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初生已成虎狼之势,国产大硅片企业自有燎原之法?

2019/02/03
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这两年,国内大兴建造晶圆厂。但和集成电路的其他领域一样,中国在硅晶圆产业方面的不完善,在某种程度上看来,会成为中国集成电路发展的瓶颈。有见及此,最近两年,国内掀起了一股硅片建设潮。

硅片是什么?
硅晶圆也称硅片,是将石英砂经过冶炼、提成和其他多道工序制备的产品。由于这些硅片对纯度(一般要求达到 99.9999%,甚至达到 99.9999999%的)和杂质(杂质的含量降到 10-9)有严格的要求,尤其是电子级别的硅晶圆,对原料纯度,管道清洗,提纯塔,厂房洁净度的要求更是到了苛刻的地步。对这就给新入者设立了一个极高的障碍。
 

硅片的制造流程

在这个过程中,除了化学材料之外,设备也是一个重要的关键。首先在制备硅锭过程中所需的炉子,然后就是制造硅片所需的各种设备。

以我们最熟悉的集成电路使用的单晶硅硅片为例。从硅棒到单晶硅抛光硅片的过程中,需要经历:单晶生长→切断→外径滚磨→平边或 V 型槽处理→切片,倒角→研磨,腐蚀 -- 抛光→清洗→包装等流程,这就要求在一条产线中要有磨床、倒角机、内院切割机或线切割机、研磨机和多片式抛光机或单片式抛光机。当中的大部分设备是由德国科堡、博世,日本日立、精机,瑞士 M&B 和荷兰 ASML 等公司提供。这些设备的供应和使用也有可能成为硅片制造的掣肘。

国内硅片市场现状
直至目前,中国在 8 及 12 英寸硅片生产上已投资数百亿元人民币。


 

抛开外资晶圆厂(三星西安、SK 海力士无锡、英特尔大连、联芯厦门、成都格芯等),多数国内新建的 8/12 英寸 Fab 厂主要集中在浙江、安徽、江苏三省以及上海这块区域。而国产 8/12 英寸大硅片项目中,拉晶产线主要位于宁夏、内蒙等地,而切片生产线主要集中在浙江、安徽、江苏三省以及上海,比如杭州的中芯晶圆,金瑞泓、上海超硅、上海新昇、中环领先半导体、安徽易芯等,与多数国内新建的 8/12 英寸 Fab 厂地理距离较小。低运输费用将推动未来中国大硅片产业配套能力。未来新增产能,也将将带动半导体材料及设备的强劲需求。


 

从大硅片供应链来看,设备及材料这块基本被美国、德国、日本、韩国等厂商所控制。日本企业尤为突出,在切、磨、抛设备及浆料、切削油等材料方面占据主导地位。

那国内大硅片项目到底进展到哪一步了呢?就让与非网小编带大家来了解一下吧~

 

杭州中芯晶圆
10 月 8 日上午,总投资达 10 亿美元的杭州中芯晶圆大尺寸硅片项目正式完成主体结构封顶工作。接下来,工厂马上将进入装饰装修、机电设备安装等施工阶段,预计年内可完成土建施工,并于 2019 年 4 月投产。

杭州中芯晶圆半导体股份有限公司由日本株式会社 Ferrotec Holdings、杭州大和热磁电子有限公司、上海申和热磁电子有限公司合资建立,位于杭州大江东产业集聚区,注册资本 29 亿元,占地 13.34 多万平方米,厂房面积约 15 万平方米。

该项目拟建设 3 条 8 英寸(200mm)、2 条 12 英寸(300mm)半导体硅片生产线,预计全部达产后,将达到 8 英寸年产 540 万片、12 英寸年产 288 万片半导体硅片的生产能力。建成后,8 英寸硅片生产线将成为目前国内规模最大、技术最成熟的生产线,12 英寸硅片生产线则将成为国内首条实现量产的生产线。

金瑞泓
金瑞泓科技(衢州)有限公司投资 70418 万元,在衢州市绿色产业集聚区新增土地约 100 亩,新建厂房及配套设施。项目分期实施,一期实施 60 万片 / 年外延片生产线,其中原料抛光片外购,不自行生产;二期实施 60 万片 / 年外延片生产线,其中原料抛光片(含一期)自行生产,原材料为重掺磷直拉硅单晶锭。


 

主要设备:外延炉 5 台、硅片清洗机 1 台、片盒清洗机 1 台、钟罩清洗机 1 台、单晶炉 30 台、化腐清洗机 5 台、切断机 2 台、滚圆机 2 台、线切割 7 台、切片清洗机 1 台、倒角机 5 台、磨片机 2 台、磨片清洗机 1 台、酸腐蚀机 1 台、喷砂机 1 台、喷砂清洗机 1 台、热处理炉 3 台、SiO2 边缘剥离机 1 台、自动清洗机 1 台、边缘抛光机 1 台、抛光机 2 台、一次清洗机 1 台、片盒清洗机 1 台、最终清洗机 1 台等。

项目优势:

1. 建立了完善的单晶炉热场设计理论和大直径硅单晶生长理论,掌握了 8 英寸低 cop 和无 cop 完美单晶生长技术。本项目原材料为重掺磷直拉硅单晶锭。

2. 掌握了高平整度 8 英寸硅片抛光技术、高洁净度硅片清洗技术和缺陷工程技术,硅片几何参数和表面颗粒指标达到了 8 英寸集成电路的高标准,其中主要指标:SFQR<0.13um,TTV<1.5um。

3. 掌握了 8 英寸大直径硅片外延技术,在大直径硅片条件下实现高厚度、高电阻率均匀性要求和热应力控制(滑移线)。掌握了电阻率小于 0.004Ωcm 的 8 英寸重掺硼衬底无失配(misfit)外延技术,这项技术具有世界领先的技术水平。

4. 硅外延生产线引进意大利进口生产线,在国际上属于先进水平,并且拥有与之配套的氢气纯化、硅源温度控制、尾气处理、高纯气体输送等辅助设备。

5. 检测、分析方面,配置先进的汞探针测试仪、红外测试仪、无损伤少子寿命测试仪、四探针测试仪、硅表面颗粒扫描仪等。

6. 物料的输送均采用密闭系统,DSC 集中控制。

 

上海新昇
上海新昇半导体科技有限公司 12 英寸大硅片项目位于上海浦东新区临港重装备园区,一期项目投资 18 亿元,设计产能为 15 万片 / 月的 12 英寸硅片,预计全年电子级多晶硅使用量为 450 吨,目前已经投产。

作为国内首个 300mm 大硅片项目,上海新昇的动态一直备受业界关注,继向上海华力微销售正片后,日前再传出好消息:其大硅片已通过中芯国际认证。

上海新昇项目于 2015 年 7 月正式动工,自 2017 年第二季度开始有挡片、空片、陪片等测试片的销售,并向中芯国际、上海华力微、武汉新芯等晶圆制造企业提供正片进行认证。2018 年一季度末,上海新昇 300mm 硅片正片通过上海华力微的认证并开始销售, 如今终于传来好消息。12 月 20 日,上海新阳在互动平台上透露,上海新昇公司大硅片已通过中芯国际认证。这对于上海新昇甚至整个国产硅片而言都是个好消息。

项目优势:
1. 本项目所使用的技术均来自上海新昇开发的技术以及引进部分关键核心技术,在生产设备与机台的选型上采用具有国际或国内先进水平的高效低耗的设备,以降低能耗。

2. 上海新昇将设立专职的研发部门,分别为前后段的工艺、设备、品管和产品优良率从事研究和开发工作。

3. 上海新昇与韩国的 S 公司和美国的 K 公司达成协议,三方组成研发团队,共同为本公司的各种拉晶炉进行不断的研发与改进。同时上海新昇的研发团队还将对“回火炉和表面处理炉”等关键技术和设备继续研发。

目前该项目已经投产,产品已经通过了华力微电子的认证,中芯国际认证。

西安奕斯伟硅产业基地项目
西安奕斯伟硅片技术有限公司成立于 2018 年 2 月,是奕斯伟科技有限公司(ESWIN)在西安成立的硅材料制造公司。该项目投资 30 亿元,地点位于长安通讯产业园区,设计产能为 5 万片 / 月的 12 英寸硅片。从开工到投产运营预计共 21 个月,于 2020 年 6 月投产。

1 月 17 日,西安奕斯伟硅产业基地项目正式封顶, 最终目标:月产能 100 万片


项目优势:
1. 拉晶方面将优选具有最佳直径控制系统和生长系统的拉晶炉,配备 32 寸的热场,通过加载超导磁场控制熔体对流,拉直无错位的单晶硅棒。

2. 硅片加工技术采用目前业内最先进的切片设备,保证硅片的切制品质,配置德国的抛光设备,保证硅片表面的几何结构达到先进纳米制程的需求。

3. 在清洗设备的选择上,将选择最佳的日本清洗设备,配置最高等的洁净间设计、动力供给和生产管控,去除硅片表面残留的颗粒。

4. 外延工序,优选最佳的美国外延设备,该设备能有效降低外延生长过程中原子间的滑移,确保外延片的质量。

郑州合晶硅片项目
郑州合晶硅材料有限公司成立于 2017 年 2 月,是由中国台湾合晶科技集团下属的上海合晶硅材料有限公司和上海晶盟硅材料有限公司共同出资组建,投资 12 亿元在郑州航空港经济综合实验区建设年产 240 万片 200mm 硅单晶抛光片生产项目。中国台湾合晶科技集团公司是全球第七大硅片供应商,也是全球前三的低阻重掺硅片供应商,致力于半导体硅片产业已有 20 余年。

本项目设计生产 200mm 轻掺硅单晶抛光片(轻掺硼、轻掺磷)120 万片 / 年;200mm 重掺硅单晶抛光片(重掺硼、重掺磷、重掺砷、重掺锑)120 万片 / 年,每年约消耗 300 万吨电子级多晶硅。


 

项目优势:
1. 采用先进的直拉法长晶技术,长晶条件稳定,可得到电阻率及掺质分布均匀的优质单晶。

2. 应用先进的液体覆盖直拉技术,即在晶体生长室内充入惰性气体,使其压力大于熔体的分解压力,以抑制熔体中挥发性组元的蒸发损失。

3. 使用清洁的面清洗电子级多晶硅原料,从源头上减少污染物的产生。

4. 采用先进的切、磨、抛和洁净封装工艺,保证产品质量和优良的性能指标。

5. 本次工程中的长晶炉、坩埚、石墨加热器、线切割机 / 钢线、研磨机及配套组件均选用国外先进生产设备。

6. 采用节能设备降低能耗,并使用自控技术方案,提高了生产自动化水平。

 

安徽易芯
安徽易芯半导体公司年产 160 万片 12 英寸半导体硅片项目,地点位于合肥市新站区佳海工业园,一期项目总投资 8900 万元建设年产 96 吨 12 英寸半导体级单晶硅棒,每年约消耗 97.2 吨电子级多晶硅。

项目优势:
1. 本项目所使用的技术均来自安徽易芯开发的技术以及引进部分关键核心技术,在生产设备与机台的选型上采用具有国际或国内先进水平的高效低耗的设备,以降低能耗。

2. 一期项目单晶硅棒生产过程中使用的原料主要为免洗多晶硅,辅料有母合金(主要成分为硅),符合清洁生产要求。
 

北京有研
北京有研科技集团有限公司(简称有研集团)创建于 1952 年,是我国有色金属行业以创新为引领的综合性工程技术研究开发和高新技术产业培育实体,现为国务院国资委管理的中央企业,注册资金为 30 亿元。

公司主要从事微电子与光电子材料、新能源材料、有色金属特殊功能材料、有色金属结构材料与制备加工技术、有色金属粉末及粉末冶金、有色金属选矿冶金技术、特种装备研制、有色金属材料分析与测试、有色金属科技情报与软科学、材料计算与模拟仿真等领域的工程化技术研究开发、服务和产业化。在半导体材料、有色金属复合材料、稀土材料、生物冶金、材料制备加工、分析测试、新能源材料等领域拥有 16 个国家级研究中心和实验室,承担了一批国家重大科技专项研究课题和国家战略性新兴产业开发项目。

产品信息:
大直径单晶硅(片):有研总院拥有国内规模最大、技术水平最先进的集成电路用硅单晶生产能力,可生产直径 200mm-450mm 的系列大直径单晶硅棒、重掺硅抛光片和轻掺抛光片。产品得到了美国、日本和韩国等重要高端客户的高度评价,主要应用于大规模集成电路领域。

 

区熔单晶硅:有研总院具备生产系列区熔硅单晶产品的能力,产品用于电力整流器晶闸管、可关断门极晶闸管(GTO)、功率场效应管MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管IGBT)、功率集成电路(PIC)等电力电子器件

洛阳麦斯克
洛阳麦斯克电子材料有限公司(简称:MCL)创建于 1995 年 12 月。主要产品是生产大规模集成电路级(IC 级)4 英寸、5 英寸、6 英寸和 8 英寸硅抛光片。

MCL 是全球性硅片供应商之一。产品主要销往世界各地。如:美国、韩国、新加坡、日本、印度、中国香港等,同时保证国内外知名企业的产品供应。

为了使 MCL 成为世界上先进的硅片供应商,MCL 在成立之初就按照 ISO9002 标准建立了比较完整的管理体系。并于 1998 年 1 月 15 日通过了 SGS YARSHLEY 和中国赛宝质量认证中心的管理体系认证。2001 年 5 月通过了这两家公司的 ISO9001:2000 版的认证。2004 年 12 月通过了 SGS 审核的 TS16949 认证,2007 年 2 月又通过了 ISO14001 认证。

产品信息:

 

 

上海晶盟
上海晶盟硅材料有限公司隶属于合晶科技股份有限公司,合晶科技股份有限公司成立于 1997 年,创始团队来自美国硅谷及国内半导体产业,团队成员皆在半导体产业深耕已久。合晶目前已成为全球前十大半导体硅芯片材料供货商之一。主要产品为半导体级抛光硅芯片与半导体级外延片。

产品信息:
抛光片:合晶科技主要的抛光片为 4~8 吋低缺陷、高平坦度的硅芯片, 同时提供硼、磷、砷、锑等不同掺杂的硅芯片以供客户不同应用所需,并针对目前节能趋势提供低阻超重掺硅芯片技术以满足功率组件降低开路电阻(RDS(on))的需求。


 

外延片:除抛光片外,合晶科技亦提供高质量 4"~8" 外延片及埋层外延代工以满足客户对 CMOS 与功率组件的需求, 以达成对客户 one stop shopping 的服务。

 

申和热磁
上海申和热磁电子有限公司是由日本磁性流体技术株式会社投资于上海宝山城市工业园区的全资公司。公司创立于 1995 年 5 月,现投资总额 175.8 亿日元,注册资本 90.8 亿日元。

上海申和热磁电子有限公司下设 TE 事业部、新能源材料事业部、半导体硅片事业部、表面处理事业部、洗净事业部。主要产品包括 8 英寸(含 8 英寸)以下各种规格的太阳能级单、多晶硅锭和单、多晶硅片, 4”-6”MOS、微波电路、存储器电路及大功率器件使用的外延衬底重掺的半导体研磨片和抛光片,半导体热电材料,覆铜陶瓷基板,精密零部件洗净再生和电镀服务。产品涉及电子、半导体、太阳能发电等产业领域。产品受到国内外客户的认可好评。

产品信息:
半导体硅片:2002 年,上海申和半导体硅片事业部从日本东芝陶瓷引进先进的 4~6inch 硅片生产线,采用日本先进的生产工艺技术和生产管理模式,主要生产 4”-6”MOS、微波电路、存储器电路及大功率器件使用的外延衬底重掺的半导体研磨片和抛光片。年生产能力达 500 万片,产业规模和产品质量水平位居中国前列。


 

 

中环环欧
天津市环欧半导体材料技术有限公司成立于 2000 年,国有控股企业,前身为天津半导体材料厂,是我国最早的半导体材料专业生产厂家之一,拥有 50 余年的半导体晶体生产历史和专业经验。公司经营的产品全部由公司独立开发和生产,拥有多项国家授权发明专利,形成了直拉单晶硅、区熔单晶硅、直拉硅片、区熔硅片四大产品系列。环欧区熔硅单晶 / 片的国内市场占有率超过 75%以上,全球市场占有率超过 18%,成为中国最大、全球第三的经销商。

2008 年开始环欧公司先后投资成立了天津中环领先材料技术有限公司(主要产品:抛光片)、内蒙古中环光伏材料有限公司(主要产品:太阳能硅片)、内蒙古欧晶石英有限公司(主要产品:石英埚)、天津环欧国际硅材料有限公司(贸易公司)、呼和浩特市欧通能源科技有限公司(主要 产品:再生砂)。各子公司的组建延伸了环欧公司的产业链,拓展了产品应用领域,为进一步拓展国内外市场提供了强有力的保障。

产品信息:

本征及超高阻区熔硅单晶(FZ-Silicon):通过区熔工艺拉制的低杂质含量、低缺陷密度,晶格结构完美的硅单晶,晶体生长过程中不引入任何杂质,其电阻率通常在 1000Ωcm 以上,主要用于制作高反压器件和光电子器件
 

中子辐照区熔硅单晶(NTDFZ-Silicon):本征区熔硅单晶通过中子辐照可获得高电阻率均匀性的硅单晶,保证了器件制作的成品率和一致性。主要用于制作硅整流器(SR)、可控硅(SCR)、巨型晶体管(GTR)、晶闸管(GRO)、静电感应晶闸管(SITH)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、超高压二极管(PIN)、 智能功率器件(SMART POWER)、功率集成器件(POWER IC)等,是各类变频器、整流器、大功率控制器件、新型电力电子器件的主体功能材料,也是多种探测器、传感器、光电子器件和特殊功率器件等的主体功能材料。

气相掺杂区熔硅单晶(GDFZ-Silicon):利用杂质的扩散机理,在用区熔工艺拉制硅单晶的过程中加入气相杂质,从根本上解决了区熔工艺掺杂困难的问题,可得到任意导电型号、宽电阻率范围、电阻率均匀性与中子辐照相当的大直径低成本区熔气掺硅单晶,其电阻率在 0.01-200Ω.cm,少子寿命达 500-2000s,径向电阻率不均匀性≤10%,。适用于制作各类半导体功率器件、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、高效太阳能电池等。
 

直拉区熔硅单晶(CFZ-Silicon):采用直拉与区熔两种工艺相结合的方式拉制硅单晶,产品质量介于直拉单晶和区熔单晶之间。可掺入特殊元素例如镓(Ga)、锗(Ge)等。采用直拉区熔法制备的新一代 CFZ 太阳能硅片,其各项性能指标均远优于当前全球光伏产业使用的各类硅片,太阳能电池转换效率高达 24-26%。产品主要应用于特殊结构、背接触、HIT 等特殊工艺制作的高效太阳能电池上,并更为广泛的用于 LED、功率器件、汽车、卫星等众多产品和领域中。

 

宁夏银和
宁夏银和半导体科技有限公司成立于 2015 年。公司主要经营半导体晶锭、硅片的生产、销售及进出口;半导体集成电路零部件生产、配套、销售及进出口;半导体材料的研发、咨询服务。

产品信息:

今年 3 月,总投资 16 亿元的宁夏银和半导体科技有限公司大尺寸半导体硅片项目在银川经济技术开发区开工。该项目建成后,可年产 420 万片 8 英寸半导体级单晶硅片和年产 240 万片 12 英寸半导体级单晶硅片。

中晶(嘉兴)半导体

中晶(嘉兴)半导体有限公司年产 480 万片 300mm 大硅片项目选址嘉兴科技城产业加速与示范区。其中一期投资 60 亿元,固定资产投资超 56 亿元,用地面积 139 亩,计划建设 300mm 单晶硅片生产线。

项目计划于 2021 年 2 月竣工投产,建成后规划年产能可达 480 万片 300mm 大硅片,预计实现年销售产值达 35 亿元。该项目投资强度可达每亩 4080 万元,年产出可达每亩 2450 万元,年税收不低于每亩 200 万元,具有投资强度大、土地使用率高、产出效益高、税收贡献大等特点。

总结
虽然目前与国外企业差距甚大,但是中国企业的追赶也已经起步。中国企业在半导体大硅片材料、设备领域较为薄弱,需要与国际领军企业交流学习技术,借鉴成功经验,发展壮大。助力中国半导体产业的崛起。

在未来的数年,物联网人工智能汽车电子的火热,势必会持续推动半导体市场的发展,全球晶圆厂关闭潮,与国内疯狂建晶圆代工厂的现状,必然给国内带来巨大的硅片需求,因此建设自主的硅片供应商是势在必行,国内企业扬帆起航指日可待。

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