹。

  专“芯”致志,做一颗从无到有的国产“芯”

  11年前,中国国内还没有CMOS图像传感器(CIS)的工艺生产线,也没有量产的CIS产品,直到无晶圆图像传感器设计公司——格科微成立并帮助中芯国际建立了国内首条CIS生产线,中国才宣告有了自己的CIS。

  2003年,李杰从清华大学材料系研究生毕业。同年9月,在国外历练多年,深谙半导体工艺和CMOS芯片设计的赵立新在上海成立了格科微电子(上海)有限公司,千里马与伯乐就此相遇。在中芯国际搬迁后的临时铝合金板房里,他们开始了艰苦的创业。

  一切从零开始。当格科微开始做30万像素时,国际上已在做200、500万像素。隔行如隔山,从材料专业跨行到芯片行业。李杰白天请教专家、工程师,晚上刻苦钻研书本,一天得有16小时都工作在公司。

  2005年3月,格科微第一款也是中国第一款具有商业价值的CIS产品投片成功,“三晶体管”工艺终于被攻关出来。这一制作工艺在当时国外已普遍应用于芯片生产,但在我国,还停留在实验室阶段,格科微和中芯国际对其创造性的工艺改造,让芯片实现了工业化量产,这也是我国首次有了自己的量产图像传感器芯片,在此过程中,李杰崭露头角,显示出了工艺研发方面的潜质。恰在当时,我国摄像头市场刚刚兴起,订单纷至沓来,公司仅在当年就卖出了1600万颗芯片,销售额达到500万美元,并实现盈利,稳稳地占领了中国30万像素的市场。

  随着时间推移,“三晶体管”工艺的固有缺陷逐渐暴露出来,尤其在暗光环境下和高温条件下图像质量会变差,无法满足日益壮大的手机市场需求。当时,国际上的竞争对手都已经推出了效果更好的“四晶体管”工艺,格科微遇到了前所未有的竞争压力。如果不能尽快推出自己的“四晶体管”工艺产品,公司就会面临倒闭的风险。

  作为公司唯一一位工艺研发人员,李杰临危受命,迅速建立起来工艺和器件的仿真平台,投入到紧张艰苦的研发工作中。经过一年多没日没夜的“鏖战”,2006年10月,“四晶体管”工艺的像素技术研发成功。“四晶体管”的像素技术图像品质得到大幅提升,摄像头的感光灵敏度提高50%以上,图像噪声下降了80%以上,暗电流减少了90%以上。这一新技术的研发成功,对我国此类芯片知识产权的获得具有重要意义。在此工艺基础上,格科微分别推出了名称为GC0307、GC0309、GC0308这三款芯片,这些与国际同类产品相比,质量高,价位低,迅速被市场接受,屡次获得“中国芯”最佳市场表现奖,而应用“四晶体管”技术的产品为公司累计创造销售收入10亿美元。

  创新求“芯”的过程可谓艰苦卓绝。最开始在做200万像素产品时,第一片晶圆上超过2000颗芯片中,只有一颗可以正常工作,良率不到0.05%。而现在格科微的芯片良率可以做到95%到99%,保持在业内最高水平。由于打破了国外技术的壁垒,格科微得以在像素方面保证了我国中低端市场国产机的高性能,低价格。

  创新求“芯”,筑一座行业拓荒者的丰碑

  11年来,李杰负责了格科微所有CIS产品的像素开发、工艺研发,其中量产超过40款。随着像素要求的不断提高,感光单元像素尺寸也从最初的6.25微米缩小到现在的1.4微米甚至更小的1.12微米。这些细微变动,对于李杰而言,却意味着芯片技术工艺的极大创新。

  2009年,李杰实现了从工艺工程师到工艺研发部经理的转变,他带领着一支大部分由80后青年工程师组成的研发队伍开发出了自有专利技术的N-sub工艺,创造营收超3亿美元。随着工艺进步,单颗芯片的核心尺寸一再缩小,2003年,芯片的光学尺寸可以做到1/3英寸,现在则可以做到1/13英寸。以一块8英寸的晶圆为例,国外大公司可以做800—900颗200万像素的芯片,格科微却可以做到1500颗。如果是30万像素,甚至可以做到5400颗,遥遥领先。

  2014年,格科微产品的出货量又创新高,已经成为手机市场200万像素以下图像传感器的主流供应商,格科微的用户也不再是“杂牌机”“山寨机”,而是国内诸多一线品牌,甚至还有国际知名的大厂。从白手起家发展到中国地区销量第一,全球销量第二,2014年格科微平均每月出货量达到8千万颗传感器芯片。

  “要有全局化的眼光!”芯片设计是龙头,像素设计是龙的眼睛,眼睛往哪里看,龙头就往哪里转,作为龙身和龙尾的彩色滤镜和封装就会往哪里摆。李杰十分注重和产业链上的厂商合作,经常在企业间探讨技术的发展方向。格科微的产品开发,也在无形中影响着国内CIS产业链的发展。

  在格科微的帮助下,中芯国际的CIS工艺线建立起来,涉及到CIS的特殊工艺都是由格科微的工艺研发部提供。新技术帮助中芯国际创造了8英寸产线上铝后端金属连线达到0.14微米的最小尺寸历史。在格科微产品的驱动下,国内首条彩色滤镜的生产线也在TSES公司建立起来。在格科微工艺研发部的支持下,逐渐拥有了自主设计生产彩色滤镜的能力,摆脱了对日本凸版母公司的依赖。

  十多年的勤奋钻研,创新不怠,李杰创造了传奇。在格科微公司的硕大专利墙上,李杰的个人专利就占了三分之一,并且大部分都是含金量极高的发明专利,不仅包括像素方面的专利,还涵盖了晶圆制造、封装工艺和设备装置等方面,筑起了一座我国图像传感器芯片行业拓荒者的丰碑。

  “我们已经占据了中低端市场很高的份额,但仍在努力开发一些独创的工艺技术,争取占领高端市场!”以前,国内没有12英寸的CIS产品,也就没有12英寸的CIS芯片制造、彩色滤镜以及CSP封装,甚至世界上也没有12英寸的CSP封装。现在,格科微和产业链企业已开发出12英寸的相关产品和工艺,这个有“芯”人的梦想正在一步步变成现实!

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