大直径6寸区熔硅单晶工作报告_直拉法大直径硅单晶
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工 作 报 告
大直径6寸区熔硅单晶的研制
目 录
一、项目承担单位及项目负责人简介
二、立项背景
三、该技术国内外现状
四、项目实施技术路线
五、项目实施的效果
六、项目的预期前景一、项目承担单位及项目负责人简介
1、项目承担单位简介
半导体材料技术有限公司是有限责任制公司，其前身半导体材料厂是我国最早的半导体材料专业生产厂家之一, 拥有40余年的半导体材料生产历史和专业经验,现有职工138人；公司具有较强的新产品研发能力，技术人员占员工总数的40%以上，其中正高级工程师2名，高级工程师5名，工程师15名。2000年9月, 公司被天津市高新技术产业园区管委会认定为高新技术企业。目前公司经营的产品全部由公司独立开发和生产，形成了以直拉硅单晶、区熔硅单晶、直拉硅片、区熔硅片四大系列产品。是国内同行业企业中硅单晶种类齐全的少数几家之一。
公司企业资产总值5982万元。资信等级被中国农业银行评定为AA。企业的经营规模和效益从1999年以来连续3年以40%以上的高速度增长，2003年销售收入达到了5800万元，实现利润1200万元，同比经济效益在全国同行业中名列前茅。
公司按ISO9001 2000版的标准建立的质量管理体系，通过了中国电子质量认证中心的审核认证（见认证证书）。近期为加强物流管理，公司正在实施ERP管理系统，实现对整个供应链的有效管理。技术进步和企业管理是环欧公司实现可持续发展的两大利器。
2、项目负责人简介
项目负责人，总经理，正高级工程师，授衔半导体材料专家。1983年毕业于兰州大学物理系半导体专业，自1983年7月至今一直从事半导体硅单晶的研发工作，在不同的刊物和学术会议上发表过数篇有关硅材料的学术论文。先后主持过数项重大的科研项目。例如：在1998年主持了CFZ硅单晶的研发工作，1998年，CFZ硅单晶新材料的发明被《中国生产力学会科学技术生产力专业委员会》和《科学技术成果生产力转化评价专家委员会》联合评价为中国科技成果生产力转化项目，2002年12月我公司就CFZ硅单晶的生产方法向国家知识产权局申请的生产发明专利已获授权。2000年主持了气相掺杂硅单晶的研制工作，目前我公司是国内唯一一家能够生产气相掺杂区熔硅单晶的企业。2003年成功开发了Φ5″〈100〉区熔硅单晶。
二、立项背景
1、项目的意义
众所周知，当今的国际经济结构已逐步由传统的产品经济进入了知识经济阶段。人类社会已进入了信息时代和网络文明时代。在全球信息化的过程中，随着计算机、移动通讯（卫星通讯、微波通讯、光纤通讯）、宽带综合数字网通讯及INTERNET国际互联网技术的发展，全球信息高速公路逐步形成。而信息产业发展的基础电子信息技术都是以先进的半导体工业为核心和前导的，半导体工业的主要物质基础是半导体材料。今天，半导体材料已成为微电子技术、微波电子技术、光电子技术、电力电子技术、传感技术……等许多重大科技领域中最重要的主体功能材料。半导体材料产业的发展直接促进了信息产业的发展，并推进了人类社会的物质文明与精神文明渗透到了社会的每一个角落和每一个家庭，人类社会的每一个地方无不闪烁着半导体的光辉。值得指出的是半导体技术的发展带来了现代战争的革命，目前正在伊拉克发生的战争既是明证。因此，半导体工业以及半导体材料的发展水平已成为衡量一个国家的国力、国防、国民经济现代化及国民生活水平的重要标志。谁掌握了先进的半导体技术与先进的半导体材料，谁就掌握了发展高新技术的主动权。鉴于半导体工业及半导体材料在国家中这种战略地位，多年来各发达国家与地区都投以巨资发展半导体工业与半导体材料。
硅单晶材料是最重要也是最主要的半导体材料，至今国际上使用硅材料的数量仍占半导体材料的95%以上。多年来半导体材料技术有限公司致力于半导体材料的研发工作，尤其在区熔硅单晶的生产领域技术处于国内最先进水平，国际先进水平。但受限于生产规模，产品长期供不应求，而且随着我国一批国家重点大型和超大型水利、火力发电工程、地铁、轻轨、铁路工程的陆续开工此问题更将凸现出来。
硅单晶片）直接为国家重点工程——三峡工程的输变电工程配套。出口市场方面，从另一方面看：随着全球硅半导体材料行业的东移，给我国的半导体材料特别是行业带来了很大的机遇；比较直拉单晶行业，区熔单晶行业在自动化方面更难在工艺和生产过程中实现。因此，我公司现拥有的相对低薪但技术较高的人才优势将给公司带来更大的竞争优势。在短期内，在我国将区熔单晶行业快速的发展起来是有可能的，毕竟我国的区熔单晶行业总产量和销售额较国际同行业的大厂商有相当距离，这也是我们的发展空间。科技上Φ3″-Φ6″FZ/CFZ硅单晶、气相掺杂区熔硅单晶、超高纯FZ硅单晶是目前国际上最前沿的生产技术，产业化生产这类硅单晶不仅能为我国军工和科研机构提供特殊硅材料以提高我国的国防能力，也能够为我国电子和电力电子产业提供新型材料，推动我国电力电子产业的发展。
三、该技术国内外现状
（1）国内现状
尽管公司规模不大，资金有限，生产任务繁重，但在技术开发上的投入却毫不吝啬，因此取得了在区熔硅单晶的生产技术上与国际先进水平同步的成绩。环欧公司的区熔硅单晶生产技术水平即代表国内的最高水平。目前公司已掌握了Φ5″〈100〉、〈111〉区熔硅单晶的生产技术、气相掺杂区熔硅单晶的生产技术、超高纯硅单晶的生产技术、国内其它企业目前尚不具备以上生产技术。
（2）国外现状
比较直拉单晶行业，区熔单晶行业在自动化方面更难在工艺和生产过程中实现。因此国际半导体材料产业逐渐东移，自2000年以来东移速度加快。随着UNISEL公司的倒闭,美国在2000年完全退出了区熔硅单晶的制造领域，其所需的区熔硅单晶全部依靠进口。
目前掌握大直径区熔硅单晶生产技术和气相掺杂区熔硅单晶生产技术的企业国际上也只有瓦克公司和信越公司两家企业。
（3）国内外技术发展趋势
a.。长期以来国际区熔界在掺杂技术方面就一直是多种方法，但在国内区熔界80年代后由于大量采用NTD（中子嬗变）技术后就对其他掺杂技术比较忽视，技术进展慢，产品水平低，生产产量占总产量的分额不足3%；这反过来限制了材料行业和器件行业对气相掺杂单晶甚至区熔单晶的认识和应用。就其原因是多方面，跨行业的。从全球实际上看：2000年近1000吨的区熔硅单晶产量有 52%为气相掺杂生产，45%为NTD掺杂生产。国内除天津环欧半导体材料技术有限公司在2000年开始向批量向国内市场提供大直径气相掺杂单晶产品外，还未见有其他生产厂家生产的报道。我们的气相掺杂区熔硅单晶的关键参数RRV水平同NTD单晶相比还有差距，尚不能完全取代NTD单晶，今后的工作重点应是在控制上有较大提高
晶体（晶片）的大直径化是半导体器件制造业和半导体材料制造业永恒的追求目标，因为晶体（晶片）的大直径化不但是半导体器件发展的客观要求也是半导体器件制造业和半导体材料制造业这两行业提高生产效率和集约化经营的最佳途径（参见表1）。众所周知：同直拉硅单晶不同，区熔硅单晶的大直径化是非常困难的。由于国际区熔硅单晶界对技术秘密的保护和设备开发的困难，我国在这方面长期落后于国外（这里当然不排除市场发育的因素）。2000年后情况有所改观，国内的区熔界开始在大直径化方面向国际先进水平迈进：半导体材料技术有限公司已能够批量向国内和国外市场提供Φ4″的区熔硅单晶；2002年，半导体材料技术有限公司开始开发Φ5″以上的区熔硅单晶。
。由于大功率器件、集成电路器件及探测器级器件的需求，对区熔硅晶体的完美性和一致性的要求越来越高。不仅仅生产出无位错的晶体，还应生产出无A、B、C、D等各种旋涡缺陷和各种微缺陷密度尽量少的完美晶体。对于大直径的区熔硅单晶要做到晶体完美性和一致性均较好，那么对晶体生长设备和晶体生长工艺均是一种考验。，降低生产成本。
四、项目实施技术路线
1、项目准备工作
项目建设实行项目建设单位总经理负责制。天津市环欧半导体材料技术有限公司是项目建设单位，项目负责人沈浩平为第一责任人，也是项目技术负责人，全面负责项目的技术工作。另外，抽调企业内具有项目实施和管理经验的业务骨干组成高效、精干的项目工作组，明确分工，各负其责。项目实施过程中引进竞争机制，择优选择设计、施工单位，设备采购货比三家，确保质量，降低造价；合理安排建设工期，严格遵守财务审计制度，努力建成精品工程。
本项目使用的原材料为多晶硅全部由从美国ASIMI公司和德国瓦克公司提供。原材料供应充裕，有保障，完全可以满足项目建设的需求。
2、大直径区熔硅单晶生长的主要技术问题：（详见技术报告）
C：生长Φ6“单晶的热场设计通过项目开发人员的共同努力，解决了在大直径区熔硅单晶生长过程中以上各技术问题，制定了合理、科学的拉晶工艺，并采用该工艺，成功的拉制出了高质量的φ6″（153mm）的区熔硅单晶。
五、项目实施的效果
1、提高国内半导体材料行业的整体生产水平
长期以来制约我国半导体材料行业持续发展的首要因素是生产技术水平落后，产品的技术含量低，行业的整体水平与发达国家相比有较大的差距，因此在与发达国家的竞争中长期处于劣势。近年来此问题引起了国家的重视，加大了对半导体材料行业的投入。但有了先进的设备不代表掌握了先进的技术，面对德国瓦克、日本信越、日本小松公司等国际大公司来势汹汹的竞争态势，如果技术上仍无所作为势必会被淘汰出局。果真如此，将不仅仅是我国半导体材料产业的损失，硅材料作为重要的战略物资，国家不能掌控，对我国整个国民经济的影响将不可估量。经过多年的艰苦努力，环欧公司在区熔硅单晶生产领域达到了与国际同步的水平。尤其是大直径区熔硅单晶生产技术的突破标志着我国半导体材料行业的技术水平达到了国际先进水平。因此，奠定了我国半导体材料产业在国际上与发达国家进行竞争的基础。
2、促进国内相关的新型电力电子器件产业的发展
20世纪90年代，在全球信息化、电子技术发展的引导下半导体硅材料产业得到了空前的发展，据美国SIA（半导体工业协会）统计，2000年全世界半导体工业的营业收入达 2000亿美元，年全球多晶硅的产销量达18000余吨，单晶产量近11000吨。其中：直拉法制备的硅单晶占90%以上，区熔法制备的硅单晶约占9%，产量逼近1000吨/年。
大直径区熔硅单晶材料已广泛应用于多种半导体器件。例如是制作半导体功率器件（SR硅整流器、SCR可控硅、GTR巨型晶体管、GTO晶闸管、SITH静电感应晶闸管、IGBT绝缘栅双极晶体管、PIN超高压二极管、SMART POWER智能功率器件……等）以及半导体功率集成电路的主体功能材料，也是多种高能探测器和特殊功率器件等的主体功能材料。伴随着中国经济的腾飞，国内各项基础设施及能源建设都处在飞速发展时期。以三峡工程为代表的一批国家重点大型水利工程及铁路建设工程、汽车工业等对国民经济有巨大拉动作用的大项目，均对新型电力电子器件有着旺盛的需求，本项目的实施顺应了这一发展潮流，满足了国内对大直径区熔硅单晶的需求，结束了大直径区熔硅单晶依赖进口的局面。同时，超高纯硅单晶对促进国防工业的发展更有不可估量的意义。
六、项目的预期前景
1、国内市场概况
在国内，我公司的FZ/CFZ硅单晶材料单位批量供货，预计仅上述单位在未来三年内的前景需求量将达54000公斤/年，价值16151万元/年。特别是我公司供电子技术研究所的大直径FZ-CFZ硅单晶材料（2002年为Φ4″FZ硅单晶片，2003年为Φ5″FZ硅单晶片）直接为国家重点工程—三峡工程的输变电工程配套。
2、国际市场概况
出口市场方面，我公司目前有市场前景的国际客户有：电机、新有限公司，台湾通用电子和台湾大通公司等需求Φ3″-Φ6″FZ/CFZ硅单晶48000公斤/年，价值14356万元。2000年以来，由于区熔硅单晶产业的高技术人工成本相对较高，且难于自动化生产，国际半导体材料产业逐渐东移，自2000年以来东移速度加快。随着UNISEL公司的倒闭,美国在2000年完全退出了区熔硅单晶的制造领域，其所需的区熔硅单晶全部依靠进口。
大直径区熔硅单晶材料已广泛应用于多种半导体器件。例如是制作半导体功率器件（SR硅整流器、SCR可控硅、GTR巨型晶体管、GTO晶闸管、SITH静电感应晶闸管、IGBT绝缘栅双极晶体管、PIN超高压二极管、SMART POWER智能功率器件……等）是半导体功率集成电路的主体功能材料，也是多种高能探测器和特殊功率器件等的主体功能材料。用区熔硅单晶制作的器件及其电路系统已应用于节能灯，大、小及重型电力拖动装置（机车、战车及舰船）的变频调速，高频、中频炉的大功率振荡管的固态化，大型工业用鼓风机的驱动电机调速及巨型水力、火力发电站的远距离超高压交、直流输变电,与尖端国防领域相关的敏感探测器，汽车工业中使用日趋广泛的电子器件……等。超高纯硅单晶还成功用于上海同步辐射加速器、中国高能物理所的分光仪、中国气象研究院海洋气候及大气环流等关键探测器等器件上，为在光学系统、原子能反应堆系统、卫星导航等科研领域上开辟了新的应用范围。目前，高频（kHz）、高压（6000V）、大电流（6000A）的晶闸管GTO作为一种较理想的直流开关，可用于电网的动态无功率补偿、高速电力机车控制和轧机传动控制。制作这种超大功率器件必须使用Φ3″-Φ6″的大直径区熔硅单晶，如我国的三峡工程等大型水利、火力发电工程以及铁路机车、地铁、轻轨工程所需的电力拖动装置等急需大量Φ3″-Φ6″的区熔硅单晶制作的器件。用大直径区熔硅单晶制作的MOSFET，用于音响功放与汽车电器，随着汽车向电子化和智能化方向的加速发展，大直径区熔硅单晶在汽车工业中的应用前景更是不可估量。能源和环境的控制方面，美国已立法规定必须使用节能灯，制作节能灯用电子镇流器是用大直径区熔硅单晶制作的高频电力电子器件（GTR、SITH等）组成的，作为绿色照明的节能灯市场是大直径区熔硅单晶的另一个广阔市场。
