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電子級多晶硅是制造半導體硅片最基礎(chǔ)和最主要的原材料之一，被稱為電子信息產(chǎn)業(yè)的“糧食”，其純度需達到11N，如此高的純度對制備技術(shù)、檢測技術(shù)和質(zhì)量管理都提出了極高的要求。長期以來，電子級多晶硅的制備技術(shù)被美、德、日等西方國家封鎖，因而我國使用的電子級多晶硅幾乎完全依賴進口，存在被“卡脖子”的風險。近年來，我國以青海黃河上游水電、江蘇鑫華等為代表的企業(yè)在電子級多晶硅上取得了一部分技術(shù)突破，但仍存發(fā)展瓶頸。

一、電子級多晶硅發(fā)展概述

電子級多晶硅可分為電子級區(qū)熔用多晶硅和電子級直拉用多晶硅。電子級區(qū)熔用多晶硅質(zhì)量要求更苛刻，采用區(qū)熔法生產(chǎn)的單晶硅中氧、碳含量低，載流子濃度低，電阻率高，主要應(yīng)用于制造IGBT、高壓整流器、晶閘管、高壓晶體管等高壓大功率半導體器件。而直拉法生產(chǎn)的單晶硅片廣泛用于集成電路存儲器、微處理器、手機芯片和低電壓晶體管、電子器件等電子產(chǎn)品，用途更為廣泛，電子級直拉用多晶硅市場占比達90%以上。電子級多晶硅產(chǎn)業(yè)鏈如圖1所示。電子級多晶硅料經(jīng)熔融后，通過拉制獲得半導體單晶棒，再經(jīng)過滾磨、線切割、倒角、研磨、腐蝕、熱處理、邊緣拋光、正面拋光、清洗、外延等工藝制成拋光片或外延片，再經(jīng)過氧化、沉積、光刻、刻蝕、離子注入/擴散等半導體工藝制成晶圓，后經(jīng)切割、封裝、測試等工藝制成芯片，并應(yīng)用在下游終端產(chǎn)品中。

二、產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

（一）全球電子級多晶硅發(fā)展情況

2019年，全球電子級多晶硅產(chǎn)量約為3.9萬噸，同比增長約8.3%。生產(chǎn)主要集中于美國、德國和日本等國的少數(shù)幾家多晶硅企業(yè)，包括德國Wacker、韓國OCI、美國Hemlock、美國REC、日本三菱、日本德山等（見表1）。其中，美國Hemlock約生產(chǎn)11,000噸、德國Wacker約生產(chǎn)8500噸（占Wacker總產(chǎn)量的15%）、日本Tokuyama約生產(chǎn)6200噸、日本三菱約生產(chǎn)3000噸、日本住友約生產(chǎn)2500噸、REC產(chǎn)量為867噸（見圖2）。同時，在2019年底韓國OCI對外宣布部分P1產(chǎn)線的產(chǎn)能將轉(zhuǎn)為生產(chǎn)電子級多晶硅（年產(chǎn)能5000噸），加入電子級多晶硅生產(chǎn)行列。

（二）我國電子級多晶硅發(fā)展情況

第一，市場需求。近年來，在智能手機對存儲器及功率半導體的需求上漲和我國集成電路產(chǎn)業(yè)政策的雙重影響下，國內(nèi)半導體硅片的投資規(guī)模不斷加大。目前中國8英寸、12英寸半導體硅片生產(chǎn)及研發(fā)的單位主要有上海新昇、上海新傲、超硅、金瑞泓、有研、洛單集團、南京國盛、合晶、Ferrotec（中國）等，2019年國內(nèi)8寸拋光片產(chǎn)能123萬片/月，12英寸拋光片產(chǎn)能15萬片/月。若以每公斤多晶硅12英寸出片量5片、8英寸10片計算，則電子級多晶硅總需求量為1836噸/年，這還不包括國內(nèi)6寸及以下的硅片廠的多晶硅需求量。第二，產(chǎn)品供給。隨著國內(nèi)黃河水電、鑫華半導體、云冶芯材、洛陽中硅、宜昌南玻等企業(yè)逐步推進電子級多晶硅的研究與發(fā)展，電子級多晶硅對于海外進口的依賴正在逐漸緩解。2015年12月，鑫華半導體由國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金聯(lián)手保利協(xié)鑫共同投資，建設(shè)國內(nèi)首條5000噸半導體集成電路專用電子級多晶硅生產(chǎn)線。2018年9月，國家電投集團黃河水電公司表示其建成了國內(nèi)唯一一家集成電路引用的高純電子級多晶硅生產(chǎn)線，并且其質(zhì)量與德國、日本知名企業(yè)生產(chǎn)的多晶硅質(zhì)量相當。2020年8月，洛陽中硅將生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移至電子級多晶硅上，并將在孟津縣投資40億元的電子級多晶硅生產(chǎn)項目。從實際產(chǎn)量來看，黃河水電和鑫華半導體是國內(nèi)唯二的兩家真正實現(xiàn)電子級多晶硅出貨的企業(yè)。其中黃河水電已形成年產(chǎn)能2500噸，2012年至今累計銷售電子級多晶硅產(chǎn)品2000余噸。其產(chǎn)品技術(shù)指標遠高于國家標準要求，完全滿足集成電路用硅單晶的需求，達到國際一流、國內(nèi)領(lǐng)先水平。其產(chǎn)品已經(jīng)成功應(yīng)用到國內(nèi)10余家硅片企業(yè)，批量供應(yīng)國內(nèi)8英寸硅片生產(chǎn)線，在12英寸硅片生產(chǎn)線的驗證工作也在進行中。

三、存在問題

第一，電子級多晶硅供應(yīng)缺口巨大。2020年我國年電子級多晶硅需求量達到2500噸，隨著下游半導體硅片產(chǎn)能的進一步釋放，對于電子級多晶硅的需求量也會進一步提升。但目前看，國內(nèi)電子級多晶硅的供應(yīng)量不超過800噸，大部分仍需從國外進口，特別是12英寸硅片所用的電子級多晶硅，幾乎完全依賴進口。第二，產(chǎn)品穩(wěn)定性和一致性仍需提升。雖然我國電子級多晶硅產(chǎn)品在技術(shù)指標上已經(jīng)達到國際一流水平，但生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品一致性和穩(wěn)定性仍需提升，尤其是針對12英寸硅片用電子級多晶硅的質(zhì)量穩(wěn)定性仍有差距，這也是多晶硅下游客戶最關(guān)注的環(huán)節(jié)。究其原因，主要有以下幾點：一是高純石墨產(chǎn)品、高純酸、電子級潔凈PE袋等輔助材料的質(zhì)量穩(wěn)定性與國外仍然有差距；二是雖然設(shè)備能夠國產(chǎn)化，但國產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性和耐用性還需要進一步提高；三是我國電子級多晶硅企業(yè)的管理體系特別是質(zhì)量過程控制還有差距，對于質(zhì)量管理體系的理解和運用還需要進一步加強；四是企業(yè)對于整體化工工藝的機理性研究仍需要進一步深入；五是自動化和智能化生產(chǎn)水平也需提升。第三，檢測設(shè)備仍依賴進口。在生產(chǎn)制造端，我國已基本解決相關(guān)設(shè)備和材料的國產(chǎn)化替代。但用于多晶硅產(chǎn)品的核心檢測設(shè)備則完全依賴進口，如低溫傅立葉紅外光譜儀LT-FTIR、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS等，并且檢測環(huán)節(jié)對檢測人員的能力水平要求極高。第四，發(fā)展仍受歷史遺留政策問題束縛。國家對于高耗能行業(yè)的定義一直沿用《2010年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計報告》，其中包括非金屬礦物制品業(yè)。而按照最新版的《國民經(jīng)濟行業(yè)分類》，多晶硅棒（即多晶硅原料生產(chǎn)）屬于其他非金屬礦物制品制造，納入非金屬礦物制品業(yè)范圍（3099）。受該分類掣肘，多晶硅行業(yè)因為劃屬高耗能行業(yè)一直享受不到國家相關(guān)優(yōu)惠政策。而電子級多晶硅是國家亟需解決的卡脖子產(chǎn)品，在國家發(fā)改委2019年10月30日的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導目錄（2019年本）》中，也明確將高端電子級多晶硅列入鼓勵類項目，希望相關(guān)政策能夠統(tǒng)一。

四、對策建議

第一，加強關(guān)鍵核心技術(shù)的支持力度。統(tǒng)籌利用工業(yè)強基、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級基金等已有資金渠道，統(tǒng)籌支持12英寸及以上集成電路硅片用原生多晶硅料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)過程中的材料、設(shè)備、工藝、質(zhì)量控制等與產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性相關(guān)聯(lián)的核心關(guān)鍵技術(shù)，支持對于整體化工工藝的機理性研究，支持提升生產(chǎn)自動化和智能化水平。支持建立電子級多晶硅材料檢測分析平臺，開展高純硅材料及硅晶圓中超痕量雜質(zhì)定性定量分析等化學分析技術(shù)和晶體微觀結(jié)構(gòu)分析等物理檢測分析技術(shù)研究，提供全產(chǎn)業(yè)鏈材料檢測服務(wù)，打造第三方半導體材料分析實驗室。第二，加強上下游聯(lián)合合作。引導國內(nèi)電子級多晶硅、半導體硅片廠、晶圓廠組建戰(zhàn)略聯(lián)合體，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動發(fā)展。加強首批次保險政策對電子級多晶硅領(lǐng)域的支持力度。引導國家、省市等相關(guān)資金支持項目按要求全產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)合申報。通過政策引導推動國產(chǎn)電子級多晶硅料在下游生產(chǎn)制造中的規(guī)?；瘧?yīng)用，解決產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性問題。第三，調(diào)整部分行業(yè)國民經(jīng)濟分類。從長遠來看，將多晶硅棒列入非金屬礦物制品業(yè)，勢必會因為歷史原因?qū)е潞芏鄡?yōu)惠政策不能享受，甚至會對產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生不利影響。因此，建議國家在明確多晶硅不屬于高耗能行業(yè)范疇之外，調(diào)整《國民經(jīng)濟行業(yè)分類》，將多晶硅棒列入電子專用材料制造（3985）。

作者：江華 單位：賽迪智庫集成電路研究所