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硅材料技术发展的两大趋势

90%以上的集成电路器件是在硅上制作的，硅单晶可以根据不同的晶体生长方法分为直拉型和fz型。由于成本和性能原因，Cz材料被广泛使用。集成电路工业中使用的材料主要是cz抛光片和外延片。Cz抛光垫由于成本低，常用于存储电路。通常，昂贵的外延晶片用于逻辑电路，因为它们在集成电路制造中具有更好的适用性和消除闩锁的能力。Soi材料可用于尺寸为180毫米或更小的存储电路。

硅的窄带隙和低击穿电场限制了它在光电和高频器件中的应用。随着光电子和通信产业的发展，硅基材料和化合物半导体材料发展迅速。主要的硅基材料是soi、sige和应力硅。硅基材料是在传统硅材料上制作的，是传统硅材料的发展和延续，其器件技术与硅技术兼容。主要的化合物半导体材料是砷化镓、磷化铟、氮化镓和碳化硅。目前，硅材料与化合物半导体之间的关系不是替代而是补充，未来将是相互融合。尽管硅的量子限制，新的替代材料必将出现，但专家认为，工业能力和知识积累决定了硅基技术至少在100年后仍将发挥重要作用。

大直径和硅基材料是硅材料技术发展的两大趋势。

大直径是一个与时俱进的概念。目前，大直径意味着200毫米(8英寸)和300毫米(12英寸)。根据2001年国际半导体技术路线图，下一代硅片的直径为450毫米(18英寸)。然而，日本公司正在开发400毫米(16英寸)的单晶和硅片。

集成电路的发展有赖于提高产品性能和降低生产成本。减小特征尺寸和使用更大直径的硅片是主要手段。与200毫米硅片相比，300毫米硅片的面积是2.25倍，每片产量提高125%。以0.13μm集成电路的生产为例，估计整个芯片成本只会增加70-80%。对于面积为115mm2的芯片，每个芯片的成本可以降低24%。

国外大直径硅材料概况

2001年，世界硅片装运量(面积)为3940百万平方英寸(百万平方英寸)，与2000年的5551百万平方英寸相比下降了29%。销售收入为52亿美元，比2000年的75亿美元下降了31%。2000年是历史上销售量和收入最高的一年。

硅材料行业是资本密集型和技术密集型企业，垄断已经形成。根据美国半导体研究公司gartnerdataquest提供的2001年全球硅材料制造商的销售量和市场份额，新宿、威克、小松金属、memc和三菱硅材料五家公司占了近80%的市场销售额。其中，分别排名第三和第五的小松金属和三菱硅材料已经合并。

目前，硅片的主流直径为200毫米，正在向300毫米转变。2002年，日本稀有金属新闻报道，2001年200毫米的生产能力为540万件/月，占面积构成的60%以上；300毫米容量为210，000片/月。根据2001年itrs，下一个直径可能是450毫米，将在2016年使用。2001年7月，gatnerdataquest2001发布了硅片需求的五年预测，其中指出300毫米硅片的比例将从2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。

中国大直径硅材料概况

大直径硅片的大规模生产能力正在中国逐步形成。近年来，友燕半导体材料有限公司引进了中国唯一的200毫米硅片生产线。生产线的设计能力为6000万平方英寸，目标是满足0.25μmlc的要求。2001年，重点科技项目“0.5-0.6微米液晶用8英寸硅单晶抛光片的研制”通过了专家鉴定。

目前，中国没有生产300毫米单晶和硅片的设备能力。但在“863计划”大规模集成电路支撑材料专项中，提出通过自主创新突破0.13-0.10微米技术集成电路所需的12英寸硅片技术要求，部署并建立12英寸硅单晶抛光片制备技术研究项目，提出满足itrs2001要求的主要技术指标。

在台湾能生产200毫米硅片的公司包括中德电子材料公司、台湾小松公司和台湾心悦公司。此外，韩磊科技拥有一定的外延晶圆生产能力，沈阳科技和尚志半导体生产回收晶圆。

关于上海发展硅材料产业和技术的建议

上海及其周边地区的集成电路芯片制造业发展迅速。nec在华虹、SMIC投产后，宏利已接近投产，联华和TSMC也将很快落户。上海作为全国乃至世界集成电路芯片制造中心的地位已经开始显露端倪。硅片市场已经初具规模，建立大直径硅片生产基地的时机已经成熟。根据硅材料行业的特点和创新，这将是一条见效快、成就高的道路。

根据2001年的itrs，soi材料的应用前景已经非常明朗。上海鑫奥科技有限公司引进了中国唯一的simox-soi生产线。这条生产线的设备具有目前国际先进水平。公司拥有强大的研发能力。上海应该给予重点支持，使其发展成为世界级的soi制造企业。

在建设大口径硅材料生产基地的同时，还应积极支持现有硅材料企业、相关研究单位和大学对硅材料的研发。

科技日报