20-09-2018

Тотальная модернизация – непростой путь к возрождению микроэлектроники

Валентин Новиков, Дмитрий Суханов

В связи со спецификой российского рынка микроэлектроники от производителя требуется максимальная гибкость: возможность быстрой переналадки производства и способность быстро отработать технологические режимы, обеспечить производство широкой номенклатурой изделий с высокой надежностью, стойкостью к дестабилизирующим факторам и отказоустойчивостью. Для решения поставленных задач необходимы эффективные решения, которые позволят реализовать сложнейшие комплексные проекты и усовершенствовать микроэлектронные производства до мирового уровня, развить технические и технологические возможности, а также избежать целого ряда проблем, связанных с освоением и модернизацией мировых технологий.

 

Техническое и технологическое переоснащение микроэлектронных производств является одним из главных условий сохранения конкурентоспособности и эффективности отечественных предприятий, а также ключевым фактором для технологического прогресса и экономического роста России.

Для реализации этой сложнейшей задачи на отечественных предприятиях необходим комплексный подход. В идеале наилучшим решением стало бы создание абсолютно новых производств (рис. 1, 2), так сказать «с нуля»: то есть полностью избавиться от «наследия СССР» и не пытаться освоить современные технологии на оборудовании 30-летний давности.

        

Рис. 1 Структура производственного комплекса микроэлектроники

 

                            

Рис. 2 Структурный состав производственного комплекса микроэлектроники

 

При решении задач переоснащения в последние 20 лет проводилась лишь частичная замена имеющегося оборудования, да и то на его аналоги, без возможности дальнейшего роста и освоения новых технологий, потому что все привыкли только модернизировать существующее, а до бесконечности это делать нельзя. Вопрос о замене «под ключ» поднимался крайне редко из-за отсутствия необходимых компетенций со стороны технологов и готовых комплексных решений со стороны инжиниринговых компаний.

Комплексный подход должен включать решения как для НИОКР, так и для серийного производства, позволяющие освоить принципиально новые изделия благодаря новейшему оборудованию и технологическому трансферу от мировых производителей электронных компонентов. Трансфер технологии – это сложнейший процесс, куда входят:

- Технологический процесс:

• каждая операция имеет короткое и расширенное описание, с объяснением её назначения;

• каждая операция имеет привязанную к ней установку.

- Список оборудования, чертежи и инструкции:

• рекомендованный список оборудования;

• чертежи и инструкции;

• приёмо-сдаточные работы / запуск базового процесса;

• список химических реагентов, материалов и газов;

• матрица потребления.

- Производственный технологический процесс:

• способы и методы обработки, диапазон изменения параметров процессов, дозы и параметры легирования, параметры литографии, температуры в диффузионных печах и пр.

- Метрологические контрольные точки и структуры:

• методы контроля;

• минимальные топологические нормы, допуски, толщины слоёв и плёнок;

• тестовые структуры и точки совмещения;

• целевые измеряемые параметры и технологические пределы;

• критические параметры процессов и производства.

Современные тенденции требуют от инжиниринговых компаний не просто банальную поставку оборудования – «Поставил и забыл», а отладку технологического процесса, результатом которого станет серийная партия конкретных изделий. Но большинство поставщиков оборудования для микроэлектроники на отечественном рынке не обладает такими компетенциями. Ведь наиболее важным этапом на пути к серийному выпуску продукции является постановка сквозного технологического маршрута, после завершения поставки оборудования, шефмонтажа и пусконаладки. Данный этап является наиболее критичным с точки зрения временных затрат.

Постановка сквозного технологического маршрута на производстве включает в себя:

• • постановку маршрута на конкретном комплекте технологического оборудования для утвержденного перечня изделий по дизайну заказчика;

  • обучение персонала, передачу технологических знаний;

  • оформление и передачу технологической документации;

  • сдачу изделий по утвержденному перечню параметров.

При запуске нового полупроводникового производства постановка сквозного технологического маршрута, включающего процессы эпитаксиального роста гетероструктур и постростовые процессы планарного цикла, может занять длительный срок (до нескольких лет) у команды технологов с недостаточным опытом выполнения подобных работ. Здесь необходим хороший партнер, сопровождающий проект на всех этапах – от проработки проекта и поставки оборудования до внедрения сквозной технологии. Это станет залогом успеха в построении фабрики по производству полупроводниковых компонентов в кратчайший срок. На рис. 3 показан пример календарного плана выполнения такого проекта за 18 месяцев.

Рис. 3 Календарный план проекта

 

Одной из причин низких темпов роста производства микроэлектронных компонентов в России является технологическое отставание. Например, российские производители микроэлектроники в настоящее время освоили технологию уровня 65 нм на пластинах 200 мм, а у мировых производителей уже применяется технология с проектной нормой 16 нм на пластинах диаметром 300 мм. При этом начаты разработки по освоению технологического процесса на 10–7 нм с переходом на пластины размером 450 мм. Для уменьшения размеров элементов, перехода на меньшие топологические нормы и, как следствие, освоение более высоких диапазонов частот требуется применение новых технологий и современного оборудования, особенно при создании гетероструктур. Технологии на основе GaAs-структур позволяют производить МИС с рабочими частотами до 100 ГГц, а на основе GaN-структур – с выходной мощностью до 100 Вт. Зависимость максимальной мощности от частоты для приборов на основе различных полупроводниковых материалов показана на рис. 4 [1].

                           

Рис. 4 Зависимость максимальной мощности от частоты для приборов на основе различных полупроводниковых материалов. Источник: www.ntt-review.jp

 

Одно из основных направлений производства микроэлектроники – монолитные интегральные схемы для сверхвысокого диапазона частот (СВЧ МИС) (рис. 5), которые стали принципиально новой компонентной базой для радиоэлектронных систем и устройств. Благодаря СВЧ МИС можно уменьшить в несколько раз массогабаритные и стоимостные показатели производимых современных изделий. СВЧ МИС можно производить в больших объемах на серийных полупроводниковых производствах, они обладают хорошей воспроизводимостью электрических параметров и высокой надежностью по отношению к ламповой технике [2, 3]. Использование МИС позволяет улучшить различные характеристики систем: дальность действия, экономичность, чувствительность, скорость передачи данных и др.

                                 

Рис. 5 СВЧ МИС. Источник: www.wolfspeed.com

 

СВЧ МИС на основе GaAs- и GaN-технологий нашли широкое применение в различных системах радиоэлектронного оборудования: в системах связи, радиолокации и радионавигации, средствах оптической связи, в автомобильной промышленности (радары), телекоммуникационном оборудовании (передатчики и приемники базовых станций сотовой и спутниковой связи).

Особенностью СВЧ МИС является изготовление как в объеме, так и на поверхности подложки в едином технологическом цикле всех элементов схемы, включая конденсаторы, резисторы, индуктивные элементы, межсоединения, воздушные мосты и переходные отверстия. Структура СВЧ МИС [4, 5, 6] показана на рис. 6.

Рис. 6 Типовая структура СВЧ МИС

 

Основные процессы при производстве СВЧ МИС это: рост гетероструктур посредством МОС-гидридной (рис. 7) или молекулярно-лучевой эпитаксии, ионное легирование, формирование топологии элементов субмикронных размеров фотолитографическими методами (рис. 8, 9), плазмохимические, гальванические и высокотемпературные процессы и др. Здесь необходимы обширные компетенции с технологической стороны и современное оборудование с технической стороны.

                         

Рис. 7 Установка МОС-гидридной эпитаксии Phaeton 200

 

                                                 

Рис. 8 Автоматическая установка нанесения, проявления и сушки фоторезиста EVG 150

 

                                                    

Рис. 9 Установка прямого лазерного экспонирования MiScan 200

 

Одна из важнейших проблем при использовании СВЧ МИС – обеспечение надлежащего надежного теплоотвода от нижней поверхности кристалла МИС. Ее можно решить, используя современные автоматические системы дозирования эвтектических припоев и монтажа компонентов (рис. 10), а также специальные системы термической обработки в вакуумной среде. Это позволит избежать образования пустот под кристаллом.

                                            

Рис. 10 Автоматическая установка монтажа компонентов с гранитным основанием T-8000-G

 

Комплексный подход, основанный на опыте мировых производств микроэлектроники, позволит российским предприятиям быстро отрабатывать новые технологические режимы, обеспечивать переналадку производства в кратчайшие сроки и производить широкую номенклатуру изделий с высокой надежностью и наивысшим качеством.

 

Список литературы

1. Diamond Field-effect Transistors as Microwave Power Amplifiers. Makoto Kasu. 2010. https://www.ntt-review.jp/archive/ntttechnical.php?contents=ntr201008sf3.pdf&mode=show_pdf

2. Carey E/ Millimeter-Wave Integrated Circuits / E. Carey, S/ Lidholm – Boston: Springer, 2005. – 272 c.

3. RFIC and MMIC design and technology / I.D. Robertson. – London: The Institution of Electronic Engineers, 2001. – 562 c.

4. D. W. Johnson “Si-CMOS-like integration of AlGaN/GaN dielectric-gate high-electron-mobility transistors”, The Office of Graduate and Professional Studies of Texas A&M University, 2014. – 145 c.

5. M. Meneghini et al. (eds.), Power GaN Devices, Springer International Publishing Switzerland 2017. – 380 c.

6. S. Kayali, G. Ponchak, R. Shaw. GaAs MMIC Reliability Assurance Guideline. Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology Pasadena, California. December 15, 1996. https://pdfs.semanticscholar.org/a31a/274e5b019e680fcc1868865f02eebcd63d45.pdf

 

Типовое комплексное решение для производства СВЧ МИС на основе гетероструктур АIIIBV для НИОКР и мелкосерийного производства

 

 

 

 

 

Статья опубликована в журнале «Вектор высоких технологий». 

Бесплатная подписка на журнал: https://ostec-group.ru/group-ostec/pressroom/journal/podpiska/

Официальный сайт Группы компаний Остек: https://ostec-group.ru/

 

 

Понравилась статья? Поставьте лайк 5

---

Микроэлектроника Управление производством Управление производством