Первый заместитель гендиректора АО «НИИМЭ» Николай Шелепин рассказал о развитии технологий и компонентов микро- и наноэлектроники

Топ-менеджер дал интервью в преддверии российского форума «Микроэлектроника 2021». Мероприятие пройдет с 3 по 9 октября в Алуште.

Николай Алексеевич Шелепин является модератором Секции №4 на российском форуме «Микроэлектроника 2021», и как никто другой знаком с научно-исследовательской работой по тематике микро- и наноэлектроники и положением дел в отрасли.

Николай Алексеевич, опишите, пожалуйста, для наших читателей ситуацию в отрасли в части технологий и компонентов микро- и наноэлектроники. Куда мы идем, каковы последние достижения?

ШН. Современная микро- и наноэлектроника очень ресурсоёмкое научно-техническое направление, требующее наличия сложнейшего технологического и аналитического оборудования, комплекса высокочистых материалов, используемых в технологических процессах. Высокие технологии требуют и высококлассных специалистов (инженеров и учёных), способных реализовать создание техпроцессов изготовления и методик проектирования современных микро- и наноэлектронных устройств.

Если говорить о технологии изготовления современных кремниевых СБИС (а именно эта технология определяет передовой уровень данного направления), то вынужден констатировать, что мы остались и топчемся на уровне последних результатов ФЦП «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники на 2008 – 2015 гг.».

После завершения данной ФЦП и до настоящего времени государственных программ по развитию микроэлектронных технологий не было. А собственные возможности наших предприятий для инвестиций в развитие технологий весьма ограничены. Главным препятствием остается слабо развитый рынок в части объемов спроса. Также значительную долю рынка прочно занимают зарубежные компоненты. Свою роль играет и фактор недостаточных мер государственной поддержки.

Справедливости ради необходимо отметить, что в последнее время количество активностей, различных мер государственной поддержки микроэлектроники существенно выросло. Надеемся, что это количество перейдет в качество и выведет нас на траекторию активного развития. На сегодня общий уровень российских технологий кремниевых микросхем определяется следующими параметрами:

Около 10 предприятий по изготовлению кремниевых микросхем с уровнем технологии практически из 80-х годов прошлого века (диаметр пластин 100 мм, проектные нормы 3-6 мкм);
На пластинах 150 мм выпускают микросхемы АО «Микрон» (до 0,8-1,0 мкм); АО «Ангстрем» (до 0,6 мкм), АО «ВЗПП-Микрон» (до 2,0 мкм), Минифаб «1Х1» НИИСИ РАН (0,5 и 0,35 мкм технологии КМОП);
На пластинах 200 мм:
ФАБ-200 АО «Микрон»: Технологии КМОП, EEPROM, КМОП КНИ (180 и 90 нм), проектирование и производство в режиме IDM, изготовление пластин с «заказными элементами» в режиме Foundry;
ООО «НМ-ТЕХ» (наследник «Ангстрем-Т»): Никакого производства еще нет. Есть планы освоения технологий 180 нм и 130 нм в объёмах 15 тыс. пластин в месяц.

В секции №4 будет несколько докладов о технологиях фотолитографии 28 нм. Как известно, техпроцессы 28 нм были внедрены в мире в 2011 году, а сейчас там речь идет о переходе от 5 нм к 3 нм процессам. Оптимист бы сказал, что мы отстаем всего на 10 лет. Правильно ли говорить, что 28 нм это на сегодня предел технологических возможностей современных российских предприятий?

ШН. В НИИМЭ активно ведутся разработки и исследования по постановке технологии уровня 28 нм в производство. Но сегодня это работа по изучению зарубежного опыта и документации, компьютерного моделирования и получения практических навыков находится в стадии совместной постановки технологии у производственного партнера.

Основная работа с техпроцессами 28 нм может начаться только после создания российской фабрики по изготовлению микросхем на пластинах диаметром 300 мм. Соответственно, говорить о том, что технология уровня 28 нм — это предел технологических возможностей современных российских предприятий, пока не имеет смысла.

Вы — спикер на Круглом столе №2 «Практические аспекты применения радиофотоники». Какие интересные моменты вы бы озвучили из вашего доклада «Микроэлектронные компоненты для радиофотоники»?

ШН. Этот вопрос, видимо, формулировался по более ранней программе докладов. На сегодня, в составе спикеров круглого стола по радиофотонике произошли изменения, и я выступаю в других таймслотах.

По моему мнению, современная радиофотоника сводится, в основном, к созданию двух микроэлектронных компонентов:

а) модулятора электрического СВЧ-сигнала на оптическое излучение, которое мы можем легко передавать по оптическому волокну,

б) и, соответственно, демодулятора «в обратную сторону».

Другие проекты в рамках научно-технических программ по развитию «радиофотоники» относятся скорее к радиоэлектронике или к «традиционной» фотонике.

Создание указанных радиофотонных компонентов с требуемыми характеристиками могло бы обеспечить ряд эффективных решений в области создания радиолокаторов и некоторых других применений, но никак не может претендовать на принципиальные решения в области создания всей радиоэлектронной аппаратуры. Еще раз повторю — это моё частное мнение о той стадии развития, в которой находится радиофотоника. Но со мной согласны многие специалисты, с которыми я делился своими взглядами.

Какие доклады вы бы выделили в программе вашей секции? Дайте, пожалуйста, общую картину докладов секции и выделите концептуальные доклады, которые не акцентируются на безусловно важных, но частных технологических задачах, а наоборот, устремлены в будущее.

ШН. Концептуальные доклады, «устремлённые в будущее» в нашей сугубо практической секции найти довольно сложно. Хотя это зависит от того, с какого уровня оценивать. Практическое освоение и набор компетенций в технологии изготовления и проектирования СБИС уровня 28 нм, и создание гетероструктур нитрида галлия на кремнии — это для нас работы, устремленные в будущее.

Эти направления представлены на секции. В целом, на рассмотрении в секции много интересных и актуальных докладов, посвященных новым технологиям, материалам, приборам, методам контроля и оценки надежности.

Отдельно прокомментируйте, пожалуйста, доклады ваших коллег из АО «НИИМЭ», которые запланированы на 6 и 7 октября 2021 года.

ШН. АО «НИИМЭ» традиционно представляет большое число докладов, посвященных различным областям микро- и наноэлектроники. Следует выделить доклады по различным аспектам создания конкретных систем защиты информации.

Отмечу доклад о программно-аппаратном комплексе «Звезда» (докладчик Александр Самойлов). Этот комплекс выполнен на основе микросхемы нашей разработки, нашего же программного обеспечения (в т.ч. встроенного в микросхему) и реализующий российские криптографические функции. Комплекс предназначен для использования в различных системах защиты передаваемой информации, — в частности, в сетевом взаимодействии с устройствами «Интернета вещей» ‒ IoT. Много докладов посвящено вопросам разработки технологии и компонентов уровня 28 нм, интересные доклады о проблемах надежности и радиационной стойкости СБИС.

Вы в своей научной деятельности много занимались энергонезависимой памятью. На секции будет доклад по радиационно-стойкой энергонезависимой памяти SONOS на базе технологии КМОП 180 нм. Для каких целей выпускается такая память, какие технологические проблемы здесь имеются?

ШН. Технология изготовления схем энергонезависимой памяти типа «SONOS» в целом аналогична освоенной в АО «Микрон» технологии типа EEPROM. Отличие заключатся в способе хранения информации.

В обоих случаях информация хранится в виде заряда, который изменяет ток считывания элемента хранения. В случае EEPROM, заряд «записывается», хранится и «стирается» в «плавающем» поликремниевом затворе, а в случае SONOS — в специальном диэлектрике на ловушках. Соответственно, заряд, накопленный на ловушках в диэлектрике, будет более устойчив к воздействию ионизирующих излучений космического пространства. Исследования и разработка ведутся по заказу Фонда перспективных исследований.

В сравнении с докладами прошлых лет, каким бы вы назвали уровень докладов 2021 года — просто интересным и полезным, или прорывным, ставящим амбициозные задачи?

ШН. Как я уже говорил, докладов много. В том числе «хороших и разных». У нас всегда были доклады интересные, полезные и посвященные относительно далеким перспективам. В этом году перспективных докладов больше. Мне представляется, это связано с ожиданиями реальных существенных и уже обещанных государственных мер по развитию отрасли и практически начавшейся работой по созданию технологии уровня 28 нм.

В связи с этим предлагаю вернуться к первому вопросу о ситуации в отрасли.

Если внимательно посмотреть на содержание актуального для нас документа под названием «Стратегия развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года (утверждена Правительством Российской Федерации в январе 2020 г.), то можно обнаружить некоторые особенности, наводящие на размышления.

Так, например, основные показатели реализации «Стратегии» — финансовые, и они относятся к электронной промышленности, под которой в данном документе понимается микроэлектронная и радиоэлектронная отрасли суммарно. На практике, финансовая выручка конечной радиоэлектронной отрасли на порядки выше объемов средств, которые приносит производство микроэлектроники.

Т.е. в стратегии не заложены финансовые показатели производства электронной компонентной базы. При этом в «Стратегию» заложены совершенно амбициозные планы (по меркам нашего развития за последние 10 лет) в ключевом направлении «Научно-техническое развитие». В частности, предусмотрено разработать и промышленно освоить ряд технологий, в том числе (цитирую частично):

— Кремниевые технологии производства электронной компонентной базы с топологическими нормами 65 — 45 нм, 28 нм, 14 — 12 нм, 7 — 5 нм и последующий выпуск изделий на их основе;

— Технологии производства электронной компонентной базы СВЧ-диапазона, в том числе технологии BiCMOS HBT, HEMT, pHEMT с топологической нормой 65 — 45 нм, гетерогенную интеграцию на уровне пластины GaN on Si, SiGe, GaAs;

— Технологии производства всех необходимых материалов … (и т.д.).

А в ключевом направлении по созданию средств производства предусмотрено:

— Создание кремниевых фабрик, работающих в режиме «фаундри» для выпуска цифровых интегральных микросхем с топологическими нормами 28 нм, 14 — 12 нм, 7 — 5 нм.

— Производство фотошаблонов в обеспечение производств нанометровой ЭКБ, МИС с необходимым топологическим уровнем.

Выполнение «Стратегии» должно обеспечить реальную технологическую и информационную безопасность государства. Перечислено к созданию практически все, что для этого требуется. Всё это должно бы вызывать оптимизм у всех специалистов и менеджеров отрасли. Но есть сомнения в оправданности оптимизма. По оценкам экспертов, у Правительства вряд ли найдутся ресурсы на реализацию всех мероприятий, предусмотренных стратегией.

На совещании 20 марта 2020 года, посвященном развитию электронной промышленности, Председатель правительства РФ сказал следующее:

«Всего на развитие электронной промышленности в период до 2024 года мы уже предусмотрели порядка 266 млрд рублей инвестиций. Это средства, которые выделяются как в рамках государственных программ (это порядка 210 млрд рублей), так и по линии институтов развития (около 56 млрд рублей). Но если сравнивать их с вложениями других стран в собственную электронную промышленность, то очевидно, что этих средств недостаточно. Нам тоже следует нарастить финансирование из бюджета и внебюджетных источников в эти ближайшие и важнейшие пять лет».

По моему мнению, понять, в каком объёме правительство реально сможет нарастить финансирование, пока сложно. Если предположить, что на следующие пять лет будет предусмотрено такая же сумма в 266 млрд. руб., то получится, что на реализацию всей стратегии будет выделено 532 млрд. руб. (около 7 млрд. долларов по курсу на сентябрь 2021, — прим. Ред.). Много это или мало? Очевидно, что это в разы меньше, чем требуется на выполнение всей стратегии.

Справка редакции: согласно зарубежным источникам, строительство «под ключ» одной фабрики под технологию 7 нм стоит от 10 млрд. долларов и выше, а для 5 нм — порядка 18 млрд. долларов. Цифры даны под условия сложившихся технологических кластеров в Юго-Восточной Азии.

Возможный вывод: стратегия не является планом, обязательным к выполнению. В каком объёме и по каким направлениям программа будет выполняться, сведений нет. Остается три месяца до конца второго года «первой пятилетки», на которую уже выделено 266 млрд, рублей.

К настоящему времени нет ни одной согласованной и утвержденной государственной программы по микроэлектронике. В качестве первой госпрограммы этого периода выбрана программа развития электронного машиностроения, которая находится в стадии детальной проработки. А остальные направления пока отложены.

Соответственно, нет и финансирования разработок необходимых технологий и создания новых фабрик, без которых невозможно освоить запланированные технологии, кроме одного единственного проекта, решение по которому было принято отдельно еще до утверждения стратегии. Далее, могут возникать сомнения, что обещанные финансы будут реализованы на цели стратегии.

Повторюсь — спроса на продукцию отечественных предприятий микроэлектроники недостаточно для их нормального существования и самостоятельного развития. Многие дизайн-центры на грани сокращения численности специалистов, т. к. они в значительной степени зависят от государственных заказов. Все ждут начала новейшего этапа развития отечественной микроэлектроники, но уже не все верят, что он реально скоро начнется. Какие-то организации могут не дожить до начала финансирования. Вот так и получается, что наша микроэлектроника застыла в ожидании.