日本、美國和德國是主要的硅材料生產(chǎn)國。中國硅材料工業(yè)與日本同時起步,但總體而言,生產(chǎn)技術(shù)水平仍然相對較低,而且大部分為2.5.3.4.5英寸硅錠和小直徑硅片。中國消耗的大部分集成電路及其硅片仍然依賴進(jìn)口。但我國科技人員正迎頭趕上,于1998年成功地制造出了12英寸單晶硅,標(biāo)志著我國單晶硅生產(chǎn)進(jìn)入了新的發(fā)展時期。目前,全世界單晶硅的產(chǎn)能為1萬噸/年,年消耗量約為6000噸~7000噸。未來幾年中,世界單晶硅材料發(fā)展將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢:
1.微型化
隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展,對硅片的規(guī)格和質(zhì)量也提出更高的要求,適合微細(xì)加工的大直徑硅片在市場中的需求比例將日益加大。目前,硅片主流產(chǎn)品是200mm,逐漸向300mm過渡,研制水平達(dá)到400mm~450mm。據(jù)統(tǒng)計,200mm硅片的全球用量占60%左右,150mm占20%左右,其余占20%左右。Gartner發(fā)布的對硅片需求的5年預(yù)測表明,全球300mm硅片將從2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韓等國家都已經(jīng)在1999年開始逐步擴大300mm硅片產(chǎn)量。據(jù)不完全統(tǒng)計,全球目前已建、在建和計劃建的300mm硅器件生產(chǎn)線約有40余條,主要分布在美國和我國臺灣等,僅我國臺灣就有20多條生產(chǎn)線,其次是日、韓、新及歐洲。%P世界半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會(SEMI)的調(diào)查顯示,2004年和2005年,在所有的硅片生產(chǎn)設(shè)備中,投資在300mm生產(chǎn)線上的比例將分別為55%和62%,投資額也分別達(dá)到130.3億美元和184.1億美元,發(fā)展十分迅猛。而在1996年時,這一比重還僅僅是零。
2.國際化,集團(tuán)化,集中化
研發(fā)及建廠成本的日漸增高,加上現(xiàn)有行銷與品牌的優(yōu)勢,使得硅材料產(chǎn)業(yè)形成“大者恒大”的局面,少數(shù)集約化的大型集團(tuán)公司壟斷材料市場。上世紀(jì)90年代末,日本、德國和韓國(主要是日、德兩國)資本控制的8大硅片公司的銷量占世界硅片銷量的90%以上。根據(jù)SEMI提供的2002年世界硅材料生產(chǎn)商的市場份額顯示,shinetsu、SUMCO、Wacker、MEMC、Komatsu等5家公司占市場總額的比重達(dá)到89%,壟斷地位已經(jīng)形成。
3.硅基材料
隨著光電子和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,硅基材料成為硅材料工業(yè)發(fā)展的重要方向。硅基材料是在常規(guī)硅材料上制作的,是常規(guī)硅材料的發(fā)展和延續(xù),其器件工藝與硅工藝相容。主要的硅基材料包括SOI(絕緣體上硅)、GeSi和應(yīng)力硅。目前SOI技術(shù)已開始在世界上被廣泛使用,SOI材料約占整個半導(dǎo)體材料市場的30%左右,預(yù)計到2010年將占到50%左右的市場。Soitec公司(世界最大的SOI生產(chǎn)商)的2000年~2010年SOI市場預(yù)測以及2005年各尺寸SOI硅片比重預(yù)測了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景。
4.硅片制造技術(shù)進(jìn)一步升級
半導(dǎo)體,芯片集成電路,設(shè)計版圖,芯片制造,工藝目前世界普遍采用先進(jìn)的切、磨、拋和潔凈封裝工藝,使制片技術(shù)取得明顯進(jìn)展。在日本,Φ200mm硅片已有50%采用線切割機進(jìn)行切片,不但能提高硅片質(zhì)量,而且可使切割損失減少10%。日本大型半導(dǎo)體廠家已經(jīng)向300mm硅片轉(zhuǎn)型,并向0.13μm以下的微細(xì)化發(fā)展。另外,最新尖端技術(shù)的導(dǎo)入,SOI等高功能晶片的試制開發(fā)也進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。對此,硅片生產(chǎn)廠家也增加了對300mm硅片的設(shè)備投資,針對設(shè)計規(guī)則的進(jìn)一步微細(xì)化,還開發(fā)了高平坦度硅片和無缺陷硅片等,并對設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。硅是地殼中賦存最高的固態(tài)元素,其含量為地殼的四分之一,但在自然界不存在單體硅,多呈氧化物或硅酸鹽狀態(tài)。硅的原子價主要為4價,其次為2價;在常溫下它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不溶于單一的強酸,易溶于堿;在高溫下化學(xué)性質(zhì)活潑,能與許多元素化合。硅材料資源豐富,又是無毒的單質(zhì)半導(dǎo)體材料,較易制作大直徑無位錯低微缺陷單晶。晶體力學(xué)性能優(yōu)越,易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,仍將成為半導(dǎo)體的主體材料。多晶硅材料是以工業(yè)硅為原料經(jīng)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)提純后達(dá)到一定純度的電子材料,是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的一個極為重要的中間產(chǎn)品,是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料,是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)最基礎(chǔ)的原材料。
1.微型化
隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展,對硅片的規(guī)格和質(zhì)量也提出更高的要求,適合微細(xì)加工的大直徑硅片在市場中的需求比例將日益加大。目前,硅片主流產(chǎn)品是200mm,逐漸向300mm過渡,研制水平達(dá)到400mm~450mm。據(jù)統(tǒng)計,200mm硅片的全球用量占60%左右,150mm占20%左右,其余占20%左右。Gartner發(fā)布的對硅片需求的5年預(yù)測表明,全球300mm硅片將從2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韓等國家都已經(jīng)在1999年開始逐步擴大300mm硅片產(chǎn)量。據(jù)不完全統(tǒng)計,全球目前已建、在建和計劃建的300mm硅器件生產(chǎn)線約有40余條,主要分布在美國和我國臺灣等,僅我國臺灣就有20多條生產(chǎn)線,其次是日、韓、新及歐洲。%P世界半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會(SEMI)的調(diào)查顯示,2004年和2005年,在所有的硅片生產(chǎn)設(shè)備中,投資在300mm生產(chǎn)線上的比例將分別為55%和62%,投資額也分別達(dá)到130.3億美元和184.1億美元,發(fā)展十分迅猛。而在1996年時,這一比重還僅僅是零。
2.國際化,集團(tuán)化,集中化
研發(fā)及建廠成本的日漸增高,加上現(xiàn)有行銷與品牌的優(yōu)勢,使得硅材料產(chǎn)業(yè)形成“大者恒大”的局面,少數(shù)集約化的大型集團(tuán)公司壟斷材料市場。上世紀(jì)90年代末,日本、德國和韓國(主要是日、德兩國)資本控制的8大硅片公司的銷量占世界硅片銷量的90%以上。根據(jù)SEMI提供的2002年世界硅材料生產(chǎn)商的市場份額顯示,shinetsu、SUMCO、Wacker、MEMC、Komatsu等5家公司占市場總額的比重達(dá)到89%,壟斷地位已經(jīng)形成。
3.硅基材料
隨著光電子和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,硅基材料成為硅材料工業(yè)發(fā)展的重要方向。硅基材料是在常規(guī)硅材料上制作的,是常規(guī)硅材料的發(fā)展和延續(xù),其器件工藝與硅工藝相容。主要的硅基材料包括SOI(絕緣體上硅)、GeSi和應(yīng)力硅。目前SOI技術(shù)已開始在世界上被廣泛使用,SOI材料約占整個半導(dǎo)體材料市場的30%左右,預(yù)計到2010年將占到50%左右的市場。Soitec公司(世界最大的SOI生產(chǎn)商)的2000年~2010年SOI市場預(yù)測以及2005年各尺寸SOI硅片比重預(yù)測了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景。
4.硅片制造技術(shù)進(jìn)一步升級
半導(dǎo)體,芯片集成電路,設(shè)計版圖,芯片制造,工藝目前世界普遍采用先進(jìn)的切、磨、拋和潔凈封裝工藝,使制片技術(shù)取得明顯進(jìn)展。在日本,Φ200mm硅片已有50%采用線切割機進(jìn)行切片,不但能提高硅片質(zhì)量,而且可使切割損失減少10%。日本大型半導(dǎo)體廠家已經(jīng)向300mm硅片轉(zhuǎn)型,并向0.13μm以下的微細(xì)化發(fā)展。另外,最新尖端技術(shù)的導(dǎo)入,SOI等高功能晶片的試制開發(fā)也進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。對此,硅片生產(chǎn)廠家也增加了對300mm硅片的設(shè)備投資,針對設(shè)計規(guī)則的進(jìn)一步微細(xì)化,還開發(fā)了高平坦度硅片和無缺陷硅片等,并對設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。硅是地殼中賦存最高的固態(tài)元素,其含量為地殼的四分之一,但在自然界不存在單體硅,多呈氧化物或硅酸鹽狀態(tài)。硅的原子價主要為4價,其次為2價;在常溫下它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不溶于單一的強酸,易溶于堿;在高溫下化學(xué)性質(zhì)活潑,能與許多元素化合。硅材料資源豐富,又是無毒的單質(zhì)半導(dǎo)體材料,較易制作大直徑無位錯低微缺陷單晶。晶體力學(xué)性能優(yōu)越,易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,仍將成為半導(dǎo)體的主體材料。多晶硅材料是以工業(yè)硅為原料經(jīng)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)提純后達(dá)到一定純度的電子材料,是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的一個極為重要的中間產(chǎn)品,是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料,是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)最基礎(chǔ)的原材料。