單晶矽研究趨勢

概述:
日本、美國和德國是主要的矽材料生產國。中國矽材料工業與日本同時起步，但總體而言，生產技術水平仍然相對較低，而且大部分為2.5．3．4．5英寸矽錠和小直徑矽片。中國消耗的大部分集成電路及其矽片仍然依賴進口。但我國科技人員正迎頭趕上，於1998年成功地制造出了12英寸單晶矽，標志著我國單晶矽生產進入了新的發展時期。目前，全世界單晶矽的產能為1萬噸/年，年消耗量約為6000噸～7000噸。未來幾年中，世界單晶矽材料發展將呈現以下發展趨勢： 1．微型化
隨著半導體材料技術的發展，對矽片的規格和質量也提出更高的要求，適合微細加工的大直徑矽片在市場中的需求比例將日益加大。目前，矽片主流產品是200mm，逐漸向300mm過渡，研制水平達到400mm～450mm。據統計，200mm矽片的全球用量占60%左右，150mm占20%左右，其餘占20%左右。Gartner發布的對矽片需求的5年預測表明，全球300mm矽片將從2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韓等國家都已經在1999年開始逐步擴大300mm矽片產量。據不完全統計，全球目前已建、在建和計劃建的300mm矽器件生產線約有40餘條，主要分布在美國和我國臺灣等，僅我國臺灣就有20多條生產線，其次是日、韓、新及歐洲。%P

世界半導體設備及材料協會（SEMI）的調查顯示，2004年和2005年，在所有的矽片生產設備中，投資在300mm生產線上的比例將分別為55%和62%，投資額也分別達到130.3億美元和184.1億美元，發展十分迅猛。而在1996年時，這一比重還僅僅是零。

2．國際化，集團化，集中化
研發及建廠成本的日漸增高，加上現有行銷與品牌的優勢，使得矽材料產業形成"大者恒大"的局面，少數集約化的大型集團公司壟斷材料市場。上世紀90年代末，日本、德國和韓國（主要是日、德兩國）資本控制的8大矽片公司的銷量占世界矽片銷量的90%以上。根據SEMI提供的2002年世界矽材料生產商的市場份額顯示，Shinetsu、SUMCO、Wacker、MEMC、Komatsu等5家公司占市場總額的比重達到89%，壟斷地位已經形成。

3．矽基材料
隨著光電子和通信產業的發展，矽基材料成為矽材料工業發展的重要方向。矽基材料是在常規矽材料上制作的，是常規矽材料的發展和延續，其器件工藝與矽工藝相容。主要的矽基材料包括絕緣體上矽>）、GeSi和應力矽。目前SOI技術已開始在世界上被廣泛使用，SOI材料約占整個半導體材料市場的30%左右，預計到2010年將占到50%左右的市場。Soitec公司（世界最大的SOI生產商）的2000年～2010年SOI市場預測以及2005年各尺寸SOI矽片比重預測了產業的發展前景。

4．矽片制造技術進一步升級
半導體,芯片集成電路,設計版圖,芯片制造,工藝目前世界普遍采用先進的切、磨、拋和潔淨封裝工藝，使制片技術取得明顯進展。在日本，Φ200mm矽片已有50%采用線切割機進行切片，不但能提高矽片質量，而且可使切割損失減少10%。日本大型半導體廠家已經向300mm矽片轉型，並向0.13μm以下的微細化發展。另外，最新尖端技術的導入，SOI等高功能晶片的試制開發也進入批量生產階段。對此，矽片生產廠家也增加了對300mm矽片的設備投資，針對設計規則的進一步微細化，還開發了高平坦度矽片和無缺陷矽片等，並對設備進行了改進。

矽是地殼中賦存最高的固態元素，其含量為地殼的四分之一，但在自然界不存在單體矽，多呈氧化物或矽酸鹽狀態。矽的原子價主要為4價，其次為2價；在常溫下它的化學性質穩定，不溶於單一的強酸，>易溶於堿；在高溫下化學性質活潑，能與許多元素化合。

矽材料資源豐富，又是無毒的單質半導體材料，較易制作大直徑無位錯低微缺陷單晶。晶體力學性能優越，易於實現產業化，仍將成為半導體的主體材料。

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