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硅材料（多晶硅、单晶硅、硅外延片）
在当今全球超过2000亿美元的电子通信半导体市场中，95%以上的半导体器件是用硅材料制作的，集成电路的99%以上是用硅制作的。相对其它半导体材料而言，硅具有廉价丰富、易于生长大尺寸高纯度晶体及热性能与机械性能优良等优点。目前世界上硅单晶片的年产量已达60亿平方英寸，其中全球Ø8″硅片的年需要量已超过29亿平方英寸，约合5800吨单晶。各国对硅单晶材料的消耗量反映了各国集成电路制造业的规模和工艺水平。而各国的硅单晶材料和硅抛光片的制造水平也是各国集成电路产业是否独立自主的重要标志。
略 1、生产能力及产量 我国从20世纪60年代中期开始批量生产多晶硅，后来生产厂家不断增加。据1983年统计为18家，生产能力为150吨；由于经济效益的关系，到1987年剩下7家，生产能力为112吨；到1998年只有两家，四佳峨眉半导体厂和洛阳单晶硅厂，其生产能力为80吨，产量约60吨；2000年峨眉厂又立项“年产1000吨多晶硅高新技术产业化示范工程”项目要靠进口。 2、质量与成本
我国多晶硅的质量能满足集成电路用单晶的要求，但不能完全满足高阻区熔硅的要求。 我国多晶硅的成本比国外高，其原因是规模小、消耗高。表1列出我国目前多晶硅厂的消耗与国外先进厂家的比较。 表1
国内外多晶硅消耗指标对比表（以1Kg多晶硅计） 略 由于消耗高、规模小，所以价格远高于国外，国内多晶硅售价为500元/kg以上，国外，直拉用多晶硅为40—50美元/kg以上，区熔用多晶硅为60—70美元/kg。 3、生产方面的差距
我国多晶硅在工业生产方面与国际先进水平的差距主要表现在四个方面：(1)工艺设备落后，致使物质与电力消耗过大，三废问题多； (2)生产规模小,现在公认临界经济规模为1000吨/年,而我国反为30—50吨/年； (3)超高纯产品（B<0.03ppb）难以获取，而新硅烷法可批量供应；(4)成本没有竞争力。 4、研究与开发
1998年四川峨眉开始建设能力为100吨的多晶硅试验厂，对节能还原炉技术、SiCl4回收技术等进行了研究，2000年批准立项“年产1000吨多晶硅高新技术产业化示范工程”项目。 5、市场预测
根据国内单晶硅生产的需求，以1996年实际需要出发，预计2000年和2010年多晶硅的需求如表2所示。 表2
国内多晶硅需求
1、生产能力与产量
根据不完全统计，全国硅单晶的生产能力为300余吨，在此产量中多半是出口，其中太阳能用硅单晶近几年在50吨以上。生产的单位主要有上海硅材料厂、四佳公司的峨眉半导体厂、洛阳单晶硅厂、浙大半导体厂、开化601厂、明成电子材料厂等。 2、直拉与区熔单晶的比例
根据有关统计资料显示，我国国内直接与区熔单的比例（70：30）——（80：20）的范围内。这就是表明我国分立器件仍占很 大比例，在世界范围内区熔单晶仅占硅晶体材料总量的6%——8%。 3、不同直径硅单晶的比例
表8示出我国近几年来直拉硅单晶不同直径所占比例。从表3中可以看出我国硅单晶的直径以4″（100mm）为主，在世界范围内，则以Ø8″（200mm）为主。 表3 1993—1996年直拉单晶（按直径）分类统计 略 表4示出了我国近年来区熔单晶不同直径所占的比例。从表9中可以看出我国区熔单晶以Ø2″与Ø3″为主，国外则以Ø3″与Ø4″（100mm）为主，并有Ø5″（125mm）和Ø6″（150mm）的产品。 表4 1993—1996年区熔单晶（按直径）分类统计 略 4、生产方面的差距
我国硅单晶在工业生产方面与国际先进水平的差距主要表现在三个方面：（1）生产的点多、分散，尚未达到现代规模化生产的水平；（2）生产的Ø4″为主，而国际上Ø4″的比例已降到10%以上。国际上的主流产品在我国尚处于试用阶段；（3）国内需求不旺，出口产品的加工深度不高，质量档次较低，用于IC的抛光片中有相当部分为陪片。 5、抛光片生产的统计
表5示出不同直径抛光片的近几年产量。同时我们也可以从表10中看出：（1）我国生产的单晶硅制成抛光片的比例很小，以比例较高的1996年计算，仅占整个生产的直拉单晶的21%；（2）在抛光片中，较大直径的比例呈增大趋势，到1996年，
Ø4″占62.9%, Ø5″ 占28.2%，但Ø6″抛光片则小批量供应，Ø8″尚处于提供样品，用户试用阶段。 表5
1993—1996年抛光片产量统计 万平方英寸 略 6、科研开发
我国在硅单晶制片方面已取得一些重大成果，如：Ø4″（100mm）区熔单晶的制备，重掺硅单晶的制备，大直径优质硅抛光片的制备，Ø8″（200mm）硅晶及抛光片生产线的建立及Ø12″（300mm）硅单晶制备等。 我国从事硅单晶及制片的科研和生产单位有：北京有色金属研究总院，四佳峨眉半导体材料厂、浙江大学、浙江开化硅峰电子公司、河北工业大学、中南矿冶大学等。 7、市场预测
根据我国微电子工业的建厂计划（包括合资与独资企业），以1996 年的实际作为基础，预测算出2005年与2010年对直径硅片的需求量见表6。 表6
1996、2005、2010年国内半导体的IC硅片需求量
万平方英寸 略
1、生产情况
我国生产硅外延片的生产单位有四佳峨眉半导体材料厂、上海硅材料厂、信息产业部电子55所、华晶公司等。所生产的外延片主要用于晶体管，小部分用于IC的研究与开发。我国近年来外延片的产量见表7。从表7中可以看出我国硅外延片的市场很小，而且都为小直径，主流产品为Ø3″。 表7
外延片产量统计 万平方英寸 略 2、MOS电路外延片
我国在“七五”和“八五”期间对Ø3″以上硅外延片进行了攻关，其主要结果：直径为3″与4″；电阻率为20—50Ω·cm；电阻率不 均匀度为±5%，并在0.8μm生产线上进行过验证，其结果优于抛光片。“九五”期间从事Ø6″外延片的研究工作。 我国已对减压外延设备进行了研究与开发。开发了计算机控制的光辐照加热的外延炉。用此设备研究成功了超高速电路所需的硅外延片。 3、电力电子器件用外延片
在“八五”期间对电力电子器件用硅外延片进行了攻关，Ø4″的外延片在厚度和电阻率方面均达到指标要求，并用此种硅外延片进行了相关器件生产。 4、与国外的差距
我国硅外延片与国际先进水平的差距主要为：（1）硅外延片我国为Ø3″为主，国外已变成Ø8″；（2）在高集成度方面，国外已用于制作0.25μm电路，我国尚处于0.8μm试用阶段；（3）硅外延片的表面质量、纯度、晶体完整性还有待进一步提高。 1、技术与需求高速发展，但又具有较大风险性 硅材料的用途是制作半导体器件，而器件的发展又取决信息技术的发展。21世纪初期信息技术的发展方向是网络化、多媒体化、智能化以及计算机、通信和消费电子的一体化（C3）。对微电子芯片的要求是：存储器密度更高、工作速度更快、功能更强、功耗更小。这要求集成电路技术继续快速发展、产量增大，从而带动硅材技术与生产的大发展。这是总的趋势，而且在可预见的将来，主要是在硅片上来实现。据权威部门测算，1990—1997年半导体销售额平均年增长率为15%，硅片销售数量年增长为9.77%；而1990—1998年的年平均增长率，半导为11.7%，硅片为7.3%。估计2001—2010年硅片的平均增长率为6—8%。 2、投资大、技术密集型产业 硅材料产业设备投资与科研开发费用都大。略 3、跨国经营集团化 世界多晶硅、硅单晶及硅片几乎全部为信越（本部在日本，马来西亚、美国、英国）、MEMC（本部在美国，意大利、日本、韩国、马来西亚、台湾）、Wacker（本部在德国，美国、新加坡）、三菱（本部在日本，美国、印尼）等公司所控制（表8所示前6名公司的市场占有率近85%），他们除本部以外都在其它国家和地区设厂，形成跨国生产与经营的公司，他们形成跨国集团的主要原因一方面是由于研究开发费用昂贵，规模愈大则研究开发的实力愈强；另一方面生产线靠 近用户可以及时解决用户出现的质量、需求等方面的问题。 表8
全球硅片厂前10名生产量市场所占比例
资料来源 Dataquest 略 目前，我国周围形成了不少的硅片生产基地，如：韩国已有2.9亿平方英寸/年的能力，马来西亚已有1.7亿平方英寸/年能力，另有2.0亿平方英寸/年的能力在建设中，我国台湾省已有6000平方英寸/年的能力，计划或在建的能力为4.2亿平方英寸/年，新加坡已建成1.5亿平方英寸/年的能力。 5.发展形势分析 我国在2001—2010年内的硅市场需求增长很快（表2、表4所示），但是我国硅工业所面临的形势是相当严重的，主要是： 1、国际上的强大竞争对手，现有6家跨国公司占领着市场的近85%，他们在资金、技术上均有强大的优势； 2、在我国周边国家和地区内，如韩国、台湾地区、马来西亚均设有硅材料生产基地，年生产能力总计已达5亿平方英寸； 3、我国硅材料生产所需的设备，特别是先进的大直径设备几乎全部靠进口； 4、我国硅单晶生产约占世界产量的2%左右，它在世界市场中只起到填补小直径产品的空缺和补充市场临时急需的作用。
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