文档介绍：屠海令:纳米集成电路用大直径硅及硅基材料研究进展 65
纳米集成电路用大直径硅及硅基材料研究进展
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屠海令
(半导体材料国家工程研究中心,北京有色金属研究总院,北京 100088)
摘要:本文叙述了大直径硅单晶生长、杂质缺陷行表 1 2003 年《国际半导体技术路线图》关于半导体
为、表面质量控制及硅基材料的研究现状,讨论了应硅材料的部分参数指标
变硅与绝缘体上硅(SOI)相结合的发展趋势,展望了纳 Table 1 Partial Si materials parameters in International Tech-
米集成电路用大直径硅及硅基材料的技术经济前景。 nology Roadmap for Seiconductor (ITRS) 2003
关键词:纳米集成电路;大直径硅单晶;硅基材料时间(年) 2004 2007
技术节点(nm)
中图分类号: 文献标识码:A 硅片参数
90 65
文章编号:1001-9731(2004)增刊 0065-04
直径/mm 300 300
表面氧浓度
1 引言/(1013a/cm3)
表面金属/cm-2 ≤5×109 ≤×109
半个世纪以来,半导体硅材料始终是信息产业发表面金属杂质/cm-3 ≤1×1010 ≤1×1010
展的基础。近年来,集成电路的设计线宽正在向纳米氧化层错/cm-2 ≤ ≤
尺度发展;在降低功耗和器件单位成本、提高速度和局部平整度/nm ≤90 ≤64
正表面颗粒大小/nm ≥90 ≥90
频率、减少其它物理效应的负面影响方面均对半导体
颗粒/(#/cm2) ≤ ≤
材料提出了新的要求。这些要求与市场需求共同作用表面微粗糙度/ Å 4 4
加快了向 300mm 大直径硅片的过渡,推进了硅基材目前,全世界已宣布的 40 多条 300mm 集成电路
料的研发进程,其中锗硅(SiGe)、绝缘体上硅(SOI) 生产线,有一半以上建在亚洲。在市场发展的驱动下,
及应变硅(Strained Silicon)等材料因其优良性能及 300mm 硅材料的研究取得了长足的进展,已经开始
与硅工艺兼容的特点尤受关注。因此,300mm 及更小批量生产。
大直径硅片的工艺技术问题和硅基材料的制备方法由于生长 300mm 单晶时,硅熔体内部热对流难
已经成为当前半导体材料领域的研发热点并将为纳于控制,设计合理的热场是关键。同时,还需要有完
米集成电路的发展奠定广阔的基础。备的热辐射防护系统、磁场中电子器件的保护系统、
2 300mm 半导体硅片的研究现状承载超过 400kg 的悬挂系统等。西门子 Kayex 公司和
有色金属研究总院还在单晶设备中设计了再加料装
300mm 硅片主要用于 以下特别是纳米置(recharge units),实现了连续拉晶,以减少电耗、
线宽集成电路。制备 300mm 硅单晶投料量大,坩埚气耗,提高产率,延长坩埚寿命。对晶体悬挂系统
直径和热场尺寸大,溶体易出现涡流,固液界面形状(CCS)的技术要求为:热振(thermal shock)低,
以及温