Зеленоградский нанотехнологический центр

Электроника, как и любая индустрия, основана на задачах, экспертизе и инвестициях. Индустрия молодая, знания и навыки создаются, накапливаются, устаревают порой очень быстро. Нынешняя структура рынка — с фаблес дизайн центрами, фабриками, контрактными производствами — выстраивалась на наших глазах. ASML, IMEC — 1984 год основания, Synopsys — 1986, TSMC — 1987, ARM — 1990, Broadcom — 1991, Infineon — 1999, OpenSilicon — 2003 и Globalfoundries — 2009 — младенцы по сравнению с Фордом или Шеллом. Каждая из этих компаний возникала, конечно, не в чистом поле. Рядом были источники профессионалов Stanford/MIT, материнские компании Philips и Siemens, нетерпеливые заказчики, разнообразные задачи и деньги на их решение. За последнюю пару десятков лет из условного AT&T с Bell labs, которых в качестве примера приводит академик Бетелин, возникли те десять переделов между наукой и индустрией, о которых говорит Денис Ковалевич.

Сегодня в Россия совсем не похожа на США или Тайвань двадцатилетней давности, повторить их путь не удастся. Однако формула “задачи-экспертиза-инвестиции” достаточно универсальна, чтобы на нее ориентироваться, строя работающую модель. Однако, по причине той же универсальности, без огромного числа уточнений и пояснений она хороша разве что для лозунгов. Для работающей в конкретном регионе модели главное — детали. Понимание, как выстроить эту модель в условиях России только начинает приходить. Каждая попытка, даже неудачная, добавляет капельку к пониманию того, как можно выстроить стабильную экономику, завязанную не только на военных. Про правильно разобравшихся через годы напишут книжки, но до той поры далеко, а интересное происходит каждый день. Как пытаются развивать электронику в Зеленоградском нанотехнологическом центре мне рассказывал его руководитель, Анатолий Ковалев.

О центре

Нанотехнологический центр организован Зеленоградским инновационным центром ЗИТЦ и Фондом инфраструктурных и образовательных программ РОСНАНО. Основная ориентация на МЭМС и системы их обработки, однако только этой тематики не хватает. Конечно, общая микроэлектронная составляющая остается, поскольку в Зеленограде все под рукой — фирмы, профессионалы и МИЭТ как базовое учебное заведение.

В качестве аналогов центра за рубежом в первую очередь Анатолий упоминает  SVTC. На базе университета они делали небольшие партии 180нм чипов для стартапов. Кроме того — сеть фраунгоферовских институтов в области микроэлектроники, в Дрездене на Fraunghofer IPMS у них стажировались зеленоградцы, там — хорошие специалисты по МЭМС. Объединяет ограниченность серийного производства, источники финансирования — на 50% центры финансируются из государственных средств.

В чистых комнатах построены и находятся в стадии наладки линии КМОП и MЭMC 350nm. Открытие линии запланировано на 26 ноября, пока идут наладочные работы, запускаются небольшие тестовые партии мэмс и кмоп изделий, разработанных либо самим центром, либо стартапами, например спиновый наногенератор.

Пока линии производства микросхем налаживаются, разработанные схемы печатаются в ЕС и Азии. Многие из проводимых сейчас разработок под 180нм планируется делать за рубежом и в будущем. На 180нм, не говоря о более тонких технологиях, производственные линии могут сильно отличаться друг от друга. Поэтому разработка схемы ведется под конкретную фабрику, следуя правилам этой фабрики. Набор стандартных элементов, геометрических правил разводки, электрических правил и так далее. Перенос с одной фабрики на другую задача сложная и не быстрая, порой проще с нуля перепроектировать.

Устанавливаемая линия пересекается с работающей в Курчатовском институте. Но если Институт концентрируется на спецстойкой базе для космоса, то ЗНТЦ ориентируется на производство МЭМС. Из «технилогических фишек» имеется специфические контактная и двусторонняя литографии, вытравливание слоев поликремния под окислом, чтобы мембраны вывешивать и прочие особенности, позволяющие производить именно микромеханические устройства, а не просто статические приборы вроде транзисторов и индукторов. Кроме того есть специальное оборудование для бондинга, специальных контактов, позволяющее  производить схемы, которые можно устанавливать одну на другую в одном корпусе, т. н. SiP (system in package). По словам Ковалева, ему о наличии подобной линии в России не известно. Аналоги в Технологическом центре Зеленограда работают по технологии 1.5 микрона.

Даже для относительно небольшого производства, которое строится в ЗНТЦ, слово “фабрика” не преувеличение. Прежде, чем пластина превратится в готовые корпусированные чипы, она проходит десятки, если не сотни, технологических операций. Литографический процесс похож на печать фотографии: сначала на пластину наносится очередной слой металла или изолятора и защитное фоторезистивное покрытие, потом по маске слоя в этом слое прожигаются отверстия, затем пластина помещается в агрессивную среду, где на незащищенных областях появляются отверстия, затем фоторезист и остатки химии смываются, затем процесс повторяется. Пластина сначала готовится, потом на нее наносятся приборы, это пара тройка слоев, затем — металлы и контакты. Металл-изолятор-контакт-изолятор-металл-изолятор и так далее. При этом характерные размеры приборов и контактов — доли микрона, а допуски и того меньше. На хабре это неплохо рассказано.

Линия — удовольствие недешевое. Только очистные сооружения для химстоков обошлись  в десятки миллионов рублей, подстанция на пять мегаватт, уникальное оборудование; десятки миллионов в год постоянные затраты на поддержание линии в рабочем состоянии. Переменная составляющая расходов тоже велика. Для технологий 0.5 микрон и ниже в России не производится никаких расходных материалов, даже серную кислоту приходится возить из-за рубежа. Комплект газов для минимальных тестов обошелся в семизначную сумму. В советские времена расходными материалами для микроэлектроники занимался НИОПИК, но сегодня даже Микрон вынужден использовать иностранные материалы.

Оборудование английское, чешское, французское, американское, японское, из русского — установка групповой очистки пластин и удаления фоторезиста воронежскокого НИИПМ. Они одни из немногих в России пытаются делать плазмохимическое оборудование. Также, что меня сильно удивило, линия была разработана российской проектной компанией Мосэлектронпроект.

Участок сборки и контроля микросхем уже работает. Лаборатория сертифицирована для “пятой” приемки (военное, промышленное, но не космическое применение) и  позволяет проводить на современном уровне анализ микросхем, послойное стравливание, микроструктурный и функциональный анализ. При нас чипы, произведенные Элвисом, пакуют в японские корпуса, тестовая партия в рамках ОКР.

Центр также занимается реконструкцией завода Протон, расположенного рядом. Сейчас завод ориентируют на несколько направлений: сборка SiP, в том числе TSV (through-silicon via, кристаллы располагаются друг над другом и контакты идут сквозь некоторые кристаллы), развитие нескольких проектов, которые сейчас находятся в лабораторном стартовом состоянии, совместный с Росэлектроникой проект по выращиванию алмазных пленок для спецприменений с высоким напряжением.

Идея наноцентров состоит в том, что создается инфраструктура, а стартапы берут в аренду оборудовение и развиваются. Если утрировать — есть один микроскоп, а при нем стартап, а лучше пять. Эдакий центр коллективного пользования. Однако, стартап может использовать небольшую установку, тот же микроскоп. В случае ЗНТЦ речь идет о сложной технологии, которую никакой стартап не потянет. Поэтому идеология использования железа несколько отличается — центр предлагает резидентам консалтинг и льготные цены по использованию оборудования.

О людях и экспертизе

Железо железом, но без специалистов оно остается дорогим металлоломом. ЗНТЦ пытается под своей крышей объединить специалистов, концентрируя столь дефицитные технические компетенции и предоставляя экспертизу. Присоединили команду дизайн центра IDM-Plus (http://www.idm-plus.ru/), которая ориентируется на разработку систем обработки данных, поступающих с мэмсов или иных датчиков. Идет активное сотрудничество с кафедрой микроэлектроники факультета интеллектуальных технических систем МИЭТа. Эта кафедра занимается мэмсами —  акселерометрами, гироскопами, датчиками углов поворота, микрозеркалами. В инкубаторе на сегодняшний день 12 стартапов, три из них появились совсем недавно. Сотрудники — молодые ребята, аспиранты и вчерашние выпускники, в основном МИЭТ, есть бауманка, другие ведущие вузы. Однако, самый коммерчески успешный на сегодня стартап не имеет прямого отношения к микроэлектронике, они разрабатывают и производят 3D принтеры. За полтора года команда выросла из двух учредителей до 15 человек, принтеры продаются, в планах продажи десятков принтеров в месяц.

В инвестиционном соглашении ЗНТЦ три участника-учредителя: Роснано, ЗИТЦ, МИЭТ. МИЭТ является базовым университетом, частично в центре стоит его оборудование. По соглашению МИЭТ может использовать оборудование центра для лабораторных работ, отработки учебных программ. «Мы таким образом черпаем студентов и аспирантов для будущих стартапов», — поясняет Ковалев. «Среди выпускников встречается достаточное количество интересных амбициозных молодых людей. Тут главное заинтересовать — задача, рабочее место, достойная зарплата»

С инженерами ЗНТЦ старается работать на проектной основе. «Есть мировой опыт финансирования стартапов — если за три года не получил нового раунда финансирования, то лучше расходиться, идея не взлетела. По такому же принципу наноцентр работает с разработчиками. Мы привлекаем инженеров на конкретные НИОКР. Договариваемся, создаем продукт, потом он либо запускается в серию, либо проект закрывается. Мы стараемся не попасть в ловушку компаний, которые вынуждены содержать персонал, не соответствующий объемам выполняемых работ. Хорошо, когда есть большой государственный НИОКР, но он заканчивается, и если нет серийного производства, что делать со всей этой командой?”

О задачах

В микроэлектронике правит бал большая партия. Чем больше производство, тем оно выгодней. Как сделать окупаемым такое минипроизводство, как у ЗНТЦ — вопрос актуальный и непростой. Особенно, когда кроме производственной линии есть стартапы, в которые надо инвестировать, давать льготный доступ к оборудованию. Чисто на услугах по испытанию и сборке окупить затраты явно не получится. Выход из стартапов когда еще будет, а постоянно и неограниченно просить помощи государства тоже не выход.

Пока фабрика не запущена, в качестве заработка в центре рассматриваются НИОКР. У нас в стране их заказывают в основном компании, у которых государство заказало разработку аппаратуры: прибористы, Роскосмос, Росэлектроника. Сегодня департамент радиоэлектроники Минпрома старается заказывать полноценные приборы, а уже разработчики приборов в свою очередь заказывают микросхемы дизайн центрам.

Но куда интересней применение фабрики для экспериментов в области производства. В отличие от цифровых микросхем, когда по сути есть выбор между высокопроизводительными и малопотребляющими вариациями технологий, в аналоговом мире процесс производства имеет смысл адаптировать практически  под каждый отдельный чип. И в этом случае даже небольшая фабрика становится конкурентоспособной, если на ней работают опытные технологи. Сейчас ЗНТЦ работает с питерским Электронстандартом над вариацией процесса под их требования и переносом одного проекта из Германии.

Основные приложения военные, как почти все живое в российской микроэлектронике. Ситуация, безусловно, нездоровая. Из гражданских рынков рассматриваются три — автоэлектроники, промышленной автоматики и энергосбережения

Рынок автоэлектроники открыт и высококонкурентен. Центр разработал ряд схем для калужской Автоэлектроники, завершены испытания, планируется серия. Проблема — цена конечного изделия. Трудно конкурировать с иностранными поставщиками с их отлаженными процессами и производством на давно окупившихся предприятиях. Сегодня в Калуге используют изделия в сборе фирмы Bosh, микросхема в них обходится заводу около одного евро. Для осмысленности перехода на новую схему нужно ее по пол евро предлагать, микрофабрика не даст такой цены. Поэтому сейчас идут разговоры о запуске производства с Микроном.

Кроме того, мощности ЗНТЦ используются для исследований в интересах крупных производителей микроэлектроники Зеленограда, как и надо использовать лаборатории при университетах. Так, для увеличения быстродействия микросхем  необходимо научиться работать с супертонкими слоями, но технология атомослоевого осаждения, по которой эти слои производятся, пока не освоена. ЗНТЦ собирает команду, оборудование, типичный стартап. Когда технология будет освоена, она будет поставлена предприятию заказчику.

Подобная схема работы повторяет идею, разрабатываемую Титовым и Ковалевичем. Вообще эксперты активно обсуждают различные пути развития электроники, странно и печально было бы, если бы дискуссии не было. Всем понятно, что здоровой индустрии нужны не только производители крупных партий изделий, но и отработка базовых технологий, с активным привлечением аналитических и испытательных лабораторий. Подобные мини-фабрики необходимы для изготовления небольших партий изделий специальных, эксклюзивных применений, но их не может быть много, на всех банально не хватит специалистов и заказов. Но в центре фабрика скоро заработает, значит сейчас ее надо нагружать нетерпеливыми заказчиками, поскольку технологический процесс живет только когда выпускаются микросхемы.

Зеленоградский нанотехнологический центр: 5 комментариев

  1. Вот что печально, так это то, что печальная электроника преподносится в виде нанотехнологий.
    А ведь фотолитография даже на глубоком субмикроне — это не нанотех.

    • Да понимаешь, Георгий, все ж хорошо :-)
      Только не нанотех.

      Гейм с Новоселовым — они ближе.
      Старик фон Нейман предложил однажды сделать часы, а потом сделать часы в два раза меньше. Он думал, что кто-то какие-то принципы миниатюризации откроет.
      Ан нет! Мужик сел и сделал. И никаких принципов не открыл.

  2. Восхищен статьей! солидно!! Правда, по матчасти не берусь судить )))) пора уже выкладывать это на habrahabr! )) Можно немного поправить стиль и обязательные «компоненты») даешь мировую известность!!!

Добавить комментарий для Ildar Bacilla Отменить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>