中国硅材料产业现状分析有研半导体材料股份有限公司供稿硅材料是制造半导体器件和太阳能电池的关键材料，面对着两个发展着的产业，一个是半导体产业，一个是太阳能光伏产业。

半导体产业已经从原来周期性大起大落，平均增速达17%左右，步入一个增速减缓、起伏不大的新时代。

而光伏产业正处在以平均30%的年增长速度迅猛发展的时代。

作为这两大产业的主要原料，多晶硅紧缺的局面近期内仍将持续。

1 半导体硅片产业（1）全球半导体硅产业全球硅片材料生产，主要集中在日、美、德三国，其他还有韩国、马来西亚、芬兰、中国大陆和中国台湾地区。

生产的硅片主要有抛光片、外延片、回收片、SOI片及非抛光片等。

根据SEMI硅制造商团体(SEMI SMG)最新统计,2007年世界半导体用硅片的产量为86.61亿平方英寸（1英寸=25.4毫米）销售额为121亿美元，产量和销售额增长率分别为8%和21%。

世界硅片出货量经历了连续6年的增长。

2002-2007年世界硅片的产量和销额如表1所示：表1 2002-2007年世界硅片的产量和销售额2002 2003 2004 2005 2006 2007销售额/亿美元 55 58 73 79 100 121产量/亿英寸246.81 51.49 62.62 66.45 79.96 86.61其中: 抛光片 35.21 38.21 46.57外延片 9.43 11.11 13.63 14.44 18.21 非抛光片 2.17 2.26 2.42 2.25 2.54注：抛光片包括正片、陪片，但不包括回收片。

从表1可见，在全球硅硅片总交货面积中抛光片约占75%，硅外延片约占20%，而区熔硅片仅占5%左右。

硅外延片数量约为硅抛光片的1/3，而价格约为其1.5倍以上。

全球硅片市场在2005年以前为四大和三小厂商所控制，四大即信越、SUMCO、MEMC、瓦克，而三小为小松、东芝陶瓷、LG。

2006年SUMCO和小松合并，四大厂商的份额已占全球硅片80%以上。

四大硅片厂商规模都很大，年销售额都在10多亿美元以上，最大的信越公司年销售额更在30亿美元以上。

为保证长期安全生产，四大厂商背后均有财力更大的公司或财团支持，并且为保证自己原材料多晶硅的供应都在多晶硅的生产上占有一定股份。

由于半导体硅片领域门槛较高，存在经济和技术上的挑战，近期不大可能有新的大公司进入该领域。

而另一方面，从事小直径硅片和其他适当市场的许多小公司也会进入该领域,但这不会改变半导体硅片市场总的格局。

日本是世界硅片最大的生产国，所生产的硅片占世界硅片市场份额60%以上。

硅片按直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸和12英寸等规格。

随着历史的发展，1980年代是4英寸硅片占主流，1990年代6英寸占主流，2000年代8英寸占主流，但目前正在从8英寸向12英寸过渡，12英寸硅片增长成为硅片市场增长的主要动力。

2000年12英寸硅片在世界硅片中仅占1%，2003年占7%，2005年占20%，预计到2008年将占30%，而8英寸将下降到54%，6英寸将占11%。

近年来，硅材料加工技术取得了许多重要进展。

硅晶体生长方面最重要的进展之一是12英寸硅单晶生长技术已经成熟。

世界主要硅单晶生产商，包括信越、SUMCO、MEMC、瓦克等均采用适合于12英寸硅单晶生长的单晶炉，大都采用磁场直拉法，每炉装料量达300-350公斤，主要应用28或32英寸坩埚和热场进行硅单晶生产。

其主要前沿技术包括：1）热场设计技术，即利用计算机模拟技术，模拟晶体生长时热场的温度及其梯度的分布情况，达到晶体质量的改善；2）热屏技术，即利用热屏减少热辐射和热量损失，减少热对流，加快蒸发气体的挥发，加快晶体的冷却；3）双加热器技术，即利用上、下两加热器，保证固液界面有合适的温度梯度；4）磁场技术，即应用磁场控制熔体的对流、抑制熔体表面温度的起伏和降低硅单晶体内间隙氧的浓度；5）籽晶技术，由于大直径硅单晶的重量愈来愈重，开发出二次抓肩技术、无缩颈籽晶技术等。

此外，也开发出直拉单晶的再装料和连续加料技术。

硅晶体生长方面另一重要进展是有效控制了晶体中原生颗粒（COP）缺陷的形成。

COP缺陷的尺寸在100纳米左右，在8英寸硅片中早已存在，但随着线宽变小到100纳米以下时，这个问题变得更加突出。

由于COP缺陷会引起栅极氧化物完整性的退化和隔离的失效，MEMC公司首先开发了这种技术，之后其他主要硅片制造厂商也开发出类似技术。

这些技术根据最佳拉晶速率和固-液交界面处的最佳温度，在晶锭的整个长度和直径上抑制两类高度有害缺陷的形成。

用这些技术拉制的硅单晶制备的硅抛光片可完全满足器件的要求，因而大大提高了器件的成品率，降低了成本。

在硅片加工方面，12英寸硅单晶抛光片加工技术已经成熟。

信越公司从1996年开始，随后其他主要硅片生产商都加入12英寸硅片加工技术的开发。

这些技术包括：1）线切割技术，可以大批量切割出硅片，大大减少刀缝损失和表面机械损伤，降低生产成本；2）双面及单面磨削技术，改善了硅片的板形和提高了硅片总厚度变化（TTV）的精度；3）硅片抛光技术是硅片加工中最关键的技术之一，如何改善抛光片的局部平整度的技术是其核心问题，开发出满足0.10微米以下局部平整度要求的双面抛光技术，使12英寸硅片既有很高的平整度，又避免了有蜡抛光的蜡污染。

而双面抛光加CMP精抛的工艺，可以达到65纳米的局部平整度；4）硅片清洗技术是硅片加工中另一关键技术，目前国际上已开发出各式各样的清洗技术，如利用各种改进的RCA工艺除去表面金属和有机物沾污，利用超声加兆声（兆赫级）技术除去表面的颗粒沾污，利用各式各样的Marangoni干燥技术进行干燥处理。

以便使硅片最终的表面颗粒和金属杂质浓度低于用户要求的标准。

开发了硅片退火技术及热处理技术。

根据退火气氛不同，有氢退火、氩退火和氮退火等技术。

这些技术可以除去硅片近表面的大多数氧，从而降低硅片的体微缺陷（BMD）密度及改善栅极氧化物完整性。

此外，开发出结合内吸杂的快速热处理技术，这些技术包括MEMC研制出MDZ（魔术洁净区）硅片，WACKER开发的FlashWafer（闪存硅片），均有高的吸杂效率，都获得了有效的表面洁净区。

在外延方面，发展了外延优化衬底( EOS， Epi-Optimized Substrates)技术，大大降低外延片的成本。

成本降低主要通过几方面来实现：硅单晶拉制速度可提高几倍、硅单晶的利用率提高、抛光步骤简化、无需吸杂工艺等。

在硅单晶拉制速度提高后，晶体内缺陷尺寸减小，所需的外延层厚度也可以减小，EOS外延成本也将比普通外延低。

（2）中国半导体硅产业中国半导体硅材料行业经过四十多年发展已取得相当大的进展, 从事半导体硅单晶材料生产的单位约40余家。

我国从事半导体硅单晶和硅片的生产和科研单位有：洛阳单晶硅责任有限公司、宁波立立电子股份有限公司（前身海纳）、有研半导体材料股份有限公司、上海合晶硅材料有限公司（前身晶华）、上海申和热磁公司（日资）、无锡华润华晶微电子有限公司、峨嵋半导体材料厂、万向硅峰电子有限公司、华山半导体材料厂、上海通用硅材料有限公司、上海东洋炭素有限公司（日资）、中国电子科技集团公司第四十六研究所、天津市环欧半导体材料技术有限公司（属天津市半导体技术研究所）、珠海南科公司集团（台资）、昆山矽晶公司（台资）、上海卡姆丹克公司（美资）、新乡华丹电子有限责任公司、湖州新元泰微电子有限公司、北京建中宏发半导体材料有限公司、萧山金鹰电子材料有限公司、成都青洋电子材料有限公司、衡阳科晶微电子有限公司等。

从事硅单晶外延片生产和科研的单位有：河北普兴电子材料有限公司（属中电科集团13所）、南京国盛电子有限公司（属中电科集团55所）、宁波立立电子股份有限公司、华晶外延厂、中科院微电子中心、天津市半导体技术研究所等近10家。

2006年中国半导体用硅单晶产量达551.4吨（其中直拉475.1吨，区熔76.3吨）。

2001-2006年中国半导体单晶硅产量如表2所示：表2 2001~2006年中国半导体单晶硅产量年份 2001 2002 2003 2004 2005 2006半导体(直拉)/吨 233.9 307.7 331.2 499.3 693.5 475.1半导体(区熔)/吨 37.1 58.4 56.3 61.3 71 76.3 合计 271.0 366.1 387.5 560.6 764.5 551.4 数据来源:中国电子材料行业协会,2007-9-4 中国电子报我国半导体硅材料的产量2001~2006年增加2倍多，由于受到多晶硅材料的制约，2006年半导体直拉硅单晶产量反而有所下降。

在此期间，企业的规模也在逐渐壮大，目前国内半导体硅材料企业中年销售额较大的在7~8亿元人民币，但与国际上四大硅片厂商相比，还差得很多。

总的来看，全国销售额还不及信越一家公司销售额的1/3。

国内硅材料企业均是中小企业，存在着生产规模小、企业分散、产品档次不高的状况。

2006年我国半导体硅抛光片产量2.55亿平方英寸，外延片产量6229万平方英寸，而2006年需求量为4.3亿平方英寸。

中国半导体用硅片按各种尺寸的需求如表3所示。

表3 2006年我国半导体硅片市场对各种尺寸硅片的需求尺寸/英寸 3 4 5 6 8 12 合计半导体用需求量/亿0.55 0.750.360.91 1.64 0.07 4.28英寸2所占百分比例/% 12.85 17.528.4121.2538.32 1.64 100数据来源:赛迪顾问从表3可见，2006年我国半导体用硅片市场以8英寸需求最大,约占38%；6英寸需求次之，占21%。

下面分别简述我国各种抛光片生产经营情况：z4、5英寸抛光片在生产技术方面：单晶的电阻率、体缺陷、氧含量均可控制。

轻掺技术上已过关，重掺总体过关，但很低电阻率的单晶实收率不理想。

硅片加工在几何尺寸、表面质量上均可控制，但背封工艺不够成熟，背封后弯曲、翘曲的控制需进一步完善。

在经济方面：国内生产4、5英寸抛光片价格比国外低2~3美元，有一定竞争能力；付款周期长，在3个月以上，大部分原材料需进口，原材料采购成本较高，特别是多晶硅涨价，加上规模不大，采购成本比国外高。

此外，生产设备大都是二手设备，维修成本很高；由于科技投入少，只求节省成本，质量难以进一步提高。

总之，国内4~5英寸抛光片生产质量与国外水平相当，生产的硅片数量能满足国内需求。

但各生产企业利润很薄，举步维艰。

轻掺杂不赚钱，重掺杂稍好。

z6英寸抛光片在生产技术方面：硅片的有蜡抛光工艺中蜡膜厚度的控制需进一步提高；表面颗粒、缺陷、金属杂质的一致性需进一步改进。

在经济方面：6英寸价格比国外公司要低一些，有一定竞争力；付款比4~5英寸准时，但周期也在3个月以上，原材料采购成本比国外高，特别是多晶硅涨价带来较大影响。