Немецкая микроэлектроника традиционно является сильнейшей в Европе. Это положение вещей сформировалось ещё в конце прошлого века, когда ведущую роль в западноевропейской полупроводниковой промышленности играло знаменитое подразделение Siemens Semiconductor. Да и в восточноевропейской микроэлектронике именно компании из ГДР были на первых ролях. Чего только стоил комбинат Carl Zeiss Jena, производивший по части микроэлектроники очень многое: от специализированного производственного оборудования до самих микросхем. И тем не менее наша российская микроэлектроника по многим направлениям легко даст фору немецкой. Хотя верно и обратное: есть направления, в которых немцы впереди планеты всей. Поэтому здесь есть с чем сравнить, что проанализировать и о чём подумать.
Советский Союз наряду с США и Японией являлся страной, создавшей комплексную микроэлектронную промышленность. Всё делали сами: от а до я. И кремниевые кристаллы выращивали, и производственное оборудование разрабатывали, и микросхемы проектировали. Ну и производили микросхемы, разумеется, тоже сами. У немцев, что у западных, что у восточных, такого размаха и близко не было.
Надо сказать, что значительная часть бывших советских полупроводниковых производств после распада Советского Союза сохранилась и работала, впрочем, не привлекая к себе излишнего внимания. Компания МЦСТ продолжила разработку процессора «Эльбрус» на собственной оригинальной архитектуре, зеленоградский завод «Микрон» продолжил выпуск микросхем, закупив более современные производственные линии (правда иностранного производства), зеленоградский НИИ точного машиностроения (НИИТМ), основанный ещё в 1962 году, производит целую линейку производственного оборудования для полупроводниковой промышленности, в том числе установки плазмохимического травления и осаждения.
Воронежский НИИ полупроводникового машиностроения специализируется на проектировании и изготовлении оборудования фотолитографического кластера: установок нанесения фоторезиста и проявки. Зеленоградский нанотехнологический центр (предприятие, основанное уже в новой России, при Национальном университете МИЭТ) недавно выпустил опытный фотолитограф, ключевое оборудование в этой области, и готовится к серийному производству. Следует отметить, что фотолитограф был разработан при активном участии белорусского завода «Планар», лидера по этой части ещё с советских времён.
Зададимся вопросом: а что из этого всего делают немецкие компании? Оригинальную архитектуру микропроцессоров? Ни о чём таком не слышно. Комплексное оборудование для полупроводниковых фабрик? Тоже нет. Производят ли немецкие компании микросхемы на полупроводниковых фабриках в Германии? Это да. Производят вовсю: заводы Infineon, Bosch и X-Fab удерживают мировое лидерство по части микросхем для автопрома.
Немецкий Siltronic является одним из мировых лидером по части производства полупроводниковых пластин-подложек для «печати» чипов. Заготовки для пластин (слитки из монокристаллического кремния высокой чистоты) немецкий передовик также выращивает сам. Да и по части производственного оборудования немцам есть чем похвастаться: системы эпитаксии и химического осаждения из паровой фазы немецкого производителя Aixtron пользуются заслуженной репутацией во всём мире. Следует отметить, что упомянутый ранее российский НИИТМ также производит оборудование для выращивания эпитаксиальных структур.
Кстати, одним «Микроном» наши полупроводниковые производственные возможности далеко не ограничиваются. К примеру, Новосибирский завод полупроводниковых приборов «Восток» разрабатывает и производит операционные усилители, фотоприёмные устройства и разнообразные датчики. Воронежский НИИ электронной техники — одно из ведущих российских предприятий в области разработки и производства микроконтроллеров, аналого-цифровых преобразователей и СВЧ-транзисторов. В общем, список наших производств достаточно велик. Другое дело, что номенклатура производимой продукции у нас и в Германии существенно отличается.
В чём немцы действительно сильны, так это в производстве компонентов для фотолитографической техники: ключевого оборудования полупроводниковой промышленности. Задача фотолитографа — «перенести» рисунок интегральной схемы с фотошаблона на полупроводниковую пластину при помощи световых волн, генерируемых источником излучения. Хоть сами немцы классические фотолитографы (глубокого ультрафиолета DUV и экстремального ультрафиолета EUV) не производят, немецкие компании Carl Zeiss и Trumpf являются поставщиками оптических (Zeiss) и лазерных систем (Trumpf) для мирового лидера по этой части, голландского гиганта ASML.
Здесь можно добавить, что хотя таких масштабных успехов, как эти два немецких передовика, наши предприятия не добились (во всяком случае пока), у нас тоже есть, что показать. Наш нижегородский Институт физики микроструктур (ИФМ) РАН разработал ультрасовременные зеркала (используются для фокусировки света) для EUV фотолитографов, причём совершенно оригинальные, каких нет даже у Carl Zeiss. В российских зеркалах используются инновационные Ru/Be (Ruthenium-Beryllium) покрытия, тогда как Carl Zeiss использует традиционные Mo/Si (Molybdenum-Silicon) покрытия. Но дело в том, что Ru/Be зеркала позволяют работать с более короткой световой волной: 11,2 нм против 13,5 нм в случае с Mo/Si зеркалами.
Согласно критерию Релэя, на котором крепко держится вся фотолитография, чем меньше длина рабочей волны, тем лучше разрешение системы. Иными словами, чем тоньше карандаш, тем более миниатюрные элементы можно с его помощью нарисовать. Это открывает путь к созданию высокопроизводительных микросхем. Либо, если не гнаться за сверхпроизводительностью, можно существенно уменьшить числовую апертуру (меру собираемого света), а значит размеры и сложность оптической системы. Да и использование 11,2 нм ксенонового источника, разработанного нижегородцами, обещает существенные преимущества перед 13,5 нм источником на основе плазмы олова, производимого немецким Trumpf, учитывая гораздо меньшее загрязнение рабочей вакуумной камеры отходами производства.
Кстати, эксимерные лазеры для фотолитографов немецкие компании не производят. А ведь именно такие лазеры ведущие мировые производители DUV фотолитографических машин используют в качестве источника света глубокого ультрафиолета (лазер на фториде криптона KrF генерирует свет с длиной волны 248 нм, а лазер на фторидеаргона ArF генерирует свет с длиной волны 193 нм).
А вот российская ГК «Лассард» собирается оснастить будущие отечественные фотолитографы, разрабатываемые Зеленоградским нанотехнологическим центром в сотрудничестве с минским «Планаром», лазерами собственного производства. Причём опытный образец KrF-лазера, предназначенного для ожидаемого в следующем году фотолитографа ЗНТЦ, способного изготавливать микросхемы по техпроцессу 130 нм, уже был представлен руководству Минпромторга РФ.
Россия также является мировым лидером в производстве ряда важнейших материалов для полупроводниковой промышленности, в частности синтетических сапфиров и инертных газов. Например, сапфировые пластины ставропольского завода «Монокристалл» широко используются в качестве подложек для светодиодов и микросхем. А инертные газы (ксенон, криптон, аргон), необходимы для работы фотолитографических машин.
Но самое главное, российская микроэлектроника взяла курс на построение самодостаточной отрасли. Немецкая полупроводниковая промышленность об этом даже не мечтает. Возможно, им это и не нужно? Может быть и так. Но даже если и нет, то учитывая, что огромное число патентов и технологий по этой части сосредоточено в американских руках, вряд ли у немцев есть хоть какие-то шансы. Впрочем, как и у японцев. Так что можно смело предположить, что комплексная микроэлектронная промышленность в наше время возможна только в трёх странах: России, США и Китае.
❗ Для знатоков и любителей микроэлектроники, полупроводниковой промышленности и фотолитографии: заходите в премиум-раздел канала «Фотолитограф».