重掺砷、红磷超低电阻单晶等半导体研究开发中心建设项目可行性研究报告
思瀚产业研究院 中欣晶圆    2024-05-18

1、项目基本情况

本项目围绕公司成为一家享誉全球的技术领先、品质卓越、种类齐全、服务优异的半导体硅片供应商为目标，针对更先进的 14nm、7nm、5nm 制程所需要的半导体硅片工艺节点，利用现有公司半导体材料研究院的研发体系，开展 8英寸、12 英寸半导体单晶硅棒电阻率、COP-Free、氧含量、体金属含量、BMD（体型微观缺陷）、MCLT（Minority carrier lifetime，少子寿命）等关键品质参数的深入研发以及 8 英寸、12 英寸半导体硅片加工的各项几何参数、表面金属含量、边缘金属含量、体型微观缺陷、MCLT 等关键品质参数的提升和改善，同时通过建立研发中间性试验线，对产品各项性能作 GOI（Gate Oxide Integrity，栅氧化层）测试等预测试，以提高送样通过率，加快送样进程。

另外，通过建立SOI 研发实验线，进一步拓展公司产品应用面，为客户提供多品种更高端工艺应用产品，从而扩展和建立起硅抛光片、外延片、SOI 并举的种类齐全的产品线。公司通过配置先进设备、引入高端人才、充分利用产业链一体化的生产能力及技术资源，提升公司在相关领域的自主创新能力和研发水平，巩固公司技术的领先地位，使公司快速成为半导体芯片用全尺寸多品种高性能半导体硅片优质供应商。

公司已通过自主研制掌握 12 英寸半导体硅片核心生产技术，并实现量产，未来公司一方面将完善现有 12 英寸半导体硅片生产工艺，尤其是外延片、12 英寸退火片、12 英寸重掺产品的开发及量产；另一方面，工艺技术将继续往 14nm、7nm、5nm 等更先进制程的芯片应用领域进行研究和突破。

此外，通过引入 SOI的研发工艺和设备，在现有半导体硅片市场中的 6-8 英寸 SOI应用产品的基础上，研发 12 英寸 SOI 相关应用产品，从而加快该类产品的国产替代，满足国内 12英寸芯片厂商高制程的需求，打破国外企业的技术垄断。本项目总投资额为 228,006.54 万元，建设期 36 个月。

本项目分为 3 个子项目分地实施，子项目分别为高新技术研究开发中心建设项目、银川单晶技术研发中心及中试线建设项目和半导体材料研究院上海分院项目。

本项目是对公司现有或未来主要产品及核心技术的进一步开发、升级及创新，具体研发方向安排如下：

（1）12 英寸重掺砷、红磷超低电阻单晶开发

随着芯片技术广泛应用于新能源汽车、高铁等电源管理，对 12 英寸重掺产品的需求进一步扩大。作为重掺 N 型（电子型）产品的主要参数—电阻率，超低的电阻率能进一步提升功率器件产品的性能。功率器件的客户对 12 英寸重掺产品电阻率的要求是越低越好。但掺杂量越大，对晶体生产的成晶率会产生较大影响，从而造成成品率大幅下降。

①通过调整拉晶参数以及提升设备性能，起到降低电阻率的效果；

②通过设计高效的掺杂器具，调整最优的掺杂条件，从而提高掺杂效率；

③通过上述①和②的优化，增加低电阻产品有效长度；

④通过研究工艺改善，实现高氧低阻产品的量产。

（2）12 英寸 COP-Free 单晶优化

公司通过自主研制掌握 12 英寸半导体硅片的核心生产技术并实现量产，随着客户对轻掺 COP-Free 单晶硅棒的需求量不断增大，需要持续提升产能和良品率。本项目主要研究内容包括：杭州中欣晶圆半导体股份有限公司 招股说明书1-1-366

①通过调整温度参数，减小拉速波动，使目标拉速和平均拉速保持一致；

②为了对晶体生长热履历进行优化，计划设计最先进的热场，保证 COP-Free单晶硅棒生产的稳定性；

③进行设备改造，保证自动控制液面位置准确；

④通过开发使用国产超导磁场控制溶汤流动的稳定性，进一步改良COP-Free 晶体品质；

⑤通过上述①②③④的优化，使得单晶硅棒有效长度增加。

（3）12 英寸轻掺磷低氧含量单晶开发

随着功率半导体技术的发展，用于 IGBT 器件中的芯片要求硅片中的氧含量要降至极限值。如果氧原子浓度较高，会在高温氧化和退火的过程中，形成氧沉淀造成缺陷产生，使芯片的性能下降。但由于 MCZ（磁控直拉单晶硅技术）晶体生长过程中使用的石英坩埚含氧量较高，所以降低氧含量是比较困难的，最终影响产品良率。本项目主要研究内容包括：

①通过埚转、投料量、磁场等参数进行极限测试优化，起到降低氧含量的效果；

②通过磁场控制溶汤的对流，控制氧含量；

③对炉压和气体流向控制，控制氧含量；④通过热场模拟解析，设计降氧热场，通过工艺优化调试，起到降低氧含量的效果。

（4）12 英寸外延用单晶硅棒 BMD 控制的开发

对于 12 英寸半导体硅片从应用层面来说，28nm 以下先进制程几乎都要使用外延片。在这些先进制程外延硅片的生产过程中，需要在作为衬底的硅抛光片中形成内吸杂作用的 BMD，以确保外延层的洁净度。本项目主要研究内容包括：

①通过晶体生长热履历控制，以实现灵活调节 BMD 密度；②投入第三元素进行 BMD 控制试验；

③RTP（快速热处理）处理技术；

④通过电脑模拟设计热场的工艺优化，实现 BMD 尺寸的研究。

（5）8 英寸及 12 英寸轻掺品低体金属含量和高 MCLT 单晶开发

随着半导体技术节点越来越先进，特别是 12 英寸技术节点进入 45nm 以下，轻掺产品中的体金属含量（P 型（空穴型）要以体内铁含量为代表参数）和 MCLT有较高要求，主要是为了降低半导体厂工艺过程中的漏电风险。本项目主要研究内容包括：

①研究使用高纯度原辅材料，包括掺杂剂、氩气等；

②进行洁净度管理，包括环境、单晶炉和热场等；

③开发轻掺品低体金属含量和高 MCLT 单晶评价技术。

（6）12 英寸高平坦度和超洁净度外延片开发

随着集成电路技术的发展，半导体技术节点越来越先进，对于 12 英寸硅抛光片和外延片的平坦度要求越来越高。本项目主要研究内容包括：

①为了维持最高的抛光布表面状态，开发最合适的钻石粒子和直径；

②为了维持最高的载体和砂轮状态，开发精密测定系统；

③开发 CMP（化学机械抛光）多领域加压抛光头，维持最佳的平坦度；

④设计最佳的单片、槽式洗净机，达到最高的表面品质；

⑤为了实现 Q-time（等待时间）最小化，通过一体式抛光，洗净装置使洗净效果最大化。在项目开发过程中，在加工产品的同时，对加工配方进行不断的改进与优化，寻找最优加工条件，以期得到如下成果：

①提升产品良率；

②提高产品竞争力；

③提高机台月产量；

④减少机台保养频率。

（7）12 英寸超级背封抛光及外延产品的研发

为了提高公司产品的多样性，公司将引入 12 英寸 APCVD（常压化学气相淀积）、LPCVD（低压化学气相沉积），以提供具备外吸杂工艺的 12 英寸抛光重掺产品，用于功率器件特殊工艺的生产。同时，与 12 英寸外延设备配套，开发提供客户此类产品的外延产品。本项目主要研究内容包括：

①在 12 英寸重掺抛光片背面进行 APCVD 和 LPCVD，以期达到解决在外延生产高温过程中的自掺杂问题，确保膜厚均匀性并形成外吸杂；

②依据客户的要求，建立硅片边缘去除工艺，以提升外延过程中边缘品质；

③通过优化工艺流程，可以灵活配置 APCVD 和 LPCVD 工艺，达到产品几何参数及表面品质的最优化；

④为防止高温工艺过程中的污染，进行背封前洗净技术开发；⑤优化生产工艺降低高温过程对硅片的污染，确保体金属含量达到最优。

（8）8 英寸、12 英寸产品 GOI 测试模拟测试线研发线建立

为了进一步加快样品认证的一次成功率，有必要在首次送样前，依据后道客户的应用要求，模拟客户的 GOI 工艺步骤，在公司中试实验线上做前期测试。不断地试错以提升客户端产品良率，达到一次送样成功的目的。本项目主要研究内容包括：

①建立 GOI 的中间性试验线；

②量测的机台配置，并在中试过程中达到中测或终测的指标；

③数据的分析与客户的产品比对分析手段建立。

（9）12 英寸 SOI 工艺的研发和产品试产

SOI 在 28nm 及以下芯片先进制程技术节点上的应用很广阔。国际 SOI 市场主要应用集中在大尺寸薄膜 SOI，其中绝大多数用户为尖端微电子技术的引导者，如 IBM、AMD 等。SOI 供应商主要为法国 Soitec 半导体公司、信越化学、SUMCO。

SOI 的高端应用主要需要 12 英寸硅片。基于公司已经具备 12 英寸硅抛光片和12 英寸外延片先进制程的生产能力并具有一定规模，可以提供 SOI 工艺产品所需的高品质硅基片，所以对 SOI 产品的研发，除了增加硅片的销量外，也将拓展公司的产品品种和产品应用面。为公司后续发展提供强劲动力。本项目主要研究内容包括：

①建立 SOI 中间性试验线；

②开发 SOI 产品系列，并针对市场需求列项研发；

③拓展 SOI 产品应用于先进制程的技术路线。另外，本项目拟在浙江杭州、宁夏银川及上海三地的研究院及研究中心配套建设中间性试验线，其中，高新技术研究开发中心将专门建设中间性试验线为相关研究课题及新产品的开发提供试制服务；

银川单晶技术研发中心将配置中间性试验线，主要攻克单晶硅棒生产工艺的技术瓶颈，通过中试测试，为轻掺 Cop-free单晶、氧含量、体金属含量、BMD、MCLT 等关键参数的提升以及重掺超低电阻率单晶产品的开发及投产奠定基础；半导体材料研究上海分院将配备相应的中间性试验线，重点实现 8 英寸硅片产品在硅片制备流程中的金刚线切割、酸腐蚀、去边等工艺的检测和试验，通过对温度、浓度、压力、硅片移动速度等工艺参数的不断调试，找到相应工艺升级的参数最优解。

2、项目建设内容及投资概算

本项目总投资额为 228,006.54 万元。

3、项目所需的时间周期和时间进度

本项目建设期拟定为 36 个月。项目进度计划内容包括项目初步设计、设备购置及安装、人员招聘及培训、研究与开发等。具体规划进度如下：阶段/时间（月）T+361-2 3-9 10-30 31-36初步设计建筑工程设备购置及安装人员招聘及培训研究与开发、项目环境保护情况本项目施工过程中将采取各种防范措施减少污染物排放，尽量减少对环境造成的影响。本项目为研发项目，对环境的影响主要来自研发过程中产生废气、废水、固体废弃物以及一定噪声。

公司将采取防治措施保证处理后的气体排放均可满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）和《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中的二级排放标准要求；废水经处理达标后，经厂区污水处理站处理后各污染物排放浓度均可满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中三级排放标准以及《电子工业水污染物排放标准》中表 1 间接排放限值要求，污水进入市政污水处理厂集中处理后，排入地表水体，对区域水体环境质量影响较小；

对于固体废弃物，其中生活垃圾将委托环卫部门统一清运处理，一般固废由物资回收部门回收处置；危废委托有资质单位处置，固体废弃物经处置后，对周边环境无不良影响；公司将严格按照《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）进行研发及试制等活动。