“青海堅定不移打造千億元新材料產(chǎn)業(yè)鏈，努力把集成電路產(chǎn)業(yè)做大做強，力爭使我省集成電路材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展走在全國前列。”近日，在由中國半導體協(xié)會、青海省經(jīng)濟和信息化委員會主辦，國家電投集團黃河上游水電開發(fā)有限責任公司（以下簡稱：黃河公司）承辦的“集成電路硅材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展座談會”上，青海省人民政府副省長王黎明表示。
青海擁有國內(nèi)第一條電子級多晶硅生產(chǎn)線，這條由黃河公司建成的生產(chǎn)線生產(chǎn)的“黃河水電多晶硅”純度符合集成電路應用，產(chǎn)品質(zhì)量達到國外主要電子級多晶硅生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量標準，填補了國內(nèi)半導體應用材料國產(chǎn)化的空白，打破了國內(nèi)市場長期由國外公司壟斷的格局，奠定了青海成為我國集成電路材料生產(chǎn)基地的基礎。
打破壟斷
“電子級多晶硅是制備集成電路的關鍵基礎材料，也是《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》確定的發(fā)展重點之一。該產(chǎn)業(yè)具有技術門檻高、市場高度壟斷、盈利難度大的特點。”工業(yè)和信息化部電子司副司長吳勝武在座談會上指出。
受到10/7nm高階制程競賽、3DNAND快速發(fā)展和中國大陸興建多個12英寸晶圓廠的需求推動，未來幾年，硅晶圓缺貨將是常態(tài)。根據(jù)Gartner預測，2020年全球硅晶圓市場規(guī)模將達到110億美元。但從2016年的情況來看，包括SUMCO、信越在內(nèi)的全球前五大硅晶圓供應商營收合計可占全部市場的90%。
雖然我國多晶硅產(chǎn)量位居世界第一，2016年約為19.4萬噸，占全球總產(chǎn)量的48.5%。但其中絕大部分僅能達到太陽能級多晶硅材料標準，國內(nèi)也只有少數(shù)幾家公司能供應電子級多晶硅產(chǎn)品，且主要用于半導體分立器件硅片生產(chǎn)，大尺寸集成電路硅片用多晶硅還是依賴進口。據(jù)記者了解，中芯國際99%的硅晶圓采購于國外企業(yè)，華虹宏力近98.5%的硅晶圓采購于國外企業(yè)。
“電子級多晶硅是國家發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略原材料，國內(nèi)高品質(zhì)多晶硅缺口巨大，發(fā)展國產(chǎn)電子級多晶硅需求迫切。”黃河公司總經(jīng)理魏顯貴告訴記者。
承擔了國家科技重大專項——《極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝》（02專項）電子級多晶硅材料研發(fā)工作的黃河公司，在2007年開工建設了國內(nèi)第一條電子級多晶硅生產(chǎn)線，2010年建成投產(chǎn)。2011年11月，黃河公司生產(chǎn)的高純電子級多晶硅開始由硅片廠家進行質(zhì)量評估。2013年，電子級多晶硅開始批量銷售。
目前，黃河公司生產(chǎn)的電子級多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)達到02專項全部要求，年產(chǎn)2500噸電子級多晶硅，已經(jīng)連續(xù)4年銷售量超過百噸，國內(nèi)市場占有率已達到10%，還與浙江金瑞泓科技股份有限公司簽訂長期合作框架協(xié)議，成為目前國內(nèi)唯一一家實現(xiàn)半導體級硅料銷售且產(chǎn)品應用于集成電路行業(yè)的多晶硅企業(yè)。
設計先進
黃河公司新能源分公司總經(jīng)理劉剛向記者指出，想要成功生產(chǎn)電子級多晶硅難度很大，黃河公司采用的是改良西門子法。
“攻克電子級多晶硅的關鍵首先在于要采用領先的質(zhì)量設計，產(chǎn)品在進行設計時就按照電子級標準；其次，要采用專用的材料和設備，按照最高潔凈等級規(guī)范進行施工和檢修；再次，要進行全面的質(zhì)量控制，使用覆蓋全過程的質(zhì)量標準、全面質(zhì)量控制點、取樣系統(tǒng)、中間產(chǎn)品評價系統(tǒng)和準確的檢測分析實驗室；最后，實現(xiàn)完全環(huán)保和閉路循環(huán)，多晶硅副產(chǎn)物綜合利用率達到98%，水循環(huán)利用率達到99%。”劉剛說。
為此，黃河公司進行了大量的質(zhì)量研究，主要集中在9個方面，包括冷氫化和原料選擇、精餾去雜質(zhì)和精細化控制、還原生長工藝研究、尾氣凈化工藝和技術、硅芯質(zhì)量研究和改進、酸洗工藝選擇和優(yōu)化、包裝方式和材料、運輸方式研究和優(yōu)化、客戶定制化產(chǎn)品等。
黃河公司還率先在國內(nèi)建立了完整的滿足國際半導體材料與設備協(xié)會（SEMI）標準的電子級多晶硅產(chǎn)品檢測標準、指標體系和檢測質(zhì)量控制流程，并在2012年取得了中國合格評定國家認可委員會認可的檢測實驗室，成為國內(nèi)首家通過CANS認可的多晶硅實驗室，也是唯一按照SEMI標準配置的多晶硅檢測實驗室。
經(jīng)過漫長的質(zhì)量評估過程，“黃河水電多晶硅”產(chǎn)品在4~5年的時間內(nèi)得到了下游客戶對產(chǎn)品質(zhì)量方面的認可，“黃河水電多晶硅”可滿足用于生產(chǎn)3~8英寸重摻、輕摻拋光片和外延片、12英寸拋光片等，與國外產(chǎn)品質(zhì)量無差異，累計銷量已超過985噸。
繼續(xù)提升
“黃河公司將繼續(xù)致力于核心技術研發(fā)，以創(chuàng)新驅(qū)動引領未來發(fā)展，不斷提升國內(nèi)電子級多晶硅市場占有率，與大家一起共同推動我國集成電路行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。”魏顯貴強調(diào)。
目前，“黃河水電多晶硅”的產(chǎn)品指標已達到國際先進水平，其中氧含量小于0.02ppma，碳含量小于0.02ppma，受主雜質(zhì)小于0.03ppba，施主雜質(zhì)小于0.05ppba，基體總金屬雜質(zhì)小于2ppbw。從拉晶成晶率、導電型號、電阻率、成型情況等參數(shù)上看，與德國、日本知名多晶硅也基本相當。
“與國外先進水平相比，黃河水電多晶硅在產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性和產(chǎn)能上還需要提升。”劉剛指出。
下一步，黃河公司將在質(zhì)量指標上，努力使產(chǎn)品質(zhì)量滿足8~12英寸集成電路硅片用多晶硅要求，使質(zhì)量指標中的施、受主雜質(zhì)進一步降低，體金屬穩(wěn)定控制、質(zhì)量穩(wěn)定性控制在1ppwb以內(nèi)，表金屬雜質(zhì)控制在2ppbw以內(nèi)；在質(zhì)量穩(wěn)定性上，進一步加強產(chǎn)品質(zhì)量批次間穩(wěn)定性，交付給客戶品質(zhì)更加均勻和穩(wěn)定的產(chǎn)品。
在產(chǎn)能上，黃河公司預計2018年開始啟動技改和擴充產(chǎn)能計劃，到2019年將年產(chǎn)能擴充至3300噸，到2020年實現(xiàn)區(qū)熔多晶硅棒年產(chǎn)能50噸、集成電路大尺寸用多晶硅年產(chǎn)能2000噸、分立器件用多晶硅年產(chǎn)能800噸、高效太陽能電池用多晶硅年產(chǎn)能450噸。（本報記者劉靜）
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