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摘要：SiGe是近年来兴起的新型半导体材料，它有许多独特的物理性质和重要的技术应用价值，并与硅的微电子技术兼容，被认为是第二代硅材料。简单介绍国内外SiGe技术现状及市场。
关键词：SiGe技术；现状；市场
中图分类号：TN3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2010)1210017-01
随着硅集成电路的发展，其特征尺寸已达到100纳米范围，这一尺寸已小于电子运动的相干长度，这个时候，研究电子的运动不能再用经典力学的方法，而要用量子力学的理论，硅集成技术的发展已接近其物理极限，所以研究纳米技术，开发纳米量子器件，是集成电路能够持续发展的前提。然而，从材料方面去发展，即开发出性能优于硅的新型半导体材料也可以延长集成电路的发展寿命，SiGe是近年来兴起的新型半导体材料，它有许多独特的物理性质和重要的技术应用价值，并与硅的微电子技术兼容，被认为是第二代硅材料。它使硅材料进入到人工设计微结构材料的时代，使硅器件进入到异质结构，能带工程时代，其工作速度已扩展到毫米波，超快速领域，光学探测已进入到1.3-1.55um远红外波段，由于优异的材料特性，并且同成熟的硅工艺相兼容，SiGe材料在电子和光电子半导体器件中得到广泛的应用。
近十年这种SiGe层材料得到了相当大的关注。新的方法层出不穷，如分子束外延(MBE)。超低压化学气相淀积与超高真空技术(UHV-VLPCVD)的结合以及快速化学气相淀积技术(RT-CVD)。这些技术具备的最优点是它们可以在低温(300-700℃)下生长外延层。这个能力不仅对掺杂面的生成非常重要。而且可使晶格失配的材料以共格的方式结合起来。在SiGe合金中，由于Si和SiGe组成的量子阱中，载流子具有更高的迁移率，电子的迁移率几乎是纯Si的两倍。更重要的是，当Si，Ge合金时，独立式的合金具有金刚石晶体点阵，该合金的晶格常数在Si，Ge值之间近乎线性依赖，室温下偏差大约为4.17％，当这样的SiGe层外延生长具有同晶格常数的衬底上时，如Si衬底，首先，生长层试图修改它面内的晶格常数，以便与衬底层形成一个共格的晶面。SiGe技术用于无线通信器件使这些通信产品具有了以下优点：延长了电池寿命，兼具多种功能。体积小，重量轻，价格低。据统计，到2002年无线通信产品的年产量将达到4.5亿件，其中仅射频信号处理电路的一项的年产值就将近70亿美元。据美国商业部预测到2013年，全球定位系统将达到160亿美元。英国著名的南安普顿大学的PeterAshburn教授说“SiGe将进入移动通信市场。”IBM在扩大SiGe产品产量的同时还在着手将SiGe技术应用于其他领域，如IBM CommQuest子公司正在设计SiGe增强型芯片，希望用于下一代蜂窝电话；LeicaGeosystems和DIBM正在研制用于全球定位系统的SiGe电路，IBM已经与休斯电子公司，哈瑞斯半导体公司，国家半导体公司，AMCC，Nortel和Tektrinix等建立了开发制造从小到蜂窝电话大到卫星应用的SiGe产品的合作关系；Alcatel的新型光纤系统采用了IBM公司的SiGe技术，为通信网络提供了高速管线。IBM的SiGeHBT与外延基区采用了先进的3.5vCMOS工艺，0.5um深紫外线光刻，深/浅沟槽隔离技术以提高器件的密度和性能，还能对介质层和金属进行了化学机械光处理以提高结构和布线的平面化。德国的Temic公司一年前制造了第一个SiGe器件。目前，在德国的Heilbron，Temic半导体公司具备一条完整的SiGe6英寸生产线，该生产线是由Daimler-Benz研究公司研究者们开发的。在该生产线上，已实现了类似于GaAs产品的HBT结构，Temic还将采用Daimler-Benz开发的SiGel艺。在CVD生长的集电极上用MBE工艺生长的SiGe基区和n发射区，生产的器件的fT达到50GHz，研制的器件的fT达到110GHz以上。
国内在技术研究方面相对国际比较落后，清华大学微电子所自行研制了适用工业生产的UHV/CVD式单片SiOe外延设备SGE400，并用该设备生长出器件质量较好的Si/SiGe异质结材料，并研制出多种SiGe器件，如研制出国内第一个SiGe微波功率HBT，PAE=63％，Gp=7.4dB连续输出功率为5w，工作频率约为IGHz。清华大学还用SGE400外延的材料，用2mm工艺，研制出高成品率的SiGe微波的低噪声HBT器件(B=100fT=15GHz噪声系数在2GHz下工作约为2dB)。清华大学微电子所采用0.5um工艺，试制成功SiGeHPMOSFET和HNMOSFET，跨导分别达到110ms/mm和290ms/mm。
SiGelC典型的应用领域有：便携电话，个人通信系统(PCS)以卫星便携电话为代表的GMPCSGPS大范围LAN指向性短距离通信(DSRC)卫星播放(DBS)同步光网络宽带无线(LMDS)等世界规模的移动通信系统。SiGeIC市场急剧扩大，市场规模将从1999年的1500万美元持续增长，预计到2013年将达到28亿美元。这种增长的背景就是通信设备IC市场的急增。SiGelC不仅适用于通信应用千兆赫兹频带的超高速电路，而且制造工艺可以沿用IHSi线，制造成本可以大大降低。含SiGeIC的RFIC整体市场规模到2013年将达到250亿美元，这样，SiGeIC约占RFIC的10％，一跃成为超高速电路的主角。
参考文献：
[1]孙自敏等，SiGe器件及其研究综述，半导体情报，1999：36(1)：18
关键词：SiGe技术；现状；市场
中图分类号：TN3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2010)1210017-01
随着硅集成电路的发展，其特征尺寸已达到100纳米范围，这一尺寸已小于电子运动的相干长度，这个时候，研究电子的运动不能再用经典力学的方法，而要用量子力学的理论，硅集成技术的发展已接近其物理极限，所以研究纳米技术，开发纳米量子器件，是集成电路能够持续发展的前提。然而，从材料方面去发展，即开发出性能优于硅的新型半导体材料也可以延长集成电路的发展寿命，SiGe是近年来兴起的新型半导体材料，它有许多独特的物理性质和重要的技术应用价值，并与硅的微电子技术兼容，被认为是第二代硅材料。它使硅材料进入到人工设计微结构材料的时代，使硅器件进入到异质结构，能带工程时代，其工作速度已扩展到毫米波，超快速领域，光学探测已进入到1.3-1.55um远红外波段，由于优异的材料特性，并且同成熟的硅工艺相兼容，SiGe材料在电子和光电子半导体器件中得到广泛的应用。
近十年这种SiGe层材料得到了相当大的关注。新的方法层出不穷，如分子束外延(MBE)。超低压化学气相淀积与超高真空技术(UHV-VLPCVD)的结合以及快速化学气相淀积技术(RT-CVD)。这些技术具备的最优点是它们可以在低温(300-700℃)下生长外延层。这个能力不仅对掺杂面的生成非常重要。而且可使晶格失配的材料以共格的方式结合起来。在SiGe合金中，由于Si和SiGe组成的量子阱中，载流子具有更高的迁移率，电子的迁移率几乎是纯Si的两倍。更重要的是，当Si，Ge合金时，独立式的合金具有金刚石晶体点阵，该合金的晶格常数在Si，Ge值之间近乎线性依赖，室温下偏差大约为4.17％，当这样的SiGe层外延生长具有同晶格常数的衬底上时，如Si衬底，首先，生长层试图修改它面内的晶格常数，以便与衬底层形成一个共格的晶面。SiGe技术用于无线通信器件使这些通信产品具有了以下优点：延长了电池寿命，兼具多种功能。体积小，重量轻，价格低。据统计，到2002年无线通信产品的年产量将达到4.5亿件，其中仅射频信号处理电路的一项的年产值就将近70亿美元。据美国商业部预测到2013年，全球定位系统将达到160亿美元。英国著名的南安普顿大学的PeterAshburn教授说“SiGe将进入移动通信市场。”IBM在扩大SiGe产品产量的同时还在着手将SiGe技术应用于其他领域，如IBM CommQuest子公司正在设计SiGe增强型芯片，希望用于下一代蜂窝电话；LeicaGeosystems和DIBM正在研制用于全球定位系统的SiGe电路，IBM已经与休斯电子公司，哈瑞斯半导体公司，国家半导体公司，AMCC，Nortel和Tektrinix等建立了开发制造从小到蜂窝电话大到卫星应用的SiGe产品的合作关系；Alcatel的新型光纤系统采用了IBM公司的SiGe技术，为通信网络提供了高速管线。IBM的SiGeHBT与外延基区采用了先进的3.5vCMOS工艺，0.5um深紫外线光刻，深/浅沟槽隔离技术以提高器件的密度和性能，还能对介质层和金属进行了化学机械光处理以提高结构和布线的平面化。德国的Temic公司一年前制造了第一个SiGe器件。目前，在德国的Heilbron，Temic半导体公司具备一条完整的SiGe6英寸生产线，该生产线是由Daimler-Benz研究公司研究者们开发的。在该生产线上，已实现了类似于GaAs产品的HBT结构，Temic还将采用Daimler-Benz开发的SiGel艺。在CVD生长的集电极上用MBE工艺生长的SiGe基区和n发射区，生产的器件的fT达到50GHz，研制的器件的fT达到110GHz以上。
国内在技术研究方面相对国际比较落后，清华大学微电子所自行研制了适用工业生产的UHV/CVD式单片SiOe外延设备SGE400，并用该设备生长出器件质量较好的Si/SiGe异质结材料，并研制出多种SiGe器件，如研制出国内第一个SiGe微波功率HBT，PAE=63％，Gp=7.4dB连续输出功率为5w，工作频率约为IGHz。清华大学还用SGE400外延的材料，用2mm工艺，研制出高成品率的SiGe微波的低噪声HBT器件(B=100fT=15GHz噪声系数在2GHz下工作约为2dB)。清华大学微电子所采用0.5um工艺，试制成功SiGeHPMOSFET和HNMOSFET，跨导分别达到110ms/mm和290ms/mm。
SiGelC典型的应用领域有：便携电话，个人通信系统(PCS)以卫星便携电话为代表的GMPCSGPS大范围LAN指向性短距离通信(DSRC)卫星播放(DBS)同步光网络宽带无线(LMDS)等世界规模的移动通信系统。SiGeIC市场急剧扩大，市场规模将从1999年的1500万美元持续增长，预计到2013年将达到28亿美元。这种增长的背景就是通信设备IC市场的急增。SiGelC不仅适用于通信应用千兆赫兹频带的超高速电路，而且制造工艺可以沿用IHSi线，制造成本可以大大降低。含SiGeIC的RFIC整体市场规模到2013年将达到250亿美元，这样，SiGeIC约占RFIC的10％，一跃成为超高速电路的主角。
参考文献：
[1]孙自敏等，SiGe器件及其研究综述，半导体情报，1999：36(1)：18