科创中国

行业领域

新材料技术

需求背景

无磁场大直径（≥12"）半导体单晶硅研发，改善目前超导磁场拉晶是一种被动的热对流控制，只能抑制或减小对流，不能主动地改变热对流的缺陷。

需解决的主要技术难题

无磁场拉晶技术，在现有的大直径太阳能拉晶基础上，通过热场的设计优化和工艺进一步改进，实现低氧和低密度COP的半导体单晶的指标要求。

期望实现的主要技术目标

1.研发、优化热场设计工艺，增设炉内实时监控设备、收集炉内热态梯度数据，针对性调整热场温度参数，实现氧含量大幅度降低且优于超导磁场拉晶的生产技术，氧含量值〔O〕≤12ppma。

2.研发独立多加热器热场分布技术，实现纵向温度梯度可测可控，缺陷指标可满足14nm国内主流极大规模集成电路正片使用，指标要求：无OISF环，无热氧化雾，无热氧化旋涡，无原生凹坑缺陷COP。

3.依托单晶生产高拉速工艺，结合半导体性能需求，研发符合半导体高拉速生产工艺，实现成品单晶日产量，高于国内半导体同行业100%以上，或每日每台130Kg。

4.研制高纯低导热系数的新型材料技术，满足低能耗、高效率生产需求，实现非硅成本，下降60%以上。

5.技术水平，世界首创，解决大直径半导体单晶卡脖子问题。

资质条件：

1.揭榜单位应设置相关硅材料专业并处于世界领先水平；

2.项目负责人，具备副高级以上职称，从事相关单晶生长技术研究五年以上工作经验，承担过国家重大专项，或国家级研究项目者优先；

3.配备专业的团队，共同开展项目研究；

4.针对我公司现有技术水平，能够制定完备的技术、实施方案；

         5.配备专业的实验室，能与我公司开展同步试验测试及数据论证。

需求解析

解析单位：“科创中国”新材料产业科技服务团（中国颗粒学会） 解析时间：2023-10-13

杨柳

中国颗粒学会

研究员

综合评价

清晰，半导体无磁场大直径单晶硅制造技术、固液共存界面控制技术、热场尺寸优化工艺、多晶硅投料优化工艺、电阻率精准控制技术、引晶技术、点缺陷密度控制技术等多项工艺技术已达到领先水平,能够在维持较高良品率和参数一致性水平的基础上有效降低了单位生产成本。 8000高斯的强磁场，极大地抑制了坩埚内的硅熔体的对流，熔体的稳定性得到了极大的提高，晶体生长可以在0.5rpm左右的极低埚转下实现，硅中的氧含量可以降到12ppma以下，各类晶体缺陷、空位型缺陷密度COP也得到很好的控制，但低埚转带来的明显劣势如热场的不对称性引起的径向波动，熔体未充分搅拌引起的熔体温度、杂质浓度的不均匀，晶体缺陷检测会时常发现原生层错、热氧化诱生层错(OISF)等严重晶体缺陷，因此，无磁场、常规埚转下的氧含量和晶体缺陷控制技术的创新成为另一种选择。

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解析单位：“科创中国”新材料产业科技服务团（中国颗粒学会） 解析时间：2023-10-13

杨柳

中国颗粒学会

研究员

综合评价

清晰，随着晶体直径的增加，生产用坩埚直径将增大，生产过程中热场的不均匀性及硅熔液的对流情况也越明显，导致部分硅原子排列呈现不规则性，进而形成晶体缺陷，造成良品率下降，一般情况下坩埚尺寸大于 24 英寸即需要借助强磁场系统抑制对流，无磁场大直径单晶硅制造技术通过模拟有限元热场计算，开发出特有的热场设计工艺，实现无磁场环境大直径单晶硅的制造。 在直拉法工艺中，晶体的固液共存界面控制技术是单晶晶体生长的关键。晶体生长的不同阶段需要不同的界面控制方法才能实现产品生产的高效和高良品率。神工股份拥有的固液共存界面控制技术确保晶体生长不同阶段均能保持合适的固液共存界面，大幅提高了晶体制造效率和良品率。 在直拉法拉晶工艺过程中，成品晶体直径与热场直径比通常不超过 0.5。神工股份的热场尺寸优化工艺，在保证高良品率的前提下，将成品晶体直径与热场直径比提高到 0.6-0.7 的技术水平，有效降低了生产投入成本。

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处理进度