300mm硅片技术发展现状与趋势.pdf

电子工业专用设备 EPE EquipmentforElectronicProductsManufacturing ·趋势与展望· 300mm硅片技术发展现状与趋势 TheSituationandTrendsfor300mmWaferProcess 有研半导体材料股份有限公司 周旗钢 摘 要:综合评述了300mm硅材料在晶体生长、硅片成形、表面质量控制、衬底优化以及表征等 方面的研究现状和发展趋势,特别是国内在 300mm硅技术研究中所获得的一些成果。 关键词:硅材料; 300mm硅片; 单晶硅生长技术 半个世纪以来，半导体产业发展迅猛，这主要有 硅晶锭的荷重一般达200～300kg。 赖于两个因素：一个是加工尺寸不断变细，提高集成 晶体质量的大幅度增加，一方面要求有更大的 度，降低器件单位成本；另一个是硅衬底尺寸不断变 坩埚装料和更庞大且昂贵的专门设备，而且大大增 大，增加硅片单位面积可获得芯片的数量。而且两个 加了成本；另一方面，也使熔体流动、热量和质量传 因素互相影响，互相促进发展。加工尺寸不断变细， 输、缺陷的形成和迁移等更为复杂，给300mm硅单 带动衬底材料质量不断得到改善，衬底材料的不断 晶的生长带来了很大的困难。另外，晶锭的提拉和搬 改善反过来又不断促进了加工尺寸变细的实现。 运也成了重要问题。 集成电路技术发展遵从摩尔定律，工艺线宽越 来越细，并开始进入纳米时代。当前，国际主流生产 2.1籽晶技术 技术为0.25～0.35μm，先进生产技术为0.13～0.10μm， 300mm硅单晶生长过程中，籽晶的承载极限受 90nm技术已开始投入小批量生产，并研究成功65nm 热场的温度分布、籽晶的夹持方式以及回熔量的影 技术。按照国际半导体产业发展路线图预测，2010 响。为解决荷重问题，一种方法是采用较粗籽晶及鼓 年将采用45nm技术，2016年和2018年将分别发 包引晶工艺拉制无位错单晶；另一种方法是采用双 展到22nm和18nm。 夹持技术。力学分析和理论计算得到3.4～4mm直径 半导体硅衬底材料也正从200mm迈向300mm 的籽晶能够承受 110kg的质量；若缩颈时，直径减 直径。130nm以下的集成电路将主要使用300mm 小到6mm，断裂不发生，籽晶寿命可以延长。北京有 直径的硅片，目前它的制备技术正日臻完善，以适应 色金属研究总院通过不同温度下的力学拉抻实验， 纳米集成电路的严格要求。 并利用扫描电子显微术（SEM）分析籽晶断裂面，发 现其断裂机制是脆性断裂，断裂的主要原因是应力 1 硅单晶的生长技术 集中。应力集中点主要发生于晶体特征线、直径突然 变化处（如颈部与肩部结合处）及缺陷。老式的籽晶 从200mm到300mm，硅片直径增加 1.5倍，晶 和籽晶夹头由于其结构不合理，易引起严重的应力 体的重量将近似于直径的3次方增长，也就是增长 集中，即使在500℃左右高温下，籽晶也易发生脆性 大约3.4倍，帮200mm直径硅晶锭的典型荷重为90kg， 断裂，5mm籽晶承重不足150kg，不能安全地用于 而为了获得同样多的合格硅片数量300mm直径的 生长300mm单晶。他们重新设计了籽晶夹头和籽 收稿日期: 2005-09-25 Oct.2005（（总总第第112299期期））1 电子工业专用设备 ·趋势与展望· EquipmentforElectronicProductsManufacturing EPE 晶。新式的设计中，除稍微增大籽晶的尺寸（截面 热屏 积）外，还对籽晶与夹头的联接部分的设