什麼是電子級多晶矽?我國為什麼要如此重視

2020-12-01 電子發燒友

什麼是電子級多晶矽?我國為什麼要如此重視

工程師周亮 發表於 2018-07-12 14:40:00

什麼是電子級多晶矽？

電子級多晶矽材料是集成電路的關鍵基礎材料，過去中國市場上的集成電路用多晶矽材料基本完全依賴進口。電子級多晶矽是純度最高的多晶矽材料。

相對於太陽能級多晶矽99.9999％純度，電子級多晶矽的純度要求達到99.999999999％。5000噸的電子級多晶矽中總的雜質含量相當於一枚1元硬幣的重量。

作為集成電路行業的「基石」，電子級多晶矽一直都是國家發展集成電路產業的戰略原材料。在此之前世界範圍內能完全生產電子級多晶矽產品，只有Wacker、hemlock等企業，關鍵性的技術主要掌握在德國、日本和美國為首的企業手中。
 

電子級多晶矽產業的下遊是矽片製造商，矽片製造商把電子級多晶矽拉成單晶矽，經切片、拋光等處理後的高純度矽片交付給晶圓代工廠，晶圓廠根據晶片的設計商給出的IC設計生產集成電路裸片（即晶圓），最後晶圓交由封裝廠進行封裝，至此「晶片」生產完畢，可交由OEM廠進行組裝。

電子級多晶矽投產意義重大

2015年12月，鑫華半導體由國家集成電路產業投資基金聯手保利協鑫共同投資，建設國內首條5000噸半導體集成電路專用電子級多晶矽生產線。去年11月8日協鑫旗下鑫華半導體正式發布電子級多晶矽產品。

鑫華半導體公司第一條生產線的產能為5000噸，可保證國內企業三至五年內電子級多晶矽不會缺貨，產品質量滿足40nm及以下極大規模集成電路用12英寸單晶製造需求。同時，還將規劃再上一條5000噸生產線，以更好地滿足國際國內市場。

據徐州發布消息，江蘇鑫華半導體材料科技有限公司總經理田新表示，鑫華半導體研發團隊歷經317次電子級多晶矽生產試驗，用一年多時間，對629項技術、設備優化改進，以70%的國產設備，系統性解決了雜質釋放問題，實現了原料端徹底祛除和控制雜質，並且全球首創採用自動化無接觸矽料處理系統。

鑫華半導體材料科技有限公司副總經理張曉東表示，中國是世界最大電子產品製造國，每年對集成電路器件及晶片需求巨大，但幾十年來基本依賴歐美日進口。鑫華電子級多晶矽的自主生產，標誌著我國電子級多晶矽突破海外多年技術封鎖，填補國家集成電路產業專項一項空白。

他說：「鑫華電子級多晶矽的投產，不僅將打破國外技術、市場壟斷，填補國內半導體級原材料生產的空白，鑫華公司也將成為繼美國Hemlock、德國Wacker之後全球第三大半導體矽材料生產商。」

國內高品質多晶矽缺口依然巨大

從進口數據分析，2013年至2017年，我國多晶矽進口數量從80653噸逐年攀升至144000噸。2014年，國務院籤發了《國家集成電路產業發展推進綱要》，同時成立了國家集成電路產業投資基金，電子級多晶矽迎來重大利好。

從近十年的發展狀況來看，雖然多晶矽在我國得到長足發展，但高品質多晶矽仍然需要進口。進口數據中所有的分立器件、集成電路用多晶矽和高效光伏電池用多晶矽全部進口，國內高品質多晶矽缺口仍然巨大。

全球三大半導體矽材料生產商

上文提到，鑫華公司投產之後，有望成為繼美國Hemlock、德國Wacker之後全球第三大半導體矽材料生產商。美國Hemlock、德國Wacker已經霸佔巨頭地位多年。

德國 Wacker

簡介：瓦克是光伏領域的先驅企業之一，如今已成為多晶矽生產領域的全球市場領導者。多晶矽這種異常純淨的材料是光伏及半導體領域高級應用的核心原料。

瓦克有三個生產基地能夠根據統一而持久有效的標準生產高純多晶矽，並能夠對在生產過程中產生的副產品進行高度集成的物料循環利用，使其作為原材料得到回收利用，創造出更多的價值。

對半導體組件而言，所用材料的純度和質量對矽片的效率或產率有著決定性作用。矽片是現代微電子技術和納米電子技術的基礎。用矽製成的電子設備被廣泛應用於電腦、智慧型手機、平板顯示器、導航系統、發動機控制系統等眾多領域。

美國 Hemlock

Hemlock半導體在過去的50多年中一直是行業的領導者，為半導體和太陽能晶圓製造提供最高品質的多晶矽。

Hemlock半導體集團主要生產多晶矽原料，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。

2013年11月，多晶矽生產商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，康寧公司方面發布消息確認將其在50%的道康寧股權出售給陶氏化學，估價約為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。該交易已經在2016年6月份完成。

結束語

《中國能源報》此前報導稱，我國電子級多晶矽的研製始於二十世紀五十年代，六十年代中期進入批量生產，至七十年代末改良西門子法的生產技術、工藝已臻成熟。

那時儘管生產規模小，設備簡陋，但因當時國內需求少，生產的產品基本能夠滿足國內需求。此後由於國內產量不足、質量不穩定等原因，我國開始大量進口電子級多晶矽。

現在鑫華半導體終於量產，甚至有望躋身全球前三大半導體矽材料生產商之列，目前不僅已經向國內部分晶圓加工廠批量供貨，而且也有一批集成電路用高純度矽料出口。未來我國將逐步減少電子級多晶矽進口，助力該領域巨頭壟斷問題得到緩解。

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