中国工程院院士吴澄:半导体硅单晶的研发对我国高端制造业的发展具有重要意义。

yuneu 互联网资讯 2024-07-03 34 0

来源：环球网

【环球时报-环球网记者陈子帅 7月2日，在第26届中国科学技术协会年会主论坛上，中国科学技术协会发布了2024年重大科学问题、工程技术问题和工业技术问题。“大型半导体硅单晶质量控制理论与技术”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、中国自动化协会特聘顾问、会员、清华大学教授吴澄，解读了这一课题。

半导体硅单晶是制造集成电路芯片最重要的基础材料，制造硅单晶的集成电路芯片90%以上。因此，高质量半导体硅单晶的重要性不言而喻。突破相关技术，对打破国外垄断，解决这一领域的“卡脖子”问题，实现我国集成电路硅材料领域的核心技术自主可控具有重要意义。

直拉法是制备半导体硅单晶的主要方法，其所用设备称为硅单晶生长炉，简称单晶炉。近百年来，按照这种方法，集成电路材料经历了从单晶到硅单晶的发展，实现了从微米工艺到纳米工艺从生长直径小于1英寸到12英寸以上的芯片的发展阶段。目前，随着集成电路芯片线宽的不断降低，线宽可以低至3纳米，从而对半导体硅单晶材料的质量指标提出了更高的要求，如无缺陷、低杂质、大尺寸等。在直拉硅单晶制备过程中，如何实现对硅单晶材料宏观和微观质量的精确控制，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行业仍然具有高度集中的特点。以直径12英寸的硅片为例，日本、德国、韩国等5家海外企业占据全球市场份额的90%以上，形成全球垄断。我国主要依靠进口代表当今集成电路芯片主流制造水平的20nm及以下工艺所要求的优质大尺寸半导体硅片。本课题由Xi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。据报道，目前我国大型半导体级硅单晶材料的制备已进入工业化进程，但与世界先进水平存在一定差距，包括硅片质量的一致性、良品率、生长设备的可靠性和生长工艺的适应性。

"晶体材料和高质量、高质量的晶体材料，是所有芯片的第一个难点。清华大学教授吴澄告诉《环球时报》记者，中国工程院院士，中国自动化学会特聘顾问和会士，目前世界主流企业的晶体材料产量在80%左右，中国也接近这一水平，处于世界前列。在此基础上，我们还要投入大量的精力来调试工艺，减少缺陷和杂质。

但半导体硅单晶材料具有投资规模大、建设周期长、技术门槛高、产业垄断强的突出特点，从技术研发、产业生产到市场销售。“这是一个高投入、高风险、高回报的项目。国家、科研单位和企业应该共同推进这项研究。”吴澄说，这对中国高端制造业的发展具有重要意义。

专家认为，信息技术的新成果、多学科交叉融合推动创新驱动，形成新的生产力新技术，为解决这一问题提供了先进可行的途径。将专家经验与半导体硅单晶生长的基本理论、核心技术与信息技术深度融合创新，探索和形成能够指导半导体硅单晶生长、实现硅单晶质量控制的科学理论和技术方法，是我国半导体硅单晶材料制备行业面临的关键工程技术难点和挑战。

吴澄还提醒，目前全球芯片竞争处于“无序”状态，这是一把双刃剑。虽然推动了科技的进步，但也造成了资源的浪费。