中国工程院院士吴澄：研发半导体硅单晶，对我国高端制造业发展意义重大

【环球时报-环球网记者陈子帅邓孝慈】7月2日，在第二十六届中国科协年会主论坛上，中国科协发布2024重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题。“大尺寸半导体硅单晶品质管控理论与技术”入选十大工程技术难题，《环球时报》记者采访了中国工程院院士，中国自动化学会特聘顾问、会士，清华大学教授吴澄，对该课题进行解读。半导体硅单晶是制造集成电路芯片最重要的基础性材料，90%以上的集成电路芯片都是制作在硅单晶上，因此，高品质半导体硅单晶的重要性不言而喻。突破相关技术，对于打破国外垄断，解决此领域的“卡脖子”问题，实现我国在集成电路硅材料领域核心技术自主可控具有重大意义。制备半导体硅单晶的主要方法是直拉法，所采用的设备称为硅单晶生长炉，简称单晶炉。近百年来，依据此方法，集成电路材料经历了由锗单晶向硅单晶的发展历程，实现了由生长直径不足1英寸到12英寸及以上、制造的芯片由微米制程到纳米制程的发展阶段。随着集成电路芯片线宽的不断降低，目前线宽可低至3纳米，进而对半导体硅单晶材料的品质指标提出了更高的要求，如无缺陷、低杂质、大尺寸等方面。如何在直拉硅单晶制备过程中实现对硅单晶材料宏观和微观品质的精准控制，是我国半导体硅单晶产业发展面临的难题。目前，半导体硅单晶材料制备产业仍具有高度集中的特点，以直径12英寸硅片为例，日、德、韩等境外5家企业占据90%以上的全球市场份额，形成了世界范围的垄断。代表当今集成电路芯片主流制造水平的20nm及以下制程工艺所要求的高品质、大尺寸半导体硅片，我国主要依赖进口。该课题由西安理工大学教授、晶体生长国家工程研究中心主任刘丁等专家提出，据介绍，当前我国的大尺寸半导体级硅单晶材料制备已进入产业化进程，但在硅片品质的一致性、良品率、生长设备的可靠性以及生长工艺的适应性等方面与世界先进水平存在一定差距。“晶体材料并且是高品质、高良品率的晶体材料，是所有芯片的第一道难关。”中国工程院院士，中国自动化学会特聘顾问、会士，清华大学教授吴澄告诉《环球时报》记者，目前世界主流企业的晶体材料良品率在80%左右，我国也接近这一水平，处在世界前列。我们有了好的基础，接下来，还要投入大量精力调试工艺，降低缺陷和杂质。不过，半导体硅单晶材料从技术研发、产业生产到市场销售具有投资规模大、建设周期长、技术门槛高、产业垄断强的突出特点。“这是高投入、高风险、高回报的工程，国家、科研单位和企业要合力推动这项研究。”吴澄说，这对我国高端制造业发展意义重大。专家认为，信息技术的新成果、多学科交叉融合推进创新驱动，形成新质生产力的新技术为解决此问题提供了先进、可行途径。将专家经验和半导体硅单晶生长的基本理论、核心工艺与信息化技术深度融合、集成创新，从中探索和形成能够指导半导体硅单晶生长和实现硅单晶品质管控的科学理论和技术方法，是发展我国半导体硅单晶材料制备产业面临的关键工程技术难点和挑战。吴澄也提醒称，目前全球对于芯片的竞争处在一种“无序”状态，这种竞争是一把双刃剑，尽管推动了科技进步，但也造成了资源浪费。（图片由受访对象提供） 原文链接：//shuzhiren.com/post/125456.html