Пожалуй, самое острое противостояние между странами Запада и Китаем сейчас разворачивается в области микроэлектроники. Похоже, что американцы поставили перед собой задачу любой ценой сдержать развитие китайских высокотехнологических отраслей. Апофеозом такого подхода стало принятие американцами в 2022 году закона «О чипах и науке», направленного на противодействие развитию китайской микроэлектроники.
Ограничения касаются как поставок китайским предприятиям ультрасовременных микросхем, так и поставок соответствующего оборудования и материалов, с помощью которых такие микросхемы могут быть произведены самими китайцами. Речь идёт о логических микросхемах, изготовленных по техпроцессам менее 16 нанометров, микросхемах DRAM-памяти, изготовленных по техпроцессам менее 18 нанометров и многослойных микросхемах NAND-памяти (более 128 слоёв).
Отсюда и невозможность для китайских предприятий закупить, например, передовые фотолитографические машины экстремального ультрафиолета и иммерсионные фотолитографы глубокого ультрафиолета: ведь именно на такх машинах печатаются ультрасовременные микрочипы. Разумеется, ведущие мировые производители фотолитографов, голландская ASML и японская Nikon, таким ограничениям не очень-то и рады: Китай ранее обеспечивал чуть ли не половину объёмов сбыта этих компаний. Но делать нечего: США владеет патентами на ключевые технологии фотолитографии.
Конечно, китайская полупроводниковая промышленность на месте не стоит. Полным ходом идут разработки собственного производственного оборудования и соответствующих материалов, чтобы избавиться от технологической зависимости от Запада. Но есть важнейшая отрасль микроэлектроники, в которой китайцы чрезвычайно преуспели. Причём сделали они это по-китайски незаметно. Эта область — производство полупроводниковых кремниевых пластин (подложек).
Ведь чип — это прежде всего кусочек кремния, на который нанесён узор интегральной схемы. Конечно, нанести этот узор вовсе непросто: требуются гигантские полупроводниковые фабрики, напичканные фотолитографами, машинами травления, осаждения, моечными установками, машинами шлифования и прочей дорогостоящей техникой. Стоимость комплекта такого оборудования может измеряться многими миллиардами долларов.
Но в конце концов, оборудование и технологии — это всего лишь инструмент. Без полупроводниковой пластины всё это не имеет смысла. А произвести такую пластину очень и очень сложно. Из кварцевого песка получают кремнезём, из кремнезёма — металлургический кремний, потом — поликристаллический, и уже на выходе получают высокочистый монокристаллический кремний. Такой кремний «выращивается» в специальных печах.
Основным методом «выращивания» монокристаллических слитков является «процесс Чохральского». В этом случае затравочный кристалл погружается в расплавленный поликристаллический кремний. После чего затравочный кристалл вращают и медленно тянут вверх. В результате получается монокристаллический слиток цилиндрической формы (легированный соответствующими примесями для придания определённых электрических характеристик), который впоследствии нарезается на пластины толщиной около 1 мм.
Но на этом приключения кремниевой пластины только начинаются. Пластину нужно вымыть, высушить, отполировать, обработать кромки. Но даже после этого далеко не все пластины отправляются прямиком на фабрику. Зачастую заказчики предпочитают переложить часть дополнительных работ на производителей пластин, чтобы получить уже готовый полуфабрикат в зависимости от собственных производственных требований. К таким работам, к примеру, относится эпитаксия (рост или осаждение дополнительных кристаллических слоёв на подложке) или система «кремний на изоляторе», когда обработанная пластина представляет собой слоёный пирог с интегрированным диэлектрическим слоем для обеспечения меньших токов утечки и улучшения прочих характеристик чипа.
В общем, современная полупроводниковая пластина — продукт абсолютно необходимый и высокотехнологичный. И все как-то привыкли, что в этой отрасли правят бал прежде всего японские и европейские компании. И действительно, более половины всего мирового производства кремниевых подложек обеспечивает две японские компании: Shin-Etsu Chemical и SUMCO Corporation. Крепкие позиции также занимают три европейских производителя подложек: французский Soitec, немецкий Siltronic и финский Okmetic.
Soitec располагает четырьмя фабриками во Франции, двумя в Сингапуре, по одной в Бельгии и Китае. Компания известна своими передовыми разработками в этой области, в частности, системой «кремнийна изоляторе», которую французы лицензировали даже мировому лидеру, японской Shin-Etsu. Однако следует отметить, что в 2016 году ведущая китайская промышленная группа в области полупроводниковых подложек National Silicon Industry Group (NSIG) приобрела значительную часть французского гиганта.
В том же 2016 году NSIG приобрела ведущего финского производителя полупроводниковых пластин Okmetic, который славится исключительно передовыми разработками в этой области. И это при том, что в структуру группы NSIG также входят два ведущих китайских производителя подложек: Shanghai Simgui Technology и Shanghai Zing Semiconductor Corporation. Так что в течение последних десяти лет китайцам с присущей им последовательностью удалось занять место одного из ведкщих мировых специалистов в области производства полупроводниковых подложек, обеспечив тем самым свои всевозрастающие потребности в полупроводниках. Причём всё это сделано в условиях существенных ограничений со стороны США и других стран Запада.
Статью про то, чьи компоненты на самом деле используются в китайских фотолитографах, можно прочитать в премиум-разделе канала «Фотолитограф»: