Экспертное заключение подготовлено по итогам сессии ФБТ 2025 «Химия высокочистых веществ и газов для микроэлектроники».
Развитие отечественной микроэлектроники невозможно без комплекса мероприятий, включающих развитие технологий функциональных, вспомогательных и конструкционных материалов. Общее количество наименований различных веществ, используемых в микроэлектронике превышает 20 000 (двадцать тысяч).
В СССР для нужд микроэлектроники производилось более 3000 наименований критических веществ, от которых зависит качество микроэлектронных изделий. По оценкам Минпромторга РФ для успешного функционирования предприятий, связанных с технологиями микроэлектроники и фотоники в настоящее время необходимо порядка 1500 критических веществ. Из них свыше половины можно отнести к высокочистым веществам, которые составляют основу технологического суверенитета страны в области технологий микроэлектроники.
Ведущая организация в области теории и практики высокочистых веществ Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых Российской академии наук дает следующее определение. «Термин „высокочистые вещество“ объединяет простые и сложные индивидуальные вещества, отличительным признаком которых является наиболее низкое содержание суммы примесей и наибольшее число примесно чувствительных свойств, имеющих постоянное значение по сравнению с менее чистыми образцами. Содержание суммы примесей, принимаемых за условный порог отнесения вещества к высокочистым, подвижно во времени и составляет ~n 10-4 ат.%» [1].
Современные элементарные полупроводники характеризуются химической чистотой от 99,99999 ат.% (7N) для арсенида галлия
[2] до 99,999999999 ат.% (11N) для кремния [3]. Что касается органических полупроводников, область применения которых стремительно расширяется, то в зависимости от назначения их химическая чистота колеблется от 99,99999 ат.% (7N) для вспомогательных материалов, используемых в процессах фотолитографии интегральных схем на основе неорганических полупроводников, до 99,995 ат.% (4N5) — 99,999 ат.% (5N) для органических электролюминофоров, применяемых в OLED технологиях
[4].
Методы контроля химической чистоты полупроводниковых материалов в международной практике регламентируются стандартами SEMI
[5] и ASTM
[6]. Однако конкретные требования по химической чистоте тех или иных препаратов данные стандарты не регламентируют. Производители и потребители высокочистых веществ сами в ходе исследований договариваются о том, какая именно химическая чистота требуется от конкретного препарата для конкретного технологического процесса.
В АО «Микрон» в рамках технологии интегральных схем с топологическими нормами 180 нм используется 43 химических препаратов и 39 специальных электронных газов. В 2016 году 100% материалов были полностью импортными. В настоящее время в результате импортозамещения 16 материалов полностью замещены на отечественные. 17 материалов находятся в стадии разработки и 10 материалов находятся в стадии согласования технического задания и выделения финансирования. Из 36 применяемых электронных газов 18 отечественного производства уже встроены в технологический процесс. 7 газов проходят испытания, 6 газов находятся в разработке. Финансирование осуществляется либо по линии Минпромторга РФ, либо за счет собственных средств производители под гарантии спроса со стороны АО «Микрон».
До недавнего времени отечественная микроэлектроника в очень значительной степени использовала высокочистые препараты зарубежного производства. Однако введение санкций резко изменило ситуацию. Поставки большинства критически важных высокочистых веществ были прекращены. Это заставило отечественных разработчиков и регулятора в лице Минпромторга РФ в срочном порядке разрабатывать отечественные технология и выпускать отечественные высокочистые вещества.
Производство высокочистых веществ включает много проблем, с которыми столкнулись отечественные разработчики. И в первую очередь это проблема аналитического контроля, без решения которой невозможен ни выпуск, ни допуск продукции в технологию производителя микроэлектронной продукции.
Докладчики форума отмечали, что существуют большие инфраструктурные проблемы при организации отечественных аналитических лабораторий, отвечающих мировому уровню. Фактически на территории РФ нет ни одной аналитической лаборатории, которая могла бы предоставить полный комплекс аналитических услуг для анализа твердых, жидких и газообразных веществ с химической чистотой 7N и выше.
В области анализа жидких субстанций пальму первенства держит ФХАЛ (физико-химическая аналитическая лаборатория) НИИ Молекулярной электроники РАН
[7]. Данная лаборатория может осуществлять контроль примесного состава значительного количество жидких препаратов, используемых в технологическом процесс АО «Микрон». Однако она не анализирует твердые препараты. Парк аналитического оборудования имеет срок эксплуатации 8-10 лет. Число аттестованных методик определения концентраций примесей в высокочистых жидких веществах согласно базе данных «АРШИН»
[8] достигает 30 штук. В настоящее время это единственная лаборатория в России, которая стабильно проводит анализ жидких препаратов с химической чистотой вплоть до 9N.
Успешно анализом высокочистых твердых и жидких веществ занимается ЦКП ИХАЦ НИЦ «Курчатовский институт»
[9]. Парк аналитического оборудования для анализа высокочистых твердых и жидких веществ, включая процедуру пробоподготовки, инфраструктура чистых комнат, вспомогательное оборудование насчитывает 171 единицу со сроком эксплуатации от 5 до 20 лет. Возможности лаборатории лимитируются изношенностью оборудования и инфраструктуры. Тем не менее лаборатория успешно справляется с задачами анализа высокочистых твердых препаратов вплоть до чистоты 6N, а с жидкими препаратами вплоть до 8N5.
ИХВВ им. Г.Г. Девятых РАН в 2017 году трансформировал свою аналитическую лабораторию в Центр коллективного пользования «Анализ, сертификация, мониторинг высокочистых веществ и материалов на их основе» (ЦКП «АСМВВМО»). Центр выполняет анализы твердых, жидких и газообразных высокочистых веществ
[10]. Парк аналитического оборудования остро нуждается в обновлении, поэтому анализ твердых и жидких веществ лаборатория выполняет до уровня 5-6N, но держит пальму первенства в анализе высокочистых газов до 7-8N.
В 2022 году в РХТУ им. Д. И. Менделеева при поддержке Ассоциации вузов ЭКБ
[11] была создана Национальная аналитическая сертификационная лаборатория (НАСЛ). Лаборатория специализируется на анализе высокочистых твердых и жидких веществ. В настоящее время парк аналитического оборудования насчитывает 17 единиц со сроком эксплуатации 2-8 лет, включая системы пробоподговки с термическим и микроволновым автоклавированием. НАСЛ выполняет анализ высокочистых твердых до уровня 7N, жидких — до уровня 8-9N. За последние два года НАСЛ провела аттестацию 11 методик примесного анализа высокочистых жидких и твердых веществ.
Одна из проблем, связанных с организацией производства высокочистых веществ для микроэлектроники и фотонике — отсутствие квалифицированных кадров, о чем говорили многие докладчики. При этом специализированною подготовку по вопросу аналитического сопровождения проводят в НАСЛ на базе РХТУ им. Д.И. Менделеева. В НГГУ им. Лобачевского при поддержке ИХВВ РАН осуществляют подготовку кадров в области технологий высокочистых веществ.
Один из важных моментов связан с сертификацией и допуском к технологи разрабатываемых высокочистых веществ. АО «Микрон» не может себе позволить проводить апробацию вновь создаваемых продуктов на своей площадке. Поэтому он требует от производителя добиваться соответствия разрабатываемой высокочистой продукции зарубежным сертификатам. Критерием соответствия являются результаты измерений, выполненных только во ФХАЛ за весьма солидные деньги. То есть фактически производитель лишен оперативного контроля в процессе разработки.
С целью разрешения этой проблемы Минпромторг РФ рассматривает вопрос о создании тестовой площадки для испытаний высокочистых веществ, применяемых в технологиях микроэлектроники и фотоники.
Особое внимание следует уделить проблемам вспомогательных материалов для аналитического оборудования и тары для расфасовки и транспортировки высокочистой продукции. В настоящий момент только при отечественном производстве чистых газов имеется производство баллонов, в которых можно транспортировать газы чистотой 7N и выше. Полимерная тара для жидких субстанций на основе PFGA/PTFE в России отсутствует. Только планируется постановка проектов для разработки материалов тары для высокочистых веществ.
Что касается вопроса сертификации высокочистых веществ, то процесс находится в стадии согласования нормативной документации с регулятором, производителями и потребителями.
В качестве рекомендаций с целью улучшения ситуации с разработкой высокочистых веществ для микроэлектроники и фотоники целесообразно создать сеть сертификационно-аналитических лабораторий на базе организаций, подведомственных Министерству науки и высшего образования (ВУЗы и организации РАН) с отдельными уже зарекомендовавшими себя лабораториями в Москве, Нижнем Новгороде, Новосибирске, Екатеринбурге, Томске, Санкт-Петербурге, Калининграде, Дальнем востоке (о. Русский). Средства могут быть выдене по программе создания ЦКПР в рамках по линии Ассоциации вузов ЭКБ. Создать и ввести в эксплуатацию экспериментальные площадки для тестирования высокочистых веществ на технологиях микроэлектроники и фотоники.
Список источников.
1. Девятых Г.Г., Чурбанов М.Ф. Развития понятия «высокочистые вещества»// Высокочистые вещества 1987, № 2, с. 5-11
2. Electronic Grade Gallium Arsenide. Available online:
https://chem.libretexts.org/@go/page/212888 (accessed on 20 November 2021).
3. Maurits, J.E.A. Silicon Production. In Treatise on Process Metallurgy; Elsevier Ltd.: Vancouver, WA, USA, 2014; pp. 919–948.
4. Luminescence technology corp. (lumtec.com.tw) (accessed on 20 November 2021)
5.
https://store-us.semi.org/collections/standards
6.
https://www.astm.org/
7.
https://cntd72.ru/news/read/niim-otkryl-pervuu-v-rossii-laboratoriu-dlya-analiza-promyshlennyh-mater...
8.
https://fgis.gost.ru/#!/
9.
https://ckp.irea.org.ru/
10.
https://ichps.ru/ccu
11.
https://производства.рф/company/assotsiatsiya-vuzov-ekb/
Экспертные аналитические заключения по итогам сессий деловой программы Форума и любые рекомендации, предоставленные экспертами и опубликованные на сайте Фонда Росконгресс являются выражением мнения данных специалистов, основанном, среди прочего, на толковании ими действующего законодательства, по поводу которого дается заключение. Указанная точка зрения может не совпадать с точкой зрения руководства и/или специалистов Фонда Росконгресс, представителей налоговых, судебных, иных контролирующих органов, а равно и с мнением третьих лиц, включая иных специалистов. Фонд Росконгресс не несет ответственности за недостоверность публикуемых данных и любые возможные убытки, понесенные лицами в результате применения публикуемых заключений и следования таким рекомендациям.
