Инженерия микроэлектроники – это компромисс желаний и возможностей

Рассмотрению перспектив развития технологий и их влияния на рыночные ниши было посвящено пленарное заседание «Микроэлектроника: перспективы развития и технологические вызовы», открывшее второй день работы Форума.

Технологические процессы, формирующие топологические размеры микроэлектронных устройств, нуждаются в широкой номенклатуре современных инструментов, новых материалов, методов калибровки и метрологии. Литография – это многоступенчатый процесс, каждый этап которого сам по себе – совокупность сложных методов, требующих новых научных исследований.

Повестка заседания была интригующе интересна. Президент РАН, академик Геннадий Яковлевич Красников представил дорожную карту развития отрасли до 2042 года. По его словам, классическая кремниевая микроэлектроника подошла к пределу возможностей простого уменьшения топологических размеров. Если планарные транзисторы масштабировались вплоть до технологических норм 28 и 22 нанометров, то на смену им пришли FinFET, которые позволили освоить диапазон от 22 до 5/3 нанометров. «Для специалиста топологические размеры говорят не так много. Гораздо важнее, какая конкретно технология воспроизводится по этому топологическому размеру», – отметил академик.

Сегодня мировая индустрия переходит к архитектуре Gate-All-Around, также известной как нанолисты, где затвор полностью окружает канал, обеспечивая лучший электростатический контроль. Согласно представленной дорожной карте, в период с 2025 по 2028 годы ожидается освоение техпроцессов 2 и 1,4 нанометра на базе нанолистов, а к 2031–2034 годам произойдёт переход к комплементарным парам полевых транзисторам CFET, в которых транзисторы n-типа и p-типа располагаются не рядом, а друг над другом. Это позволит преодолеть барьер в 1 нанометр, а к 2040–2043 годам откроет путь к нормам 0,3 и 0,2 нанометра. «Каждый топонимический размер даётся всё сложнее, в том числе в денежном эквиваленте. Каждый раз стоимость чистой комнаты растёт, поэтому вход в отрасль имеет очень высокий порог», – добавил Геннадий Яковлевич.

ФОТОБАНК ПЛЕНАРНОГО ЗАСЕДАНИЯ

Среди главных вызовов академик выделил рост «паразитных» параметров и задержек сигналов, тепловыделение и квантовые эффекты. Для решения предлагается комплекс мер, таких как применение Low-K диэлектриков, High-K диэлектриков и новых материалов. Технологические процессы уровня 1 нанометр и ниже перейдут к подходам Semi-damascene / Subtractive Metallization, где медь заменит рутений. Следующим шагом станут технологические процессы уровня 0,5 нанометра и ниже, в которых будут использоваться альтернативные материалы, такие как оксид платины и кобальта (PtCoO₂).

Если современные трёхнанометровые чипы позволяют разместить более 100 млрд транзисторов, то к 2042 году с освоением 0,2 нанометра микросхемы на той же площади будут вмещать примерно 7 трлн транзисторов. «Это колоссальное количество, которое позволит реализовывать многие вещи совершенно по-другому», – сообщил Геннадий Яковлевич.

Отвечая на вопрос о перспективах российской отрасли, академик РАН подчеркнул, что прогноз во многом зависит от объёмов финансирования и государственной политики. По его оценке, к 2030–2031 годам Россия может выйти на уровень 28 нанометров, а ещё через два года – перейти на 14 нанометров. Однако сохранение таких темпов возможно лишь при соответствующих инвестициях – одна фабрика следующего поколения стоит более триллиона рублей. При благоприятном сценарии глава РАН допустил, что к 2040 году Россия сможет выйти на уровень 2 нанометра.

Три последующих доклада раскрыли более полно и подробно достижения в области использования новых материалов и поиска рынка сбыта изделий микроэлектроники, созданных на этих материалах («Перспективы применения 2D-материалов в микроэлектронике», докладчик член-корр. РАН, д.ф.-м.н., Дмитрий Валентинович Рощупкин, директор ИПТМ РАН), технологические решения при нанесении Low-К и High-K диэлектриков для снижения RC-задержек и увеличения обратного отвода тепла («Перспективные материалы и методы для формирования High-K, Low-K диэлектриков и системы металлизации», докладчик к.ф.-м.н., Аскар Анварович Резванов, начальник отдела, АО «НИИМЭ»), современные российские достижения и передовые методы упаковки при производстве интерпозеров («Передовые методы гетерогенной интеграции: 2.5D и 3D многокристальные модули», докладчик к.ф.-м.н., Глеб Владимирович Баранов, начальник отдела, АО «НИИМЭ»), возможности интеграции ReRAM в ИИ-чипы и энергонезависимая память как сдвиг в архитектуре вычислений («Основные направления и перспективы развития новых видов энергонезависимой памяти для вычислительных платформ с жёстким ограничением по энергопотреблению», докладчик д.ф.-м.н., доцент, Наталья Владимировна Андреева, начальник лаборатории, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»).

Завершая заседание, Александр Алексеевич Горбацевич произнес: «Жизнь микроэлектроники разнообразна и многопланова, и не просматривается возможность срезать угол в развитии микроэлектроники. Энергонезависимые типы памяти подавались как метод проб и ошибок, этот путь очень затратен, но он неизбежен!».