Китайская полупроводниковая промышленность, оказавшаяся под воздействием суровых американский санкций, планомерно предпринимает усилия по достижению независимости в области специализированного производственного оборудования. Сказать, что у китайцев это уже получилось, пока нельзя. И это несмотря на многомиллиардные потоки государственных средств из местных «Больших фондов». Взять те же фотолитографы: уже много лет китайский передовик SMEE предлагает свой степпер глубокого ультрафиолета, способный производить микросхемы по далеко не самым передовым техпроцессам 90 нм.
И хотя информационные волны по-поводу разработок китайских иммерсионных DUV фотолитографов, EUV фотолитографов и даже наноимпринтных машин регулярно захлёстывают мировые СМИ, никаких вызывающих доверие объективных подтверждений подобных достижений пока нет. Но есть в Китае по крайней мере одна компания, которой действительно удалось выйти на передовые позиции мирового уровня. Это Advanced Micro-Fabrication Equipment (AMEC), ведущий китайский производитель машин травления. Можно сказать, что этап фотолитографии, при всей его красоте, является всего лишь подготовительным этапом процесса травления. Если бы травильные машины сами знали, в каких именно местах поверхности полупроводниковой пластины им требуется нанести гравировку, они бы не нуждались в фотолитографах.
Китайские инженеры давно поняли, что если не удаётся добиться существенного прогресса по части фотолитографических машин, то в значительной степени это можно компенсировать передовыми машинами травления, которые работают с фотолитографами в одной связке. А уровень травильных машин AMEC действительно высок. Они уже сейчас работают не много не мало по 7 и 5 нм техпроцессам. Причём востребованы они не только в материковом Китае: AMEC является крупным поставщиком такого оборудования на многочисленные фабрики тайваньского полупроводникового производственного гиганта TSMC.
Примечательно, что китайский передовик специализируется на инновационных машинах плазменного сухого травления. Такое травление удаляет материал с пластины, воздействуя на поверхность ионами (плазмой химически активных газов). В зависимости от удаляемого материала и типа формируемых структур, процесс может включать травление диэлектриков, травление проводников и травление TSV (through silicon vias = вытравливание канавок для межсоединений).
AMEC была основана в Китае в 2004 году доктором Джеральдом Инем. Возникала она, разумеется, не на ровном месте: г-н Инь долгое время работал на высоких должностях в американской компании Applied Materials, мировом лидере по части травильных машин. В 60-летнем возрасте, после ухода из американского конгломерата, доктора Иня потянуло на родину, в Китай, где он и развернулся во всю ширь. Авторитет Иня в отрасли был столь высок, что он забрал с собой в Китай целую группу бывших сотрудников Applied Materials, а также договорился об инвестициях в новую компанию таких гигантов микроэлектроники как американская Qualcomm и южнокорейская Samsung.
Уже к 2007 году была разработана первая в Китае машина травления диэлектриков, а в 2008 году был выпущен целый ряд опытных установок плазменного травления диэлектриков Primo Etch и Primo HPCVD. Кто точно не обрадовался успехам AMEC, так это Applied Materials. В 2007 году американцы подали иск против китайской компании из-за нарушения патентного права. Но к 2010 году компаниям удалось достигнуть соглашения о взаимном владении рядом ключевых патентов. В это же время появилась, пожалуй, самая знаменитая машина AMEC: Primo D-RIE. Передовая установка двухчастотного реактивного ионного травления, предназначенная для работы по техпроцессам 65, 45 и 32 нм, произвела настоящий фурор на рынке, и была заказана множеством полупроводниковых фабрик. Китайскую машину отличало редкое сочетание высокой производительности, экономической эффективности и отличной цены.
Помимо установок травления AMEC специализируется в производстве машин осаждения (MOCVD = химическое осаждение из паровой фазы металлоорганических соединений). Этот процесс (выращивание тонких плёнок из газообразных металлоорганических соединений на нагретой поверхности), наряду с травлением, является одним из ключевых этапов полупроводникового производства. Примечательно, что за два десятилетия свой деятельности AMEC поставила свыше 5 тысяч своих машин, которые работают более, чем на 130 производственных линиях по всему миру.
Одна из важнейших задач, которую сейчас решает AMEC, это создание столь точных установок травления, которые позволят полупроводниковым фабрикам выпускать чипы по передовым 5 нм техпроцессам и при этом обходиться без фотолитографов экстремального ультрафиолета (разумеется, обеспечивая приличный уровень выхода годных чипов с пластины). До настоящего времени этого никому не удавалось. 5 нм чип — это однозначно EUV фотолитограф (усилия опытных наноимпринтных машин Canon по этой части пока оставим в стороне).
Джеральд Инь, до сих пор остающийся в строю, недавно подтвердил, что, по его мнению, 5 нм производство вполне может быть развёрнуто без использования EUV фотолитографов: иммерсионных DUV систем будет вполне достаточно. Разумеется, при условии использования передовых установок травления и технологии множественного экспонирования DUV фотолитографов (распределения узора интегральной схемы между несколькими фотошаблонами). Да и при стандартном производстве ультрасовременных микрочипов по техпроцессам в 2 нанометра и менее, с использованием EUV фотолитографов, значения травильных машин сильно возрастает.
Дело в том, что времена, когда самыми передовыми были FinFET транзисторы, подходят к концу. Микросхемы по техпроцессам менее 3 нм будут производиться с использованием новейших полевых транзисторов с круговым затвором (GAAFET) и комплементарных полевых транзисторов (CFET). Столь сложные конструкции, при которых затвор полностью охватывает канал, в результате чего образуются вертикальные стопки нанолистов, требуют сверхточного удаления материала, то есть сверхточного бокового травления.
Просто удивляет, как легко AMEC осваивает самые передовые технологии в области травления и осаждения. Именно благодаря этой компании последствия введения против китайской полупроводниковой промышленности американских санкций оказались минимальными. Оказалось, что если есть AMEC, то вполне можно обойтись и без признанных лидеров мирового рынка, американских Lam Research и Applied Materials. Причём речь идёт о таких ультрасовременных системах AMEC, как установки осаждения металлического вольфрама LPCVD, атомно-слоевого осаждения ALD, плазменно-усиленного химического осаждения из паровой фазы PECVD и эпитаксиального роста кремния EPI. Впечатляют также и производственные мощности китайского гиганта: число ежегодно выпускаемых машин, или, как их чаще называют в отрасли, «реакционных камер», идёт на многие сотни.
Трудно найти приложения, для которых не было бы соответствующего решения со стороны AMEC. Здесь и производство логических микросхем, и силовых устройств, и микросветодиодов. Ну а по части микросхем памяти китайский передовик предлагает ультрасовременные решения для травления со сверхвысоким соотношением сторон, столь востребованных в современных NAND и DRAM чипах.
Уже сейчас ассортимент AMEC закрывает порядка 30% потребностей в полупроводниковом оборудовании. Китайский конгломерат стремится в самые ближайшие годы существенно расширть номенклатуру своей техники и выйти на уровень 60%. Особый упор планируется сделать на освоении производства разнообразного метрологического оборудования. Планы на будущее у китайского передовика самые амбициозные: стать к 2035 году ведущим мировым производителем оборудования для полупроводникового производства. Учитывая настойчивость этой компании, а главное — гигантский внутренний китайский рынок, такие планы выглядят вполне обоснованными.