Отечественные производители микросхем делают ставку на многослойность. 

В Сети появилась информация, что в нашей стране успешно завершили испытания первой «родной» литографической машины, которая может производить микросхемы 350-нм. Полученные чипы признали пригодными для коммерческого применения. «Это, несомненно, крупный прорыв для России», — констатирует китайский техномедиа NetEasy.

По мнению автора NE, «русские, обладающие боевым национальным характером, были непреклонны. За два с небольшим года они овладели технологией литографических машин и создали полностью независимый цикл — от исследований до конечного производства. Это ли не чудо?».

В пользу того, что лед тронулся, говорит и активизация еще одной критически важной для отечественной микроэлектроники программы -создания импортозамещающего профилометра. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) сообщил, что к 2026 году в ТУСУРе разработают установку для измерения параметров поверхности полупроводниковых пластин.

«Профилометр необходим при производстве микроэлектроники. На этапах прохождения полупроводниковой пластины по маршруту он задействуется после каждой технологической операции формирования фоторезистивной маски и топологии микросхемы, — рассказывает директор НОЦ „Нанотехнологии“ Евгений Шестериков. — Это важная операция в технологическом маршруте — на основе результатов тестирования можно либо оперативно скорректировать технологический процесс, либо удостовериться, что все делается правильно».

Добавим, что крупнейший производитель литографического оборудования в мире — голландская компания ASML — объясняет свой успех использованием своих литографов в комплекте с качественным профилометром, обеспечивающим обратную связь в «печатании» чипов.

Спецы ASML поясняют, что именно полупроводниковая метрология защищает процесс производства полупроводников от множества подводных камней. В целом без точного измерения множества параметров полупроводниковых пластин, таких как ширина линии, диаметр отверстия и толщина тонкой пленки, на выпуске чипов можно смело ставить крест.Оказывается, многоуровневый процесс производства полупроводниковых пластин включает в себя от сотен до тысяч этапов в течение одного и даже двух месяцев (да, такой срок изготовления чипов). Значит, даже незначительный дефект или отклонение на ранних стадиях может привести к эффекту домино и вылиться в производственную катастрофу.По слухам, которые гуляют на специализированных сайтах, именно поэтому накрылись медным тазом программы по выпуску чипов в Саудовской Аравии и Объединенных Арабских Эмиратах, несмотря на огромные вливания. Саудовцы и богатенькие арабы из ОАЭ с помощью приглашенных за огромные деньги западных специалистов так и не смогли пробиться сквозь технологические трудности, связанные с метрологией. Понятно, что США сделали все, чтобы их «лучшие нефтяные друзья» не получили доступ к производству чипов даже по относительно старым 350 нм и 120 нм техпроцессам.

На специализированных американских форумах говорится, что в реальности техпроцесс уперся в «золотые» 14 нм, тогда как производство чипов 7, 5 и даже 2 нм подразумевает многослойность. Так вот: без качественного профилометра, измеряющего диаметр отверстия в контексте контактных отверстий между слоями, невозможно увеличивать плотность транзисторов.

По состоянию на 2019 год микросхемой с наибольшей плотностью транзисторов является 5 нм-чип TSMC с 171,3 миллиона транзисторов на квадратный миллиметр (обратите внимание, на самом деле расстояние между транзисторами составляет 76,4 нм, что намного больше, чем бессмысленные «5 нм»). Самая большое количество транзисторов в потребительском микропроцессоре по состоянию на июнь 2023 года составило 134 млрд тоже в якобы 5 нм-чипе Apple M2.

Профессионалы, однако, утверждают, что химические эффекты ионизирующего излучения ограничивают надежное разрешение примерно до 30 нм, что достижимо с помощью современной иммерсионной литографии. Таким образом, все другие методы, в том числе так называемый глубокий ультрафиолет, скорее, относятся к рекламе, чем к реальной практике.

Тут-то на первый план и выходит метрология полупроводников, которая имеет два основных аспекта: предоставление необходимой и подробной информации о физических свойствах пластины в процессе производства и обеспечение оптимальной настройки производственного процесса в соответствии с заданными параметрами.

Помимо измерения диаметра отверстия, требуется контролировать ширину линий, «напечатанных» на полупроводниковом материале, которые имеют фундаментальное значение для обеспечения точного отображения электрических цепей, а также толщину нанесенных пленок, являющихся неотъемлемой частью электрических свойств и структурной целостности полупроводниковых устройств.

Таким образом, отечественный профилометр позволит двигаться в сторону уплотнения транзисторов даже при изготовлении чипов по «старым» техпроцессам. При желании, экспериментируя с многослойностью, можно догнать даже Apple по плотности транзисторов на 1 кв. мм.

«Измерение с помощью прибора позволяет определять механические напряжения в полупроводниковых пластинах после формирования металлических или диэлектрических слоев. Это очень важно при производстве, потому что, если механические напряжения будут превышать определенный уровень, может потрескаться либо сама пластина, либо диэлектрические пленки, выполняющие роль межуровневой изоляции, конденсаторного диэлектрического слоя или защитного слоя. Такие пластины нужно отслеживать и снимать с технологического маршрута», — поясняют ученые ТУСУРа.