電子級多晶硅材料是純度最高的多晶硅材料,是集成電路的關(guān)鍵基礎材料,過(guò)去中國市場(chǎng)上的集成電路用多晶硅材料基本完全依賴(lài)進(jìn)口。
相對于太陽(yáng)能級多晶硅99.9999%純度,電子級多晶硅的純度要求達到99.999999999%。5000噸的電子級多晶硅中總的雜質(zhì)含量相當于一枚1元硬幣的重量。
作為集成電路行業(yè)的“基石”,電子級多晶硅一直都是國家發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的戰略原材料。在此之前世界范圍內能完全生產(chǎn)電子級多晶硅產(chǎn)品,只有Wacker、hemlock等企業(yè),關(guān)鍵性的技術(shù)主要掌握在德國、日本和美國為首的企業(yè)手中。
電子級多晶硅產(chǎn)業(yè)的下游是硅片制造商,硅片制造商把電子級多晶硅拉成單晶硅,經(jīng)切片、拋光等處理后的高純度硅片交付給晶圓代工廠(chǎng),晶圓廠(chǎng)根據芯片的設計商給出的IC設計生產(chǎn)集成電路裸片(即晶圓),最后晶圓交由封裝廠(chǎng)進(jìn)行封裝,至此“芯片”生產(chǎn)完畢,可交由OEM廠(chǎng)進(jìn)行組裝。
2015年12月,鑫華半導體由國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金聯(lián)手保利協(xié)鑫共同投資,建設國內首條5000噸半導體集成電路專(zhuān)用電子級多晶硅生產(chǎn)線(xiàn)。2017年11月8日協(xié)鑫旗下鑫華半導體正式發(fā)布電子級多晶硅產(chǎn)品。
鑫華半導體公司第一條生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)能為5000噸,可保證國內企業(yè)三至五年內電子級多晶硅不會(huì )缺貨,產(chǎn)品質(zhì)量滿(mǎn)足40nm及以下極大規模集成電路用12英寸單晶制造需求。同時(shí),還將規劃再上一條5000噸生產(chǎn)線(xiàn),以更好地滿(mǎn)足國際國內市場(chǎng)。
江蘇鑫華半導體材料科技有限公司總經(jīng)理田新表示,鑫華半導體研發(fā)團隊歷經(jīng)317次電子級多晶硅生產(chǎn)試驗,用一年多時(shí)間,對629項技術(shù)、設備優(yōu)化改進(jìn),以70%的國產(chǎn)設備,系統性解決了雜質(zhì)釋放問(wèn)題,實(shí)現了原料端徹底祛除和控制雜質(zhì),并且全球首創(chuàng )采用自動(dòng)化無(wú)接觸硅料處理系統。
鑫華半導體材料科技有限公司副總經(jīng)理張曉東表示,中國是世界最大電子產(chǎn)品制造國,每年對集成電路器件及芯片需求巨大,但幾十年來(lái)基本依賴(lài)歐美日進(jìn)口。鑫華電子級多晶硅的自主生產(chǎn),標志著(zhù)我國電子級多晶硅突破海外多年技術(shù)封鎖,填補國家集成電路產(chǎn)業(yè)專(zhuān)項一項空白。
他說(shuō):“鑫華電子級多晶硅的投產(chǎn),不僅將打破國外技術(shù)、市場(chǎng)壟斷,填補國內半導體級原材料生產(chǎn)的空白,鑫華公司也將成為繼美國Hemlock、德國Wacker之后全球第三大半導體硅材料生產(chǎn)商。”
從進(jìn)口數據分析,2013年至2017年,我國多晶硅進(jìn)口數量從80653噸逐年攀升至144000噸。2014年,國務(wù)院簽發(fā)了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》,同時(shí)成立了國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金,電子級多晶硅迎來(lái)重大利好。
從近十年的發(fā)展狀況來(lái)看,雖然多晶硅在我國得到長(cháng)足發(fā)展,但高品質(zhì)多晶硅仍然需要進(jìn)口。進(jìn)口數據中所有的分立器件、集成電路用多晶硅和高效光伏電池用多晶硅全部進(jìn)口,國內高品質(zhì)多晶硅缺口仍然巨大。
德國 Wacker
瓦克是光伏領(lǐng)域的先驅企業(yè)之一,如今已成為多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域的全球市場(chǎng)領(lǐng)導者。多晶硅這種異常純凈的材料是光伏及半導體領(lǐng)域高級應用的核心原料。
瓦克有三個(gè)生產(chǎn)基地能夠根據統一而持久有效的標準生產(chǎn)高純多晶硅,并能夠對在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品進(jìn)行高度集成的物料循環(huán)利用,使其作為原材料得到回收利用,創(chuàng )造出更多的價(jià)值。
對半導體組件而言,所用材料的純度和質(zhì)量對硅片的效率或產(chǎn)率有著(zhù)決定性作用。硅片是現代微電子技術(shù)和納米電子技術(shù)的基礎。用硅制成的電子設備被廣泛應用于電腦、智能手機、平板顯示器、導航系統、發(fā)動(dòng)機控制系統等眾多領(lǐng)域。
美國 Hemlock
Hemlock半導體在過(guò)去的50多年中一直是行業(yè)的領(lǐng)導者,為半導體和太陽(yáng)能晶圓制造提供最高品質(zhì)的多晶硅。
Hemlock半導體集團主要生產(chǎn)多晶硅原料,該公司是美國道康寧公司、信越半導體(Shin-Etsu Handotai )與三菱材料集團(Mitsubishi Materials Corp.)成立的合資企業(yè)。
2013年11月,多晶硅生產(chǎn)商Hemlock Semiconductor的小股東三菱綜合材料公司(Mitsubishi Materials),將其在該公司的股份以2.4億美元出售給道康寧公司(Dow Corning),道康寧獲得Hemlock全部股權。
2015年12月,康寧公司方面發(fā)布消息確認將其在50%的道康寧股權出售給陶氏化學(xué),估價(jià)約為48億美元現金,以及在道康寧旗下公司Hemlock Semiconductor Group中所持的股份。該交易已經(jīng)在2016年6月份完成。
我國電子級多晶硅的研制始于二十世紀五十年代,六十年代中期進(jìn)入批量生產(chǎn),至七十年代末改良西門(mén)子法的生產(chǎn)技術(shù)、工藝已臻成熟。
那時(shí)盡管生產(chǎn)規模小,設備簡(jiǎn)陋,但因當時(shí)國內需求少,生產(chǎn)的產(chǎn)品基本能夠滿(mǎn)足國內需求。此后由于國內產(chǎn)量不足、質(zhì)量不穩定等原因,我國開(kāi)始大量進(jìn)口電子級多晶硅。
現在鑫華半導體終于量產(chǎn),甚至有望躋身全球前三大半導體硅材料生產(chǎn)商之列,目前不僅已經(jīng)向國內部分晶圓加工廠(chǎng)批量供貨,而且也有一批集成電路用高純度硅料出口。未來(lái)我國將逐步減少電子級多晶硅進(jìn)口,助力該領(lǐng)域巨頭壟斷問(wèn)題得到緩解。