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重?fù)缴椤⒓t磷超低電阻單晶等半導(dǎo)體研究開發(fā)中心建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 中欣晶圓    2024-05-18

1、項(xiàng)目基本情況

本項(xiàng)目圍繞公司成為一家享譽(yù)全球的技術(shù)領(lǐng)先、品質(zhì)卓越、種類齊全、服務(wù)優(yōu)異的半導(dǎo)體硅片供應(yīng)商為目標(biāo)，針對更先進(jìn)的 14nm、7nm、5nm 制程所需要的半導(dǎo)體硅片工藝節(jié)點(diǎn)，利用現(xiàn)有公司半導(dǎo)體材料研究院的研發(fā)體系，開展 8英寸、12 英寸半導(dǎo)體單晶硅棒電阻率、COP-Free、氧含量、體金屬含量、BMD（體型微觀缺陷）、MCLT（Minority carrier lifetime，少子壽命）等關(guān)鍵品質(zhì)參數(shù)的深入研發(fā)以及 8 英寸、12 英寸半導(dǎo)體硅片加工的各項(xiàng)幾何參數(shù)、表面金屬含量、邊緣金屬含量、體型微觀缺陷、MCLT 等關(guān)鍵品質(zhì)參數(shù)的提升和改善，同時(shí)通過建立研發(fā)中間性試驗(yàn)線，對產(chǎn)品各項(xiàng)性能作 GOI（Gate Oxide Integrity，柵氧化層）測試等預(yù)測試，以提高送樣通過率，加快送樣進(jìn)程。

另外，通過建立SOI 研發(fā)實(shí)驗(yàn)線，進(jìn)一步拓展公司產(chǎn)品應(yīng)用面，為客戶提供多品種更高端工藝應(yīng)用產(chǎn)品，從而擴(kuò)展和建立起硅拋光片、外延片、SOI 并舉的種類齊全的產(chǎn)品線。公司通過配置先進(jìn)設(shè)備、引入高端人才、充分利用產(chǎn)業(yè)鏈一體化的生產(chǎn)能力及技術(shù)資源，提升公司在相關(guān)領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和研發(fā)水平，鞏固公司技術(shù)的領(lǐng)先地位，使公司快速成為半導(dǎo)體芯片用全尺寸多品種高性能半導(dǎo)體硅片優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商。

公司已通過自主研制掌握 12 英寸半導(dǎo)體硅片核心生產(chǎn)技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，未來公司一方面將完善現(xiàn)有 12 英寸半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)工藝，尤其是外延片、12 英寸退火片、12 英寸重?fù)疆a(chǎn)品的開發(fā)及量產(chǎn)；另一方面，工藝技術(shù)將繼續(xù)往 14nm、7nm、5nm 等更先進(jìn)制程的芯片應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行研究和突破。

此外，通過引入 SOI的研發(fā)工藝和設(shè)備，在現(xiàn)有半導(dǎo)體硅片市場中的 6-8 英寸 SOI應(yīng)用產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，研發(fā) 12 英寸 SOI 相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品，從而加快該類產(chǎn)品的國產(chǎn)替代，滿足國內(nèi) 12英寸芯片廠商高制程的需求，打破國外企業(yè)的技術(shù)壟斷。本項(xiàng)目總投資額為 228,006.54 萬元，建設(shè)期 36 個(gè)月。

本項(xiàng)目分為 3 個(gè)子項(xiàng)目分地實(shí)施，子項(xiàng)目分別為高新技術(shù)研究開發(fā)中心建設(shè)項(xiàng)目、銀川單晶技術(shù)研發(fā)中心及中試線建設(shè)項(xiàng)目和半導(dǎo)體材料研究院上海分院項(xiàng)目。

本項(xiàng)目是對公司現(xiàn)有或未來主要產(chǎn)品及核心技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)、升級及創(chuàng)新，具體研發(fā)方向安排如下：

（1）12 英寸重?fù)缴?、紅磷超低電阻單晶開發(fā)

隨著芯片技術(shù)廣泛應(yīng)用于新能源汽車、高鐵等電源管理，對 12 英寸重?fù)疆a(chǎn)品的需求進(jìn)一步擴(kuò)大。作為重?fù)?N 型（電子型）產(chǎn)品的主要參數(shù)—電阻率，超低的電阻率能進(jìn)一步提升功率器件產(chǎn)品的性能。功率器件的客戶對 12 英寸重?fù)疆a(chǎn)品電阻率的要求是越低越好。但摻雜量越大，對晶體生產(chǎn)的成晶率會產(chǎn)生較大影響，從而造成成品率大幅下降。

①通過調(diào)整拉晶參數(shù)以及提升設(shè)備性能，起到降低電阻率的效果；

②通過設(shè)計(jì)高效的摻雜器具，調(diào)整最優(yōu)的摻雜條件，從而提高摻雜效率；

③通過上述①和②的優(yōu)化，增加低電阻產(chǎn)品有效長度；

④通過研究工藝改善，實(shí)現(xiàn)高氧低阻產(chǎn)品的量產(chǎn)。

（2）12 英寸 COP-Free 單晶優(yōu)化

公司通過自主研制掌握 12 英寸半導(dǎo)體硅片的核心生產(chǎn)技術(shù)并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，隨著客戶對輕摻 COP-Free 單晶硅棒的需求量不斷增大，需要持續(xù)提升產(chǎn)能和良品率。本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容包括：杭州中欣晶圓半導(dǎo)體股份有限公司 招股說明書1-1-366

①通過調(diào)整溫度參數(shù)，減小拉速波動(dòng)，使目標(biāo)拉速和平均拉速保持一致；

②為了對晶體生長熱履歷進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)劃設(shè)計(jì)最先進(jìn)的熱場，保證 COP-Free單晶硅棒生產(chǎn)的穩(wěn)定性；

③進(jìn)行設(shè)備改造，保證自動(dòng)控制液面位置準(zhǔn)確；

④通過開發(fā)使用國產(chǎn)超導(dǎo)磁場控制溶湯流動(dòng)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步改良COP-Free 晶體品質(zhì)；

⑤通過上述①②③④的優(yōu)化，使得單晶硅棒有效長度增加。

（3）12 英寸輕摻磷低氧含量單晶開發(fā)

隨著功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，用于 IGBT 器件中的芯片要求硅片中的氧含量要降至極限值。如果氧原子濃度較高，會在高溫氧化和退火的過程中，形成氧沉淀造成缺陷產(chǎn)生，使芯片的性能下降。但由于 MCZ（磁控直拉單晶硅技術(shù)）晶體生長過程中使用的石英坩堝含氧量較高，所以降低氧含量是比較困難的，最終影響產(chǎn)品良率。本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容包括：

①通過堝轉(zhuǎn)、投料量、磁場等參數(shù)進(jìn)行極限測試優(yōu)化，起到降低氧含量的效果；

②通過磁場控制溶湯的對流，控制氧含量；

③對爐壓和氣體流向控制，控制氧含量；④通過熱場模擬解析，設(shè)計(jì)降氧熱場，通過工藝優(yōu)化調(diào)試，起到降低氧含量的效果。

（4）12 英寸外延用單晶硅棒 BMD 控制的開發(fā)

對于 12 英寸半導(dǎo)體硅片從應(yīng)用層面來說，28nm 以下先進(jìn)制程幾乎都要使用外延片。在這些先進(jìn)制程外延硅片的生產(chǎn)過程中，需要在作為襯底的硅拋光片中形成內(nèi)吸雜作用的 BMD，以確保外延層的潔凈度。本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容包括：

①通過晶體生長熱履歷控制，以實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié) BMD 密度；②投入第三元素進(jìn)行 BMD 控制試驗(yàn)；

③RTP（快速熱處理）處理技術(shù)；

④通過電腦模擬設(shè)計(jì)熱場的工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn) BMD 尺寸的研究。

（5）8 英寸及 12 英寸輕摻品低體金屬含量和高 MCLT 單晶開發(fā)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)越來越先進(jìn)，特別是 12 英寸技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入 45nm 以下，輕摻產(chǎn)品中的體金屬含量（P 型（空穴型）要以體內(nèi)鐵含量為代表參數(shù)）和 MCLT有較高要求，主要是為了降低半導(dǎo)體廠工藝過程中的漏電風(fēng)險(xiǎn)。本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容包括：

①研究使用高純度原輔材料，包括摻雜劑、氬氣等；

②進(jìn)行潔凈度管理，包括環(huán)境、單晶爐和熱場等；

③開發(fā)輕摻品低體金屬含量和高 MCLT 單晶評價(jià)技術(shù)。

（6）12 英寸高平坦度和超潔凈度外延片開發(fā)

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)越來越先進(jìn)，對于 12 英寸硅拋光片和外延片的平坦度要求越來越高。本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容包括：

①為了維持最高的拋光布表面狀態(tài)，開發(fā)最合適的鉆石粒子和直徑；

②為了維持最高的載體和砂輪狀態(tài)，開發(fā)精密測定系統(tǒng)；

③開發(fā) CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）多領(lǐng)域加壓拋光頭，維持最佳的平坦度；

④設(shè)計(jì)最佳的單片、槽式洗凈機(jī)，達(dá)到最高的表面品質(zhì)；

⑤為了實(shí)現(xiàn) Q-time（等待時(shí)間）最小化，通過一體式拋光，洗凈裝置使洗凈效果最大化。在項(xiàng)目開發(fā)過程中，在加工產(chǎn)品的同時(shí)，對加工配方進(jìn)行不斷的改進(jìn)與優(yōu)化，尋找最優(yōu)加工條件，以期得到如下成果：

①提升產(chǎn)品良率；

②提高產(chǎn)品競爭力；

③提高機(jī)臺月產(chǎn)量；

④減少機(jī)臺保養(yǎng)頻率。

（7）12 英寸超級背封拋光及外延產(chǎn)品的研發(fā)

為了提高公司產(chǎn)品的多樣性，公司將引入 12 英寸 APCVD（常壓化學(xué)氣相淀積）、LPCVD（低壓化學(xué)氣相沉積），以提供具備外吸雜工藝的 12 英寸拋光重?fù)疆a(chǎn)品，用于功率器件特殊工藝的生產(chǎn)。同時(shí)，與 12 英寸外延設(shè)備配套，開發(fā)提供客戶此類產(chǎn)品的外延產(chǎn)品。本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容包括：

①在 12 英寸重?fù)綊伖馄趁孢M(jìn)行 APCVD 和 LPCVD，以期達(dá)到解決在外延生產(chǎn)高溫過程中的自摻雜問題，確保膜厚均勻性并形成外吸雜；

②依據(jù)客戶的要求，建立硅片邊緣去除工藝，以提升外延過程中邊緣品質(zhì)；

③通過優(yōu)化工藝流程，可以靈活配置 APCVD 和 LPCVD 工藝，達(dá)到產(chǎn)品幾何參數(shù)及表面品質(zhì)的最優(yōu)化；

④為防止高溫工藝過程中的污染，進(jìn)行背封前洗凈技術(shù)開發(fā)；⑤優(yōu)化生產(chǎn)工藝降低高溫過程對硅片的污染，確保體金屬含量達(dá)到最優(yōu)。

（8）8 英寸、12 英寸產(chǎn)品 GOI 測試模擬測試線研發(fā)線建立

為了進(jìn)一步加快樣品認(rèn)證的一次成功率，有必要在首次送樣前，依據(jù)后道客戶的應(yīng)用要求，模擬客戶的 GOI 工藝步驟，在公司中試實(shí)驗(yàn)線上做前期測試。不斷地試錯(cuò)以提升客戶端產(chǎn)品良率，達(dá)到一次送樣成功的目的。本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容包括：

①建立 GOI 的中間性試驗(yàn)線；

②量測的機(jī)臺配置，并在中試過程中達(dá)到中測或終測的指標(biāo)；

③數(shù)據(jù)的分析與客戶的產(chǎn)品比對分析手段建立。

（9）12 英寸 SOI 工藝的研發(fā)和產(chǎn)品試產(chǎn)

SOI 在 28nm 及以下芯片先進(jìn)制程技術(shù)節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)用很廣闊。國際 SOI 市場主要應(yīng)用集中在大尺寸薄膜 SOI，其中絕大多數(shù)用戶為尖端微電子技術(shù)的引導(dǎo)者，如 IBM、AMD 等。SOI 供應(yīng)商主要為法國 Soitec 半導(dǎo)體公司、信越化學(xué)、SUMCO。

SOI 的高端應(yīng)用主要需要 12 英寸硅片?；诠疽呀?jīng)具備 12 英寸硅拋光片和12 英寸外延片先進(jìn)制程的生產(chǎn)能力并具有一定規(guī)模，可以提供 SOI 工藝產(chǎn)品所需的高品質(zhì)硅基片，所以對 SOI 產(chǎn)品的研發(fā)，除了增加硅片的銷量外，也將拓展公司的產(chǎn)品品種和產(chǎn)品應(yīng)用面。為公司后續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)勁動(dòng)力。本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容包括：

①建立 SOI 中間性試驗(yàn)線；

②開發(fā) SOI 產(chǎn)品系列，并針對市場需求列項(xiàng)研發(fā)；

③拓展 SOI 產(chǎn)品應(yīng)用于先進(jìn)制程的技術(shù)路線。另外，本項(xiàng)目擬在浙江杭州、寧夏銀川及上海三地的研究院及研究中心配套建設(shè)中間性試驗(yàn)線，其中，高新技術(shù)研究開發(fā)中心將專門建設(shè)中間性試驗(yàn)線為相關(guān)研究課題及新產(chǎn)品的開發(fā)提供試制服務(wù)；

銀川單晶技術(shù)研發(fā)中心將配置中間性試驗(yàn)線，主要攻克單晶硅棒生產(chǎn)工藝的技術(shù)瓶頸，通過中試測試，為輕摻 Cop-free單晶、氧含量、體金屬含量、BMD、MCLT 等關(guān)鍵參數(shù)的提升以及重?fù)匠碗娮杪蕟尉Мa(chǎn)品的開發(fā)及投產(chǎn)奠定基礎(chǔ)；半導(dǎo)體材料研究上海分院將配備相應(yīng)的中間性試驗(yàn)線，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn) 8 英寸硅片產(chǎn)品在硅片制備流程中的金剛線切割、酸腐蝕、去邊等工藝的檢測和試驗(yàn)，通過對溫度、濃度、壓力、硅片移動(dòng)速度等工藝參數(shù)的不斷調(diào)試，找到相應(yīng)工藝升級的參數(shù)最優(yōu)解。

2、項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容及投資概算

本項(xiàng)目總投資額為 228,006.54 萬元。

3、項(xiàng)目所需的時(shí)間周期和時(shí)間進(jìn)度

本項(xiàng)目建設(shè)期擬定為 36 個(gè)月。項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃內(nèi)容包括項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)、設(shè)備購置及安裝、人員招聘及培訓(xùn)、研究與開發(fā)等。具體規(guī)劃進(jìn)度如下：階段/時(shí)間（月）T+361-2 3-9 10-30 31-36初步設(shè)計(jì)建筑工程設(shè)備購置及安裝人員招聘及培訓(xùn)研究與開發(fā)、項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)情況本項(xiàng)目施工過程中將采取各種防范措施減少污染物排放，盡量減少對環(huán)境造成的影響。本項(xiàng)目為研發(fā)項(xiàng)目，對環(huán)境的影響主要來自研發(fā)過程中產(chǎn)生廢氣、廢水、固體廢棄物以及一定噪聲。

公司將采取防治措施保證處理后的氣體排放均可滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）和《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）中的二級排放標(biāo)準(zhǔn)要求；廢水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后，經(jīng)廠區(qū)污水處理站處理后各污染物排放濃度均可滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）中三級排放標(biāo)準(zhǔn)以及《電子工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表 1 間接排放限值要求，污水進(jìn)入市政污水處理廠集中處理后，排入地表水體，對區(qū)域水體環(huán)境質(zhì)量影響較?。?

對于固體廢棄物，其中生活垃圾將委托環(huán)衛(wèi)部門統(tǒng)一清運(yùn)處理，一般固廢由物資回收部門回收處置；危廢委托有資質(zhì)單位處置，固體廢棄物經(jīng)處置后，對周邊環(huán)境無不良影響；公司將嚴(yán)格按照《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB12348-2008）進(jìn)行研發(fā)及試制等活動(dòng)。