奖项等级：

一等奖

奖项类别：

科学技术奖

主要完成单位：

浙江大学材料科学与工程系, 宁波立立电子股份有限公司

主要完成人：

杨德仁, (田达晰), 马向阳, (宫龙飞), 陈加和, (何永增), 曾俞衡, 阙端麟

硅单晶是微电子工业的基础材料，以微电子工业为核心的信息产业已经成为世界上最大的高科技产业。重掺磷直拉硅单晶作为硅外延片的一种衬底材料，在集成电路和功率电子器件上有重要应用。 生长重掺磷硅单晶面临重大困难，即：(1) 由于重掺磷导致硅熔体组分过冷，引起生长界面不稳定；(2) 磷极易挥发，一方面难以增加掺杂浓度，另一方面其挥发物会破坏硅晶体生长。因此，重掺磷直拉硅单晶的制备一直是国际硅材料界的一个难题，国际上仅有2-3家领先的硅材料企业可以制备。但是，国外公司对相关技术一直保密，而我国在近四十年来没有突破。另外，国际上关于重掺磷直拉硅单晶缺陷的基础研究几乎是空白的。 从2002年开始，项目系统研究了重掺磷导致的过冷度对硅晶体生长的影响、磷的挥发与分凝对掺杂效率的影响、热场与工艺参数对硅晶体生长的影响以及重掺磷直拉硅单晶中的缺陷形成及其控制等方面的科学与技术问题，取得了如下创新成果：(1) 发明了独特的漏斗状磷掺杂工具及掺杂方法，显著提高了磷的掺杂效率，从而实现了磷在硅熔体中的高度重掺；(2) 提出创新的双圆锥台导流罩热场结构，从根本上解决了重掺磷带来的组分过冷和磷极易挥发所导致的晶体生长困难的问题；(3) 发明了用于显示重掺磷硅单晶中缺陷的腐蚀液，实现了缺陷的快速显示。该腐蚀液不含传统腐蚀液中具有的铬离子，对环境更加友好；(4) 开发了独特的重掺磷直拉硅单晶的晶体生长工艺。同时，在国际上首先系统开展了重掺磷直拉硅单晶中缺陷的基础研究，揭示了重掺磷直拉硅单晶中新的氧沉淀形核机制、原生缺陷的形成机理等。 项目获得国家发明专利5项，发表SCI检索及国际会议论文22篇，其中国际会议邀请报告1次。成功地开发出直径可达150mm、晶体头部电阻率小于0.0015Ω•cm的重掺磷直拉硅单晶的制备技术，技术指标达到或超过国际同类产品，技术水平达到国际领先（教育部鉴定）。 项目开发的重掺磷直拉硅单晶制备技术自2003年起逐渐应用于生产线，生产出国内唯一的重掺磷直拉硅单晶系列产品。经我国四大会计师事务所之一的天健会计师事务所有限公司审计，到2010年底，新增直接销售额2.65亿元人民币，新增利税1.16亿元人民币。在此期间，利用该产品制备的肖特基芯片销售7.18亿元人民币（间接经济效益）。本项目打破了长期以来国外大公司对重掺磷硅单晶生长技术和产品的垄断，直接推动了我省乃至我国的硅材料行业技术进步和产业升级。