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纳米集成电路用大直径硅

与硅基材料的研究进后

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：本文阐述了大直径硅单晶的生长、杂质缺陷行为、表面质量控制及硅基材料的研究现状；讨论了

变硅与绝缘体上硅(SOI)相结合的发展趋势；展望了纳米集成电路用大直径硅及硅基材料的技术经

前景。

关键词：纳米集成电路；大直径硅单晶；硅基材料

a臣日的基础。

半个世纪以来，半导体硅材料始终是信息

产业发展的基础。近年来，集成电路的设计线300mm硅片主要用于0．13um以下特别是

宽正在向纳米尺度发展；在降低功耗和器件单米线宽集成电路。制备300mm硅单晶投料

位成本、提高速度和频率、减少其它物理效应大，坩埚直径和热场尺寸大，溶体易出现

的负面影响方面均对半导体材料提出了新的要流，固液界面形状以及温度梯度难于控制。

求。这些要求与市场需求的共同作用加快了向外，大直径硅片容易在热加工过程中发生

300mm大直径硅片的过渡，推进了硅基材料的变，热应力问题严重。

研发进程，其中锗硅(SiGe)、绝缘体上硅(2003年必威体育精装版版《国际半导体技术路

SOI)及应变硅(StrainedSiliCOn)等材料图》(ITRS)对硅片中氧和金属杂质含量、

因其优良性能及与硅工艺兼容的特点尤受关体原生凹坑(COPs)等微缺陷、局部平整度

注。因此，300mm~更大直径硅片的工艺技术表面粗糙度等，均提出了更严格的技术指

和硅基材料的制备方法等已成为当前半导体材(见表1)，要求硅片表面缺陷很少，局部

料领域的研发热点。毫无疑问，这些问题的解几何尺寸偏差在纳米尺度，且器件在工艺初

决必将为纳米集成电路的发展奠定坚实而广阔阶段就具有本征吸杂能力。

2006年第3卷第2期(总第11期){

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展，300mm硅单晶中微缺陷的尺寸(约lOOnm)

与集成电路线宽数量级相同，这些缺陷将对芯

片的质量产生负面影响，并降低器件的成品

一技术节点(rim率。大量实验表明，直拉硅单晶的生长速度与

固液界面处的温度梯度是影响点缺陷的两个重

．

要因素。理论计算指出，晶体生长速率V与点

_

缺陷的输运相联系，而晶体／熔体界面处的轴

0_](iO~Sa／cm3，一一姗叭一一铴一一44

。冀曩_表面金属，e2向温度梯度G与点缺陷在固液交界面的湮没过

_表面金属杂质咖程有关。V／G的大小将决定晶体中点缺陷的类

0≯氧化层错c／mz

型和浓度。Voronkov提出V／G有一个经验临界

。澎