Некоторые моменты из жизни и работы в ЛКТБ

 

Здание ЛКТБ на Московском шоссе (Хрустальный дворец)

В беседах с технически грамотной в области современной электронной техники молодежью мне удалось обнаружить, что она плохо представляет реальное состояние развития микроэлектроники в СССР в период 60-80 гг.. двадцатого века.

Всем хорошо известна «космическая гонка» между СССР и США и ее результаты. В то же время активно развивалась в СССР микроэлектроника, без которой не могла существовать, в том числе, космонавтика. Передовые позиции в СССР, а в некоторых случаях и в мире, в этом направлении занимало ЛКБ (ЛКТБ) – предприятие, основателями которого были Филипп Георгиевич Старос и Иосиф Вениаминович Берг – бывшие американские инженеры, ставшие основателями микроэлектроники в СССР. Влияние этих личностей на развитие микроэлектроники в СССР, на мой взгляд, нельзя переоценить.

На фото с юбилейного календарика, изданного в 2000-ом году, изображено здание ЛКБ-ЛКТБ середины 80-ых годов, когда оно уже входило в состав объединения «Светлана». Марк Петрович Гальперин, в своей книге «Прыжок Кита» подробно описал историю возникновения предприятия и роль этих неординарных личностей в становлении отечественной микроэлектроники и вычислительной техники. Он проработал с ними с момента организации предприятия и, фактически, пережил расцвет, и его закат.

Я попытаюсь изложить в своей трактовке этапы развития ЛКБ – ЛКТБ – «Светлана-Микроэлектроника» с точки зрения технологии изготовления больших интегральных схем в течение 20 лет с 1971 по 1990 гг.. Я был распределен, на работу в ЛКБ после окончания кафедры «диэлектрики и полупроводники» электрофизического факультета ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина). Потом эта кафедра стала называться кафедрой «Микроэлектроники», а потом «Наноэлектроники». Работая с 1971 г. по 1978 г. в качестве рядового инженера, я занимался технологией изготовления и проблемами оптимизации электрофизических характеристик затворных структур МДП p- и n-канальных полевых транзисторов, вопросами обеспечения их долговременной стабильности и надежности.

С 1979г. уже в должности начальника технологической лаборатории мне удалось участвовать в разработке всех технологических процессов изготовления БИС и их внедрении в серийное производство. В качестве научного руководителя НИР, заместителя главного конструктора ОКР (по технологии), главного конструктора ряда ОКР прошел все этапы «школы» от технологии изготовления пластин кремния и фотошаблонов до корпусирования микросхем и отбраковочных испытаний. Наиболее интересны такие отдельные перспективные технологические процессы, как рекристаллизация слоев поликристаллического кремния для создания двухслойных микросхем, формирование литографического рисунка на пластинах с размерами элементов менее 1 мкм глубокого ультрафиолетового излучения с применением эксимерного лазера, разработка технологического процесса и отбраковочных операций радиационно-стойких КМОП БИС.

Однако все это еще предстоит… А пока – последний курс, волнения перед распределением. До общего собрания выпускников кафедры в апреле 1970 г., а нас было около 120 человек, мало кто знал «куда пошлют». Собрание вела секретарь кафедры Роза Карловна Манакова. Когда она перечислила места будущей работы всех выпускников, случилось так, что оказались неохваченными только мы двое, Мельницкий В.А. и Михайлов Б.И. На заключительную фразу Розы Карловны «Вопросы есть?» мне пришлось поднять руку и заявить, что мы, такие-то, «оказались пропущены». «А вы останьтесь и подойдите ко мне», — ответила Манакова. Так мы узнали, что распределены в ЛКБ и завтра должны приехать в левое крыло здания НИИРЭ около станции метро Московская (там размещалось в то время предприятие ЛКБ) в 10.00 для собеседования.

Первыми лицами, с которыми мы встретились на следующий день в ЛКБ, были Альберт Матвеевич Скворцов и Леонид Маркович Норкин, начальник и заместитель начальника технологического отдела. В то время Ф.Г. Старос и И. В. Берг находились, как мы потом узнали, в командировке в Москве, и им не составило труда оформить для нас так называемый «вызов». Легенды о том, кто они такие, мы услышали позже. Почему выбор пал на нас мы до сих пор точно не знаем. Мы не были отличниками, но всегда все успевали сделать вовремя, мы не работали на кафедре, но нас там хорошо знали. Скорее всего, это решение приняла Роза Карловна самостоятельно из лучших побуждений и с минимальной долей риска, как ей представлялось тогда. В ЛКБ нам предстояло выполнить дипломные работы. Темой моей дипломной работы стало «Исследование электрофизических характеристик структур Si-SiO2-Al, полученных различными технологическими способами». Руководитель дипломной работы – кандидат физико-математических наук Валерий Яковлевич Урицкий. Руководителем дипломной работы Михайлова Бориса Ивановича был Борис Константинович Беллавин. Борису Ивановичу не повезло. Примерно через год после защиты диплома, его призвали на службу в ВМФ. После окончания службы директором предприятия уже стал Виктор Пантелеймонович Цветов, предложивший Борису Ивановичу должность и оклад молодого специалиста. Бориса Ивановича это не устраивало, и он нашел работу в НИИ ГИРИКОНД в должности старшего инженера. В это время там работало уже много наших бывших сотрудников, в том числе и вышеназванный Альберт Матвеевич Скворцов. Вообще, ЛКБ-ЛКТБ много раз служило кузницей кадров для других предприятий города, где организовывались микроэлектронные кластеры. Это Электронприбор, ВНИИРА, ВНИИТ, НПО «Импульс».

Придя в ЛКБ после защиты дипломов в феврале 1971 г., уже инженерами, мы узнали, что на границе Ленинграда, почти в Шушарах, на Московском шоссе д. 46 построено новое здание, что там встроены так называемые «чистые комнаты» (фото ниже) для производства больших интегральных схем (БИС). На фото с календарика, изданного в 2000-ом году, изображено здание ЛКБ-ЛКТБ середины 80-ых годов (см. фото в начале статьи).
Переселение должно было произойти после окончания отделочных работ, а для отделки внутренних стен чистых помещений и гермозон требуется много мрамора, который привозят откуда-то из Армении. Старос настаивал на том, чтобы пластины мрамора были толщиной не более 15 мм, а так тонко резать мраморные пластины «умели» только там. Время летит быстро, и вот уже от метро Московская до ЛКБ с утра и после работы организована подвозка автобусами. Такая забота, что-то значила…

Наконец наступил день, когда нам, молодым специалистам, удалось увидеть Ф. Староса. Где-то в ноябре 1971г. в инженерную комнату к технологам пришел Филипп Георгиевич Старос и принес показать наш первый Советский электронный калькулятор «Электроника 24-71», изготовленный с применением первых отечественных БИС. Размером с телефонный аппарат весом около 2-ух килограмм, с крупными клавишами и не очень разборчивой шести сегментной, светящейся зеленымсветом, индикацией, внешне он выглядел очень просто. В то время меня не столько поразил предмет, как шикарная демонстрация возможностей этого прибора, выполненная Старосом. С использованием обычной «арифметички» (как стали говорить позже, когда можно было уже увидеть и, даже, купить инженерный калькулятор) Филипп Старос стал с огромной скоростью считать квадратные, кубические и, по-моему, даже корни пятой и седьмой степени. Кто-то из нас стал записывать результаты и потом проверил их, ошибок не было. А ведь брались семизначные, первые, пришедшие присутствующим на ум, числа.

Через сравнительно небольшой промежуток времени Ф.Г. Старос, сделал для всех сотрудников ЛКБ доклад о перспективах развития предприятия. Постоянно крутя в руках шейкер, он с увлечением рассказывал о роли микроэлектроники в развитии техники и закончил свой доклад перспективой самовоспроизведения электронной вычислительной техники. Суть заключалась в том, что одни электронные машины, совершенствуемые людьми, будут создавать другие, более сложные и «умные». Построение всего цикла разработки и производства в семиэтажном (на самом деле, с учетом так называемых технических этажей, четырнадцатиэтажном) здании ЛКБ, начиная с 7-го (проектного), и, кончая 1-ым этажом (сборка и наладка), представлялось ему именно так.

Понятно, что это была «обкатка» направления развития предприятия электронного приборостроения на своих сотрудниках, когда их наиболее важные вопросы и критические замечания могли помочь откорректировать будущие предложения в вышестоящих инстанциях. Буквально через две недели в «Ленинградской Правде» на эту тему была опубликована большая статья корреспондента «Ленинградской Правды» Яна Стругача в виде интервью с директором ЛКБ Ф.Г. Старосом. В ней выдающийся журналист обрисовал широкие перспективы развития микроэлектроники и внедрения электронно-вычислительной техники в промышленность СССР.

Где-то в конце 1973 года мне в руки попал номер журнала «Строительство и Архитектура Ленинграда». В этом номере была размещена большая статья о выдвигаемом на государственную премию проекте комплекса конструкторского бюро с производством. В ней просматривалась перспектива строительства двух зданий, стоящих при въезде в Ленинград со стороны Москвы, одно из которых, здание ЛКБ, уже было построено. Второе, абсолютно симметричное относительно уже построенного корпуса, располагалось по другую сторону Московского шоссе. Они образовывали как бы пропилеи и должны были служить «воротами» Ленинграда. Высотных домов в Ленинграде тогда не строили и два металлостеклянных корпуса были тогда архитектурной новинкой. Архитекторы описывали новизну в сочетании высотной доминанты с большими стеклянными проемами — стенами и протяженных двухэтажных административно-технических корпусов в основании зданий, мраморную внутреннюю отделку, дворики в низко этажной части – рекреационные зоны. Впервые было предусмотрено общее кондиционирование всей производственной зоны в многоэтажной части.

Руководители предприятия Ф. Старос и И. Берг всегда думали о перспективах и возможностях расширения и развития предприятия. Этот проект, созданный, не без их участия, доказывает умение видеть будущее и создавать его в настоящем. Естественно предположить, что данный проект, разработанный уже после крушения планов участия в Зеленоградском проекте, был второй попыткой Староса и Берга осуществить прорыв в развитии советской микроэлектроники, но уже на территории Ленинграда. Проекту во всей его полноте не суждено было сбыться, а авторам – получить государственную премию.

Пока же, в течение 1971-1975 годов, производство кристаллов микросхем в первых отечественных «чистых комнатах» (на первом этаже административно-технологического двухэтажного корпуса) осуществлялось на первом поколении технологического оборудования, линиях «Таран» и «Куприт» (см. фото выше). Это были годы сопровождения достижений западной и, в первую очередь, американской электронной промышленности с целью сохранения паритета, либо небольшого отставания по уровню разработки и технологии на 1-2 года. Успехи ЛКБ в реализации проектных разработок больших интегральных схем и первых образцов аппаратуры, анализируя с сегодняшних позиций, были опять-таки обязаны прозорливости руководства предприятия. Перечислю основные факты.

Во-первых, в эти годы при Ф. Старосе был заложен принцип замены поколений технологического оборудования для производства кристаллов, происходящий синхронно с разработкой нового поколения микросхем (с соответствующим повышением уровня интеграции), через каждые 4 – 5 лет. Эта стратегия просуществовала длительный период времени и при новом руководстве ЛКТБ.
Вторым фактором, повлиявшим на высокий потенциал разработок ЛКБ, это созданная ими научно – технической база. Коснусь только физико-технологического аспекта этой проблемы.

Уже в 1970 г. функционировал отдел моделирования электрических схем и элементов интегральных схем. Впервые были предприняты попытки математического моделирования отдельных технологических процессов. Отделом моделирования руководил Владимир Семенович Гальперин, идеологом являлся Евгений Клавдиевич Овсянников.

Группа электрофизических исследований, в составе которой мне удалось поработать первые 5 лет производственной деятельности, под руководством таких энтузиастов, как Валерий Яковлевич Урицкий (он был в т. ч. руководителем моей дипломной работы) и Борис Константинович Беллавин, обеспечивала исходные данные для моделирования и осуществляла выбор оптимальных технологических режимов. Дело в том, что основой структуры всех активных элементов больших интегральных схем является затвор полевого транзистора, а в нем все процессы происходят вблизи и около поверхности кремния, покрытой слоем диэлектрика – двуокисью кремния. В то время изучение свойств таких систем велось во всем мире очень интенсивно, и конечной задачей ставилось получение оптимальных, однородных и стабильных параметров транзисторов и БИС. Огромную помощь в этих работах оказывала научно – техническая библиотека. Такие фундаментальные периодические издания, как Journal Electrochemical Society, Phisics Status Solidi, Solid State Science, Solid – State Electronic, Solid State technology, IEEE Transaction Electron Devices, в оригинале регулярно поступали максимум через один, а в переводе на русский язык – через два месяца после опубликования. Мы изучали всю поступающую новую информацию и проверяли её экспериментально для наших технологических условий и возможностей.

Группа имела в своем распоряжении ряд уникальных для того времени, созданных своими руками, установок для исследования электрофизических характеристик структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) – наиболее распространенных Si-SiO2-Al. Объектом исследований чаще всего являлись экспериментальные конденсаторы (с размерами металлизированной области 0,5×0,5 мм2 (материал-алюминий) и диэлектриком толщиной от нескольких сотен ангстрем до микрона. Измерялись вольт-емкостные характеристики таких структур, их запись осуществлялась на двухкоординатных самописцах.

Для обеспечения необходимой точности использовался так называемый малосигнальный метод, т. е. величина высокочастотного сигнала на обкладках конденсатора не должна была превышать 30 мВ (потенциала, сравнимого с тепловой энергией электрона). Из вольт-емкостных зависимостей рассчитывался фиксированный встроенный заряд, приведенный к границе раздела полупроводник – диэлектрик (в нашем случае чаще всего двуокись кремния Si-SiO2, хотя рассматривались и другие диэлектрики, например, нитрид кремния – Si3N4). Дифференциальная плотность поверхностных состояний оценивалась по наклону вольт – фарадной зависимости, а интегральная плотность поверхностных состояний по сдвигу зависимости при охлаждении образцов до температуры жидкого азота (-77 оС). Возможные токи утечки контролировались на уровне до 10-13 – 10 -15 Ом при разности потенциалов до ±20 В. Оценивалась также долговременная стабильность образцов путем термо-полевого тестового воздействия ±20 В при температуре +200 оС в течение 20 минут.

Слои двуокиси кремния получались термическим окислением (Т=900 – 1200 С) в кислороде, парах воды и их смесях в кварцевых трубах (реакторах) высокотемпературных печей. Термические обработки – отжиги проводили аналогичным образом, но при этом использовались другие газы – H2, N2, NH4 Ar и вакуум. Выбранные оптимальные режимы обработок структур проверялись на экспериментальных образцах транзисторов, а потом уже опробовались при изготовлении микросхем. Таким образом, создавалась только одна – термическая, из большой совокупности взаимозависимых частей будущей технологии БИС.

В 1972 – 1974 гг.. была закончена отработка технологии для микросхем первых калькуляторов (смотри фото), а потом второго и третьего поколения настольных калькуляторов – «страна требовала качественного ширпотреба». В этот период, в основном, были достигнуты значительные успехи в понимании технологии и повышении качества микросхем, в том числе их надежности. Вместе с тем был накоплен высокий потенциал разработчиков и технологов, позволивший перейти к проведению опытно-конструкторских работ по разработке первых специализированных вычислительных комплексов, в том числе военного назначения. Марк Гальперин в книге «Прыжок кита» упомянул систему «Кентавр», завершенную в 1978 г. Впервые в СССР был создан аппаратурно-вычислительный комплекс специального назначения, в котором использовались сотни микросхем нескольких десятков типов (собственной разработки и изготовления).

События 1973 г., вызванные выходом ЛКБ из объединения «Позитрон», и включения в качестве лишь самостоятельного подразделения в уже существующее в ЛОЭП «Светлана» предприятие СКТБ, привели позднее, в 1974 г., к отстранению Ф. Староса и И. Берга от руководства и корректировке технической политики предприятия. Ставка Министерства была сделана на перспективном развитии Научного Центра Микроэлектроники в Зеленограде. СКТБ, после включения в его структуру ЛКБ, был переименован в ЛКТБ. При этом задачи объединенного предприятия расширились.

Одновременно с разработкой биполярных транзисторов и микросхем среднего уровня интеграции (тематика СКТБ), ЛКТБ под руководством В.П. Цветова должно было заниматься также цифровыми микросхемами большого уровня интеграции, а также аппаратурой с их применением. Начало было уже положено тематикой калькуляторов при Ф. Старосе, и разработкой вычислительной аппаратуры на основе БИС. Я не говорю уже про старый груз вычислительных комплексов и системы «Узел» (см. книгу «Прыжок Кита»). Но в плане технологии наше подразделение (2-отделение) получило возможность использовать опыт разработчиков и технологов СКТБ, теперь 3-его отделения. Важным моментом стала и помощь мощной электрофизической лаборатории СКТБ, возглавляемой Юрием Вячеславовичем Федоровичем. Мы получили доступ к методикам рентгеноструктурного и микро-зондового рентгеновского анализа. Это обстоятельство в будущем оказало большую помощь в работе по совершенствованию технологии в т.ч. внедрении n-канальной и КМОП технологий с использованием поликремниевого затвора, монтажа в корпуса кристаллов больших размеров.

Прошли годы, время внесло свои коррективы. Не был построен на Московском шоссе симметричный корпус, на его месте уже в 80-ых годах предыдущего столетия, построена бензозаправка. Однако планы разработки и создания микросхем сверху вниз были воплощены, хотя и частично. Так на седьмом этаже разместились схемотехники и топологи, на шестом – программисты и вычислительный центр с самой современной для того времени ЭВМ БЭСМ-6, на пятом – технологи и оборудование для выпуска исходных данных и изготовления фотошаблонов (без которых не сделать микросхему), на четвертом, втором и первом этажах – технологи и производственные участки для изготовления сердца интегральной схемы – чипов на кремниевой пластине. Третий этаж занимал отдел технического контроля и надежности.

На площадях объединения «Светлана» в 1974-1978 были введены в строй новые производственные участки, планарные (изготовление пластин с кристаллами микросхем) №13, №1 и сборочные (корпусирование микросхем и отбраковочные операции) №15. Это позволило ЛКТБ передать на завод в производство калькуляторную тематику и освободить производственные площади на площадке ЛКТБ для разработки современной n-канальной технологии.

Влияние объединения «Светлана» сказалось на необходимости постоянного увеличения объемов выпуска микрокалькуляторов и неустанной работы по увеличению выхода годных – достаточно рутинной и неинтересной. Гигантский объем работ взял на себя заместитель главного конструктора полупроводникового производства объединения, «Светлана», главный технолог завода Волюслав Владимирович Митрофанов, руководивший работами по внедрению на заводе. Однако у него был конек – страсть к рационализации. В процессе работы группы технологов завода под руководством Волюслава Владимировича в режиме «мозгового штурма» рождались весьма оригинальные идеи, которые опробовались тут же на производстве. Но наукоемкая технология производства БИС, наполненная сложными физическими процессами, не прощала ошибок. В результате ревизии технологами завода переданной технологии, такая рационализация однажды привела к полной остановке производства вследствие нулевого выхода годных микросхем и «головной» боли многих сотрудников ЛКТБ. Только высокий уровень такта представителей ЛКТБ на заводе, в том числе куратора производства, технолога Марии Наумовны Кайдановской позволили избавиться от этой напасти – рационализации и добиться, чтобы все изменения в первую очередь согласовывались с нами, разработчиками.

Одной из революционных разработок ЛКБ 1973-1974 гг.. был первый в СССР инженерный калькулятор, получивший наименование С3–15. По характеристикам он не должен был уступать разработке фирмы Huellet Parkard. Разработка электронной начинки калькулятора по решению руководства предприятия и объединения «Светлана» осуществлялась двумя подразделениями ЛКТБ. Один коллектив состоял из бывшего СКТБ, в его задачу входило 100% копирование оригинала, включая воспроизведение микросхем. Другой коллектив, состоящий из сотрудников ЛКТБ, должен был создать полностью оригинальный серийный прибор на своих схемотехнических решениях применительно существующих производственных возможностей. Не буду вдаваться в подробности, возникшие и успешно решенные технические проблемы, скажу только, что первым финишировал второй вариант – оригинальный.

Он понравился руководству страны, и объединение получило почетный заказ на изготовление подарочной серии этих калькуляторов (6000 шт.) для всех депутатов приближающегося 25-ого съезда КПСС. Отмечу, что первые калькуляторы этого типа, поступили в продажу в магазины «Электроника» весной 1975 г. и стоили 8000 руб. (два автомобиля «Жигули»). Воистину золотой калькулятор. И в буквальном смысле… все корпуса микросхем (9 шт.), проводники на печатной плате, внешние и внутренние контакты и разъемы покрывались слоем гальванического золота, толщиной 20-30 мкм. Впрочем, для многих участников этой эпопеи так и осталось непонятым, зачем многим депутатам нужен такой калькулятор – ведь он мог оперировать с числами, каких и при астрономических вычислениях не найти во всей вселенной (максимум – десятиразрядное число в нормализованном виде, порядок которого определялся степенью плюс/минус 99).

Откликаясь на почетную задачу, чтобы не «ударить в грязь лицом», на предприятии рождались множественные сетевые графики и планы. Одним из таких планов был план «Повышения качества и надежности микросхем».

Завершая, отмечу, что с порученной задачей коллектив ЛКТБ справился. Свою задачу наша электрофизическая группа тоже выполнила. Нам удалось впервые разработать технологический процесс формирования подзатворного диэлектрика, состоящего из двуокиси кремния и фосфоросиликатного стекла строго определенных толщин и методики контроля параметров этих слоев без применения сложного оборудования для чисто производственных условий. Удалось решить проблему контроля толщин с помощью изготовления набора откалиброванных образцов и сравнения с ними интерференционной окраски контрольного образца — спутника. Концентрация фосфора рассчитывалась по полученной экспериментальным путем зависимости толщины стравливаемого стекла за строго определенный период времени от концентрации фосфора. Толщина диэлектрика при этом должна была составлять (1100 ± 100) x 10-8 м, в том числе толщина фосфоросиликатного стекла (300 ± 50) x10-8 м.

Как память об этих событиях, у меня до сих пор хранится «списанный» калькулятор, как написано на шильдике, «ЭКВМ» (электронно-клавишная вычислительная машина), серийный №563, 12, 1975 г. Ему много пришлось поработать и, как свидетельство этого, на клавишах остались потертости от многочисленных ударов пальцами, а надежность его оказалась на таком высоком уровне, что работоспособность сохранилась и через 40 лет.

Следующая модификация этого калькулятора была выпущена через два года, имела функцию округления до трех значащих цифр, а стоимость снизилась более чем в десять раз. Но у этих калькуляторов был один существенный недостаток – карманные размеры, их воровали. Поэтому в начале 80-ых годов был начат выпуск настольного инженерного калькулятора с сетевым питанием, который в карман было уже не спрятать.

С приходом из старого коллектива СКТБ в качестве руководителя отделения ЛКТБ «Разработки БИС», включавшего схемо-топологическое проектирование, разработку технологии изготовления и отбраковочных испытаний, Владимира Александровича Фогеля в 1976 г. предприятие получило тот импульс ускорения, которого не хватало из-за рутинного характера работ. Широкий кругозор, организационный талант, решительность, умение вникать в сущность проблем и брать ответственность на себя, – в этом плане, стиль работы Фогеля был похож на стиль Староса. Он задал темп, и на долгие годы многочисленные тематические названия новых разработок НИР, ОКР, стали выбираться, начинаясь с буквы «Ф». Этот обычай сохранился до последних дней существования предприятия и после прекращения работы Фогеля в ЛКТБ.

Успехи В. А. Фогеля были замечены руководством Объединения, и через 4 года ему было поручено возглавить разработку и освоение в серийных масштабах остро необходимых промышленности и транспорту СССР, новых для «Светланы» типов полупроводниковых приборов – тиристоров. В течение нескольких лет под его руководством с участием научных сотрудников Физико-Технического института эта работа была успешно завершена. Ряд участников, в том числе и В.А. Фогель, получили Государственную премию, и на проспекте Энгельса в 1991 г. был построен корпус современного завода для производства тиристоров. Однако события 90-ых годов привели к тому, что вместо производства выгоднее стало их покупать. За «ненужностью» для производства корпус превратился в Торговый центр «Светлана».

Трагически сложилась судьба Владимира Александровича. В 2000 г. мне пришлось побывать в СКТБ – ОАО «Светлана – полупроводники» (так стало называться это предприятие после проведенного в 1992 г. акционирования). Увидев меня, Фогель пригласил пойти с ним и пообещал показать только что купленное, уникальное оборудование. Не согласиться я не мог. Войдя в комнату, я увидел сидящих вокруг стола нескольких своих старых знаковым, одним из которых был начальник лаборатории физических исследований кандидат физико-математических наук Юрий Вячеславович Федорович. На столе стояла кварцевая бадья, большой, литров на пять, стакан, с закипающей водой. В бадье и размещалось то самое уникальное оборудование – это был громадный, длинной не менее 50 см, кипятильник. В разговоре за чаем выяснилось, что кандидат физико-математических наук, лауреат Государственной премии Владимир Александрович Фогель, передаю с его слов, исполняет обязанности титулованного швейцара. В его основные обязанности входило встречать и сопровождать, приезжающие в объединение «Светлана» иностранные делегации, которые рассматривались руководством как потенциальные инвесторы.

Погиб В.А. Фогель через несколько лет у себя на даче в Лисьем Носу, выгуливая вечером собаку, в результате нападения неизвестных хулиганов.

В 1978 г. на площадке ЛКТБ была введена в строй, но с опозданием на два года, новая чистая комната, ее оборудование позволяло изготавливать n-канальные микросхемы с элементами размером 3-5 мкм большего уровня интеграции и быстродействия. Необходимо отметить, определённые проблемы, которые приходилось преодолевать технологам в связи с требованием министерства вести производство только на отечественном оборудовании. Это оборудование, в основном, воспроизводилось с западных аналогов, но как всегда было принято в нашей стране, где-то простая экономия, где-то отсутствие соответствующих материалов, а где-то просто недопонимание процесса, или желание рационализировать, приводило к общему недостатку – необходимости доводки оборудования уже самими технологами при его запуске. В ряде случаев, когда отечественных аналогов не было и через страны-посредники приобретались импортные единицы, то просто сбивались шильдики и наклеивались новые, с наиболее типичным названием «Лада».

Новый технологический процесс, по сравнению с p-канальным, претерпел существенные изменения. Было разработано и внедрено, так называемое локальное окисление с использованием масочных слоев поликремния и нитрида кремния, а также технология самосовмещённых поликремниевых затворов. Техническую помощь по созданию технологии получения газофазных слоев нитрида кремния, поликремния и межслойной изоляции из двуокиси кремния ЛКТБ оказал коллектив из ИФПСОАН (Новосибирский Академгородок) под руководством доктора химических наук Сергея Марковича Репинского. Они разработали и передали нам всю необходимую оснастку для доукомплектования стандартных серийных диффузионных печей. Серийное оборудование такого типа в то время еще в стране не выпускали. Работы по внедрению осуществляли Валерий Викторович Гусаков и Наталья Михайловна Яковлева.

В этом технологическом процессе вместо общепринятой диффузии примесей использовались многорежимные операции ионной имплантации, для формирования алюминиевой металлизации началось использование напыления «магнетронным способом» с использованием сплава алюминий – кремний, увеличивалось количество фотолитографий.

Результатом состоявшегося прорыва в технологии было создание комплекта микросхем К586 для оригинальной одноплатной микро-ЭВМ С5-21 в конце 1979 г. и разработка с внедрением весной 1981 г. комплекта n-канальных микросхем для одноплатных микро-ЭВМ и модулей специального (военного) применения. В то же время (в 1979 г.) впервые в СССР, в ЛКТБ, была создана полностью оригинальная однокристальная ЭВМ С5-31 – К586ВЕ1.
Внедрение и серийный выпуск микросхем однокристаллок, получивших наименование К586ВЕ1, а в законченном изделии – микро-ЭВМ С5-31, послужил толчком для революционной компьютеризации в различных областях промышленности. Так например, в Вильнюсе начался выпуск кассетных программируемых магнитофонов, на Кировском заводе в Ленинграде стали выпускать модернизированные трактора «Кировец», с использованием однокристальной ЭВМ в системе управления движением тракторов, а в конце 80-ых годов была выпущена ограниченная партия универсальных генераторов сигналов.

С 1983 ого года в ЛКТБ был введен в строй новый производственный участок чистых комнат с ориентацией на серийное производство микросхем с минимальными топологическими размерами элементов 3 мкм и размерами кристаллов более 6´6 мм. Обеспечение высокого выхода годных микросхем осуществлялось за счет применения проекционной фотолитографии. Изображение с фотошаблона, уменьшенное оптической системой в 10 раз, проецировалось прямо на пластину и многократно мультиплицировалось. Для этого были закуплены установки ЭМ-584 производства Минского КБТМ.

На этом производственном участке длительное время, одновременно, велось серийное производство микросхем и разработка новых БИС. В течение 1983 – 1988г.г. в ЛКТБ были разработаны и запущены в серийное производство микросхемы серии К1809 для одноплатной ЭВМ, серии 1809 для одноплатной ЭВМ спецприменения, серий К503, К1037, К1524, К1509 для изделий широкого применения, микросхемы универсальных вентильных матриц К1519ХЛ1 и другие. С использованием этих микросхем в подразделении Марка Гальперина был разработан ряд изделий микроэлектроники широкого применения, в том числе спортивный тренажер, вело компьютер, автомобильный бортовой компьютер, автомобильный цифровой тахометр, шахматный компьютер. Эти изделия выпускались серийно, и их можно было купить. Например, шахматный компьютер стоил 200 р.

С 1987 г. с появлением на рынке американской вычислительной техники фирм IBM и INTEL министерство электронной промышленности СССР резко меняет политику финансирования разработок микросхем, ориентируясь, в основном, на полное копирование, созданных на западе образцов. Начиная с 1987 г., в списке ведущихся в ЛКТБ ОКР, появляется ряд тем, целью которых является воспроизведение микросхем фирм Signetic (68652611), Motorola (MC-2661, MC-6845, MC-2681), Intel (82062), , NEC (MPD-7220, MPD-7201), AMD (9513) в рамках государственного проекта разработки отечественных ЭВМ путем копирования персональных ЭВМ производства США. Эти работы проводились в два этапа. На первом этапе – сама разработка микросхемы, КД, внедрение в производство, испытания. На втором этапе проводилась ОКР по повышению эффективности производства, включающая масштабирование кристалла (увеличение съема кристаллов с запускаемой пластины) и комплекс мер по повышению выхода годных.

Немножко стороной прошла разработка аналога микросхемы сигнального процессора ф. NEC (MPD-7720). Схема отличалась тем, что ПЗУ в ней было реализовано на базе технологии с плавающими затворами и ультрафиолетовым стиранием. От идеи воспроизведения такого ПЗУ нам пришлось отказаться, так как реализовать эту технологию мы не могли из-за отсутствия соответствующего технологического оборудования. Интересна эта микросхема была также тем, что она отличалась от всех, разрабатывавшихся в ЛКТБ БИС использованием транзисторов с двумя уровнями пороговых напряжений и нагрузочных транзисторов со встроенным каналом. Кратко опишу технологию копирования кристалла. Фотографирование слоев этой микросхемы осуществлялось в Минском «Интеграле». Подготовка образцов микросхемы для фотографирования осуществлялась нами, технологами, и включала несколько достаточно хитрых и не прописанных ни в какой документации последовательностей химического и плазмохимического травлений. Травлению предшествовали операции по выниманию кристаллов из корпусов и размещение их для удобства работы на кремниевых подложках. Использовалось несколько кристаллов, чтобы были видны следы рисунка всех одиннадцати слоев. Фотографирование осуществлялось с увеличением ×1000.

Случайно я оказался в «Интеграле» во время фотографирования кристаллов и надо было срочно решить вопрос с транспортировкой негативов, и что меня поразило, это то, что вес пленок негативов со слоями составил более 80 кг (напоминаю — размер кристалла 6×6 мм2)! Для подготовки топологии к кодированию (введение в ЭВМ) осуществлялась послойная прорисовка слоев на миллиметровках, выполнявшаяся вручную. Для этого были составлены вместе, имеющиеся в отделе топологов письменные столы, образовавшие рабочую поверхность более 6×6 м2. По этим столам иногда, буквально, на коленках должны были ползать разработчики — топологини, сверяясь с негативами, а в особых случаях, уточняя расположение проводников или элементов схемы по оригиналу кристалла, лежащего под объективом микроскопа.

У нас аналогу микросхемы MPD-7720 было присвоено наименование М1827ВЕ3, выпускалась микросхема в нескольких модификациях со встроенным программным ПЗУ с фиксированными прошивками.

Аналогичные задачи воспроизводства аналогов ставились и перед другими предприятиями МЭП. В частности, перед Киевским предприятием КНИИМП немного ранее ставилась министерством и была успешно решена предприятием задача воспроизведения комплекта микросхем фирмы INTEL, включающий процессор 8086. Данная микросхема выпускалась серийно, а после масштабирования (пропорционального уменьшения размеров всех элементов скопированной микросхемы в 1,4 раза), миллионными тиражами. Однако попытка воспроизведения микросхемы 286-ого процессора INTEL, предпринятая КНИИМП в 1989 г., так и не была завершена в связи с невозможностью «прочитать» топологию. Оптические микроскопы не позволяют «разрешить» и расшифровать элементы микросхем с размерами, соизмеримыми с длинной волны света в оптическом диапазоне. Такими возможностями обладают рентгеновские сканирующие микроскопы, со средствами цифровой визуализации. Но такие микроскопы появились на западе только во второй половине 80-ых годов, в СССР их не было. Поэтому работы по воспроизведению, современных по уровню интеграции на то время микросхем западных фирм с топологическими нормами 1мкм и менее, были обречены.

Работы по воспроизведению прототипов временно отвлекли основные силы разработчиков, а главное загрузили и так небольшие производственные мощности ЛКТБ. На этом фоне революционным стало предложение, авторами которого стали Владимир Яковлевич Кузнецов и Рафаил Аронович Лашевский. Смысл заключался в разработке однокристальных микропроцессорных систем с «гибкой архитектурой», структуру которых можно было бы подстраивать под требования заказчика, заменяя отдельные фрагменты этой системы. Эта политика была актуальна для выживания предприятия еще и потому, что требовала развития новых производственных мощностей, ориентированных на изготовление микросхем с минимальными размерами элементов 1-2 мкм. Так в плане предприятия (с поддержкой в МЭП) в 1988 г. появился ряд НИР по разработке семи отдельных фрагментов будущей однокристальной вычислительной системы. По вычислительным возможностям перспективная однокристальная система могла бы конкурировать с 386-ым процессором фирмы INTEL, выпуск которого в США был начат в 1992 г.

Еще одним важным и интересным в научном плане стала разработка технологии изготовления радиационностойких БИС. И, если в плане стойкости к импульсному воздействию было как бы «все» ясно, то в технологии предстояло решить множество проблем, в том числе с эффектами накопления зарядов и генерации поверхностных состояний, а главное, с контролем изготовленных микросхем, гарантирующих их надежность в рамках требований ТУ. Первой такой работой была НИР «ФОБОС», закончившаяся в 1989 г. разработкой технологического процесса изготовления КМОП радиационностойких микросхем применительно микросхемы цифрового матричного коммутатора 1029КП2.

Особо важным представлялось, в то время, начало реконструкции в 1990 г. «чистых» производственных помещений на площадке ЛКТБ, кстати, территориально расположенных, на месте первых чистых комнат, построенных еще при Ф.Г. Старосе в 1970 г. Для обеспечения серийного выпуска однокристальных систем на территории завода началось проектирование и строительство нового корпуса (комплект 1ЭВГ) с полным циклом производства микросхем.

Для воплощения же планов не хватило времени. Реформы, начавшиеся в 1992 г. отсекли даже возможность запуска производственного оборудования на уже законченном производственном участке в ЛКТБ. На этом участке планировалось изготовление микросхем с топологическими нормами менее 1 мкм. Изготовлением опытных образцов нового прорывного изделия – плоского инженерного калькулятора – «таблетки» размером с карманный календарик закончилась история разработки и выпуска изделий микроэлектроники по тематике ширпотреба.
Инфляция, отсутствие заказов и оборотных средств, невозможность выплаты зарплаты сотрудникам предприятия стали причиной ликвидации производственно-технической базы ЛКТБ. В 1994 г. 80% производственного оборудования было выброшено на свалку, либо продано в Китай. Здание ЛКТБ было продано. Построенный на территории «Светланы» производственный корпус (1ЭВГ), в котором должны были выпускаться однокристальные системы, начал сдаваться в аренду, как складское помещение. Финальная черта судьбы предприятия ЛКБ – ЛКТБ была подведена летом 2009 г., принятием решения советом директоров ОАО «Светлана» о ликвидации предприятия «Светлана – микроэлектроника».

Небольшая группа сотрудников, разработчиков однокристальной системы, выжила, арендуя площади в «Электронстандарте», а потом переселившись на вторую «родину» в СКТБ (Светлана – полупроводники»). Из производственных площадей для производства микросхем, в составе действующих остались ц. №79 – изготовление пластин с кристаллами всех разработок СКТБ и ЛКТБ прошлых лет и цехов №13, 15 – сборка микросхем и контрольно-отбраковочные операции.

В 1992 г., работая уже в НПО «Импульс» в обеденный перерыв мы с одним из старейших сотрудников НПО «Импульс» Валентином Кронидовичем Ридигером пришли перекусить в преподавательский буфет в главном корпусе ЛПИ. И там, в очереди, встретили Иосифа Вениаминовича Берга. Буквально «за обедом» он рассказал, что только что вернулся из США, где запатентовал свой проект «минифаба», что ему вернули гражданство США. Рассказал он и о своей, сделанной по просьбе руководства НПО «Светлана», попытке договориться о продаже в штаты выпускаемых НПО, шахматных компьютеров. Так вот, переживал он, я договорился и они готовы покупать, но не менее 1500 шт. в год. И, посетовал И.В. Берг, договориться не удалось, т.к. «Светлана», якобы, может выпускать не более 400 шт…?! «Разве так можно вести бизнес?»

Санкт Петербург, 2015г.

Автор: Мельницкий Вячеслав | слов 5178


Добавить комментарий