Кремний ?2000

Нынешняя отрасль ИТ построена на песке. В совершенствование производства микроэлектронных компонентов вкладываются миллиарды.

Процесс перехода на 300-миллиметровые кремнивые пластины будет сопровождаться снижением цены квадратного сантиметра полезной площади пластины на 20-30%

В совершенствование производств микроэлектронных компонентов развитые и развивающиеся страны вкладывают миллиарды долларов. У России этих миллиардов нет. К тому же советские времена не оставили надежного фундамента, ведь достижений мирового уровня в элементной базе микроэлектроники в Советском Союзе не было. Учтем и десятилетнюю летаргию, которой была охвачена отрасль. Конечно, нельзя сказать, что производство микроэлектронных компонентов в России отсутствует. Довольно успешно обстоят дела с производством простейших микросхем, которые используются, например, в электронных калькуляторах и электронных игрушках. Есть целый ряд областей применения, где отечественная микроэлектроника особенно востребована. Среди потенциальных потребителей, которых привлекает низкая цена, — здравоохранение, авиа- и автомобилестроение, социальная сфера, энергетика и т. п. Безусловно, сохраняется интерес со стороны военных. В целом в РАО «Российская электроника», холдинге, объединившем десятки ведущих отечественных микроэлектронных предприятий, нацелены на овладение 40% внутреннего рынка электронных компонентов. Некоторые позиции хорошо идут на рынках Юго-Восточной Азии. Так, по некоторым данным, в 1997 году на долю завода «Ангстрем» приходилось до 80% рынка микросхем для инженерных калькуляторов, а после снижения цен на продукцию вследствие падения курса рубля в 1998 году объем экспорта одного этого завода в 1999 году достиг 25 млн. долл.

Свою оценку текущему состоянию и перспективам отечественной микроэлектроники дал, выступая на февральской конференции в МИСиС, директор зеленоградского завода «Микрон» Г. Я. Красников: «После известных преобразований начала 90-х наша промышленность оказалась в непростой ситуации. Но в настоящее время образовались точки роста и наметился существенный рост производства (250-300%). Сейчас в основном используются 100-миллиметровые пластины для технологии до 1,5 мкм; реже используются пластины диаметром 150 мм для технологии 1 мкм. На минском «Интеграле» в этом году запускается технология 0,5 мкм. А в 2001-2002 годах будут организованы чистые помещения для работы с 200-миллиметровыми пластинами по технологии 0,35-0,25 мкм. То есть российская микроэлектроника будет развиваться в обозримом будущем с отставанием на два-три поколения (на четыре-пять лет) от лучших мировых стандартов... Что касается потребности российских предприятий в кремниевых пластинах, то на 2000 год их нужно 160 тыс. диаметром 150 мм, на 2001 год — 340 тыс., а на 2002 год — примерно 1 млн. пластин».

Давайте сравним темпы развития производственной базы отечественной и мировой микроэлектроники.

Уступая только биотехнологиям

Как известно, микроэлектроника — одна из наиболее динамично и бурно развивающихся отраслей; по уровню наукоемкости и использованию передовых технологий она уступает лишь биотехнологиям. Здесь происходят почти мгновенные и постоянные изменения в используемых материалах, оборудовании, технологических процессах, причем, разумеется, каждый шаг вперед дается намного труднее, чем предыдущий. Например, сейчас для контроля технологических процессов используются не только традиционные оптические или сканирующие электронные микроскопы, но даже атомные силовые микроскопы, чтобы уже на атомарном уровне «смотреть», каков же результат технологического процесса.

«Микроэлектронный рынок», если его можно так назвать, состоит из следующих основных сегментов: сегмент подложек (или кремниевых пластин); сегмент готовых устройств (микропроцессоры, память и т. д.); сегмент оборудования для их обработки; сегмент литографического оборудования.

По данным ассоциации Semiconductor Industry Association, ежемесячный объем продаж первых двух сегментов в начале 2000 года достиг 14,6 млрд. долл. При этом наибольший прирост за предыдущий год, составивший 45,4%, зафиксирован в странах Юго-Восточной Азии (исключая Японию). Немного отстает Япония (прирост 42,5%). Далеко позади идут США (24,7%) и страны Европы (25,1%). В абсолютном же выражении на тот период в Соединенных Штатах объем продаж оказался равен 4,4 млрд. долл., в Европе — 3,1 млрд., в Японии — 3,3 млрд., в странах Юго-Восточной Азии — 3,7 млрд. долл. Как видим, отрыв США от стран Юго-Восточной Азии составляет 0,7 млрд. долл., а за год до того он был 1,0 млрд. долл. Есть все основания полагать, что отрыв будет сокращаться и далее. Что касается Японии, то здесь разница за последние три года держится на постоянном уровне — примерно 1,2 млрд. долл. Так же обстоят дела и в Европе — дистанция между ней и США более или менее постоянна и равна примерно 1,3 млрд. долл.

Схожие данные об устойчивом росте рынка полупроводниковых технологий приводит компания VLSI Research. По данным ее аналитиков, его объем в 2000 году достигнет 175 млрд. долл., а в 2001-м — 219 млрд. долл. Аналогичный рост ожидается и в Европе: в 2000 году оборот микроэлектронного рынка составит 17,7 млрд. долл., а в 2001 году — 22 млрд. долл. В 1999 году наиболее агрессивными инвесторами в мире являлись Европа, Тайвань и Южная Корея; что касается США и особенно Японии, то их инвестиционная активность была невысока.

Прогнозируется, правда, что в 2001 году ситуация может кардинально измениться. Дело в том, что в большинстве регионов в 2000 году произошли значительные события.

Особенности инвестиционной политики

Еще год назад инвестиции в полупроводниковые технологии в странах Юго-Восточной Азии западными компаниями оценивались как рискованные. Причиной тому был кризис, потрясший финансовые рынки этих стран в 1997 году. Однако сейчас ситуация кардинально изменилась. Вероятно, наиболее крупным проектом, осуществляемым западными инвесторами в этом регионе, является программа Systems Silicon Manufacturing, в соответствии с которой в Сингапуре будет развернуто производство кремниевых пластин. Завод, в строительство которого будет вложено 1,1 млрд. долл., на 48% принадлежит голландской Philips Semiconductors, на 32% — тайваньской TSMС (доля Philips в этой компании — 27%) и 20% — правительству Сингапура в лице министерства экономического развития. Как сообщается, первая продукция должна быть получена в декабре этого года. Предполагаемая производительность — 30 тыс. 200-миллиметровых пластин в месяц. Сначала завод будет выполнять технологические операции с нормами проектирования 0,25 мкм, в недалеком же будущем планируется переход на нормы 0,18 и даже 0,15 мкм. Продукция завода в основном будет применяться в беспроводных технологиях.

Интересно, что первоначально Philips Semi рассматривала возможность реализации подобного проекта в Китае, но там его опередила японская NEC, в ноябре 1999 года открывшая производство 64-мегабитных микросхем DRAM в Шанхае. Нецелесообразным оказалось размещение проекта и в Таиланде, где Philips уже имеет сборочный завод, и на Тайване, где, согласно оценкам менеджеров Philips, и так переизбыток аналогичных производств; что же касается Малайзии, то там доминируют компании американские. Кстати, одна из них, Fairchild Semiconductor, в настоящее время модернизирует свой завод в Пенанге.

Немецкая компания Infineon Technologies проводит экспертизу проекта перехода завода ProMOS на Тайване к выпуску пластин диаметром 300 мм. Предполагается, что предприятие, имеющее необходимую инфраструктуру чистых помещений, начнет производить такую продукцию не позже 2001 года.

Относительно собственных компаний в странах Юго-Восточной Азии стоит отметить, что малазийская First Silicon Malaysia инвестирует 1 млрд. долл. в строительство завода, который будет работать по нормам проектирования 0,25-0,18 мкм; предполагается, что соответствующее оборудование будет размещено уже в конце 2000 года. Упоминавшаяся ранее тайваньская компания TSМС построила чистые помещения размером с четыре футбольных поля для отработки технологий 0,25-0,10 мкм и производства 32 тыс. 200-миллиметровых пластин в месяц; в следующем году ежемесячное производство достигнет 50 тыс. пластин. Кроме того, компания инвестирует 0,9 млрд. долл. в создание пилотной линии на пластинах диаметром 300 мм.

Японский рынок практически закрыт для иностранных компаний. Местные предприятия опираются на собственные силы и рвутся на международные просторы. Ведущий производитель микросхем в Японии — Tokyo Electron достигла уровня продаж 1,5 млрд. долл., захватив 28% внутреннего рынка, 26% рынка Тайваня и, как ни удивительно, 18% рынка США. Другая компания, Oki Electric, производит микросхемы DRAM на технологических линиях с нормами проектирования 0,22 и 0,18 мкм, развернутых учрежденной ею в январе на Тайване компанией Swift Semiconductor. Перспективные направления лазерной литографии развивает Super-Advanced Electronics Technologies, планирующая за пять-восемь лет создать промышленную литографическую систему на базе лазера с длиной волны 157 нм. Sumimoto Metal Industries и Mitsubishi Materials инвестируют 479 млн. долл. в строительство завода по производству пластин диаметром 300 мм. При этом растить кристаллы будет завод Mitsubishi Materials Silicon, а резать и полировать — Sumitomo Imari Plant. Производство в 2002 году выйдет на уровень 50 тыс. пластин в месяц и удвоится в 2003 году. NEC намерена израсходовать 431 млн. долл. на модернизацию производства управляющих процессоров; первый этап этого проекта предусматривает вложение 335 млн. долл. в завод по производству 200-миллиметровых пластин. Модернизация должна завершиться в ноябре, с тем чтобы производство стартовало в начале 2001 года. Еще 106 млн. долл. достанутся принадлежащему NEC заводу в Шотландии. Toshiba инвестирует пилотный израильский проект Tower, который позволит оценить возможность развития на Ближнем Востоке технологии с нормами проектирования 0,15 мкм.

В Европе Motorola выкупила у Hyundai завод, расположенный в Шотландии, и вложила в него 2 млрд. долл. — при том, что проект, получивший название MOS-18, нацелен на производство 200-миллиметровых пластин с нормой проектирования 0,35 мкм, в то время как уже скоро нормой станет 0,15 мкм. Philips Semi и STMicroelectronics совместно инвестируют 700 млн. долл. в пилотный проект по производству пластин диаметром 300 мм во Франции. Предполагаемая мощность предприятия — 2 тыс. пластин в неделю.

А что же американские компании? Intel оценивает возможность вложения 2-2,5 млрд. долл. в строительство завода микропроцессоров в Израиле по технологии 0,13 мкм; при этом планируется создать около 3000 рабочих мест. Между тем в 2000 году собственные расходы корпорации на расширение производства достигли 6 млрд. долл. Intel в ближайшее время планирует достичь норм проектирования 0,10 мкм.

О намерении значительно расширить свой микроэлектронный бизнес заявила в октябре IBM, предпринявшая крупнейший за всю свою историю шаг по расширению производства процессоров — она собирается вложить 2,5 млрд. долл. в постройку завода по выпуску процессоров. Завод планируется пустить в действие во второй половине 2002 года. Основным ее отличием станут медные межсоединения и 300-миллиметровые пластины с изолирующим слоем типа «кремний на изоляторе» и из материалов с низкой диэлектрической проницаемостью.

300-миллиметровое завтра

В настоящее время на «микроэлектронном рынке» продолжают доминировать пластины диаметром 200 мм (организация подобного производства стоит порядка 1 млрд. долл.), однако переход на 300-миллиметровые пластины неизбежен. Этот процесс будет сопровождаться снижением цены квадратного сантиметра полезной площади пластины на 20-30%, а также уменьшением на 30-40% стоимости микросхемы. Цена технологических линий, производящих пластины диаметром 300 мм, составляет около 2,4 млрд. долл. при ориентировочной амортизации 20% в год. Рынок кремниевых пластин чрезвычайно чувствителен к изменениям цен, и работающие на нем компании находятся под постоянным ценовым прессом. Для них переход на производство 300-миллиметровых пластин — достаточно рискованное дело; они должны быстро двигаться внутри так называемой «эффективной производственной кривой», чтобы обеспечить оптимальный возврат инвестиций.

На что идут кремниевые пластины? По явно заниженным данным ассоциации Fabless Semiconductor Association, в 2000 году 215 тыс. пластин будет использовано под технологические нормы проектирования менее 0,18 мкм, 757 тыс. пластин — на диапазон 0,18-0,25 мкм, 883 тыс. пластин — на диапазон 0,25-0,35 мкм, 343 тыс. — на диапазон 0,35-0,5 мкм, 199 тыс. — на нормы проектирования 0,5-0,8 мкм и 181 тыс. — на нормы проектирования более 0,8 мкм. Таким образом, наиболее популярными в настоящее время являются технологии с нормами проектирования около 0,3 мкм.

Сегмент устройств обработки поверхностей кремниевых пластин в «микроэлектронном рынке» развивается наиболее динамично. Емкость его в 1999 году равнялась 1 млрд. долл., а прогноз на 2005 год составляет 2,5 млрд. долл. В последние пять лет рост этого рынка составлял около 36% в год (для сравнения: рост рынка литографического и прочего оборудования за тот же период оказался всего 8%, но его емкость в 1999 году составляла 29 млрд. долл.).

Дмитрий Мурин — научный сотрудник Института общей физики РАН

Мировая десятка

Европейский кремний

«Кремниевая ОПЕК»