Развитие отечественного производства кремниевых СБИС Геннадий Яковлевич Красников - генеральный директор ОАО «НИИМЭ и Микрон», aкадемик РАН, член Совета по науке, технологиям и образованию при Президенте РФ Н.А.Шелепин, заместитель генерального директора по науке – гланый конструктор ОАО «НИИМЭ и Микрон»

Мировой рынок микроэлектроники Восстановление рынка микроэлектроники после падения, вызванного кризисом, займет до трех лет Источник: The Annual Semiconductor Report, Future Horizons, 2009

Тенденция развития технологических процессов изготовления СБИС в мире

Микрон – сегодня Технологический уровень (2009) Серийное производство микросхем Диаметр пластин (мм) – Проектные нормы (мкм)2,0 – 0,80,18 Номенклатура технологийБиполярная, КМОПКМОП+EEPROM для смарт-карт и РЧИ Исследования и разработки Диаметр пластин – 200 мм Разрабатываемые технологии: 180 нм: КМОП, КМОП + EEPROM, аналого-цифровые приложения БиКМОП (SiGe) для телекоммуникаций и СВЧ техники, КМОП КНИ и КМОП для радиационно-стойкой ЭКБ 90 нм: Проект по запуску производства с участием ГК «Роснанотех»

Технологический путь ОАО «НИИМЭ и Микрон»: сокращение разрыва с мировым уровнем мкм Фабрика 150мм»Фабрика «200мм»Фабрика «300мм» Аналоговые ИС Микросхемы спецприменения Экспортные микросхемы управления питанием Дискретные компоненты 2005 г г. Банковские и социальные карты SIM карты Чип биопаспорта Бесконтактные (RFID) транспортные билеты RFID метки 2011 г г. Foundry (Контрактное производство) Телекоммуникационные системы на чипе Чипы для цифрового телевидения чипсеты Glonass/GPS приемников 1,20,80,50,35 0,250,18 0,130,090,0650,045 Поэтапное сокращение отставания от мирового уровня, позволит российской микроэлектронике выйти в глобальные игроки и закрепить за Россией роль высокотехнологичной державы в мировом разделении труда

Семейство технологий с проектными нормами 180 нм СMOS процесс для цифровых и цифро- аналоговых приложений (НСMOS8D) ЕEPROM процесс (CMOSF8) CMOS процесс для ВЧ приложений (RFCMOS8) СМОS процесс на КНИ структурах (СМОS SOI) BiCMOS Процесс для РЧ и СВЧ приложений (НСМОS SiGe) Стартовая освоения

Основные проектные нормы технологического процесса КМОП СБИС 180 нм Параметр (топологический размер)Размер, мкмЗазор, мкм Слой активных областей Слой затвора Слой контактных окон Слои металлической разводки Слой переходных контактных окон

Электрические параметры элементной базы технологического процесса КМОП СБИС 180 нм Параметр Типовое значение Единица измерения Пороговое напряжение NMOS транзистора 0.46V (Vd=0.1) Ток насыщения NMOS транзистора600µA\µm Vg=Vd=1.8 Ток утечки NMOS транзистора235nA\µm Vg=0 Vd=1.8 Пороговое напряжение PMOS транзистора 0.47V (Vd=0.1) Ток насыщения PMOS транзистора290µA\µm Vg=Vd=1.8 Ток утечки PMOS транзистора25nA \µm Vg=0 Vd=-1.8

Низковольтные (НВ) транзисторы НВ n-канальный транзистор НВ p-канальный транзистор

Высоковольтные (ВВ) транзисторы ВВ n-канальный транзисторВВ p-канальный транзисторВВ n-канальный транзистор без кармана

Развитие технологий на Фаб-200 Разработка радиационно-стойкой технологии КМОП БИС на структурах «Кремний на изоляторе» с проектными нормами 180 нм для космических аппаратов, ВВСТ (Передовой зарубежный уровень р.с. СБИС нм). Участники разработки: - ОАО «НИИМЭ и Микрон» - головная организация - ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ - Институт физики полупроводников СО РАН - ЭНПО СПЭЛС - 22 ЦНИИИ МО

Подписано соглашение с фирмой IHP (Германия) о поэтапном лицензировании технологии Технология СВЧ БИС БиКМОП SiGe для изготовления ГБТ используется одна дополнительная маска; в рамках процесса возможно изготовление трех типов ГБТ с различными частотными характеристиками (ГГц): f т /f max (Vce (В)):30/70 (7);50/95 (4,2)80/95 (2,4)

Переход из микро- в наноэлектронику Нанотехнологии - совокупность приемов и методов, применяемых при изучении, проектировании, производстве и использовании наноструктур, устройств и систем, включающих целенаправленный контроль и модификацию формы, размера, взаимодействия и интеграции составляющих их наномасштабных элементов (около нм), для получения объектов с новыми химическими, физическими, биологическими свойствами. При изготовлении СБИС по технологии 90 нм реализуется элементная база с минимальными топологическими размерами 90 нм и физическая структура с минимальной толщиной 1,4 нм, что позволяет изготавливать сложные электронные системы содержащие сотни миллионов транзисторов.

14 Семейство технологий с проектными нормами 90 нм ЕЕPROM процесс (СMOSF090) CMOS процесс на КНИ структурах (CMOS090 SOI) BiCMOS процесс для СВЧ приложений (НCMOS090 SiGe) СMOS процесс для цифровых и цифро- аналоговых приложений (СMOS090)

Основные проектные нормы технологического процесса КМОП СБИС 90 нм Параметр (топологический размер)Размер, мкмЗазор, мкм Слой активных областей Слой затвора Слой контактных окон Слои металлической разводки Слой переходных контактных окон

Электрические параметры элементной базы технологического процесса КМОП СБИС 90 нм Параметр Типовое значение Единица измерения Пороговое напряжение NMOS транзистора 0.32V (Vd=0.1) Ток насыщения NMOS транзистора510µA\µm Vg=Vd=1.0 Ток утечки NMOS транзистора1nA \µm Vg=0 Vd=1.0 Пороговое напряжение PMOS транзистора 0.36V (Vd=0.1) Ток насыщения PMOS транзистора200µA\µm Vg=Vd=1.0 Ток утечки PMOS транзистора0.6nA \µm Vg=0 Vd=-1.0

Контроль технологического процесса изготовления СБИС с проектными нормами 180 – 90 нм Этапы технологического контроля при изготовлении СБИС Требования к аналитическому и измерительному оборудованию Измерение толщин технологических слоев (мин. толщина слоя 2.4 нм) Точность измерения 0.05 нм Измерение совмещения фотолитографических слоев (точность совмещения 15 нм для уровня проектных норм 90 нм) Точность измерения 1 нм Измерение линейного размера 90 нмТочность измерения 1 нм Контроль привносимой дефектностиМин. размер контролируемого дефекта 80 нм Анализ физической структуры (растровый электронный микроскоп) Разрешение 180 нм - 3 нм 90 нм - 1 нм

Материалы и комплектующие для изготовления СБИС с проектными нормами 180 – 90 нм п/п НаименованиеУровень чистоты 1ХимикатыN40 – N60 (ULSI – SSULSI) 2Материалы фотолитографииN40 (ULSI) 3Технологические газыN40 – N50 4Магистральные газыN60 5МишениN45 6ПластиныЛокальная неплоскостность: 0,15 мкм/15 15 Дефектность: 70 0,12 мкм на пластине Примечание: N – nine (девять) – означает количество девяток после запятой, например, N40 – это 0,9999; N45 – это 0,99995

Основные проблемы развития отечественного производства кремниевых СБИС Для коммерческих СБИС (массового производства): Отсутствие отечественного рынка СБИС Для СБИС ВВСТ: Огромное количество типономиналов импортной ЭКБ, примененной в электронных системах; Проблемы редизайна СБИС отечественной разработки (разные технологии и зарубежные ФАБы, привязка к IP, необходимость финансирования для редизайна) Отсутствие жесткой координации со стороны государственных органов по ограничению перечня типономиналов для ЭКБ спецприменения 19

Спасибо за внимание!