产10000吨超净高纯试剂项目建议书.doc
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1、发展超大规模集成电路用超净高纯试剂的项目(一) 项目介绍1.超净高纯试剂微电子技术的支柱微电子技术主要是指用于半导体器件和集成电路(IC)微细加工制作的一系列蚀刻和处理技术,其中集成电路,特别是大规模及超大规模集成电路的微细加工技术又是微电子技术的核心,是电子信息产业最关键、最为重要的基础。微电子技术发展的主要途径之一是通过不断缩小器件的特征尺寸,增加芯片的面积,以提高集成度和速度。自20世纪70年代后期至今,集成电路芯片的发展基本上遵循GordonEM预言的摩尔定律,即每隔1.5年集成度增加1倍,芯片的特征尺寸每3年缩小2倍,芯片面积增加约1.5倍,芯片中晶体管数增加约4倍,也就是说大体上每
2、3年就有一代新的IC产品问世。在国际上,1958年美国首先研制成功集成电路开始,尤其是20世纪70年代以来,集成电路微细加工技术进入快速发展的时期,这期间相继推出了4、16、256K;1、4、16、256M;1、1.3、1.4G的动态存贮器。进入20世纪90年代后期,IC的发展更迅速,竞争更激烈。美国的Intel公司、AMD公司和日本的NEC公司这3个IC生产厂家的竞争尤为激烈,1999年Intel公司、AMD公司均实现了0.25Lm技术的生产化,紧接着Intel公司在1999年底又实现了0.18Lm技术的生产化,AMD公司也在紧追不舍。到2001年上半年,Intel公司实现了0.13Lm技术
3、的生产化,而到2001年的2季度末,日本的NEC公司宣布突破了0.1Lm工艺技术的难关,率先成功研发出0.095Lm的半导体工艺技术,现已开始接受全球各地厂商的订货,并将于2001年的11月开始批量生产。因此,专家们认为世界半导体工艺技术的发展将会加速,半导体制造厂商将会以更先进的技术加快升级换代以适应新的市场要求。超净高纯试剂(Ultra-clean and High-purity Reagents)在国际上通称为工艺化学品(Process Chemicals),美欧和中国台湾地区又称湿化学品(Wet Chemicals),是超大规模集成电路(即俗称的“芯片”)制作过程中的关键性基础化工材料
4、之一,主要用于芯片的清洗、蚀刻,另外超净高纯试剂还用于芯片掺杂和沉淀工艺。超净高纯试剂的纯度和洁净度对集成电路的成品率、电性能及可靠性均有十分重要的影响。超净高纯试剂具有品种多、用量大、技术要求高、贮存有效期短和腐蚀性强等特点,它基于微电子技术的发展而产生,一代IC 产品需要一代的超净高纯试剂与之配套。它随着微电子技术的发展而同步或超前发展,同时它又对微电子技术的发展起着制约作用。依照超净高纯试剂的用途,可以将其划分为光刻胶配套试剂、湿法蚀刻剂和湿法工艺试剂。如果依其性质可以分为:无机酸类(如盐酸、硝酸、硫酸、氢氟酸、磷酸等)、无机碱类(如氨水等)、有机溶剂类(如无水乙醇、冰乙酸、三氯乙烯、丙
5、酮等)和其他超净高纯试剂(如双氧水、氟化氢铵等)。有关资料显示,超净高纯有机溶剂在半导体工业中的消耗比例大致占10-15%,其中有机类化学品的需求量在微电子化学品中占总体积的3%以上,市场需求量相当可观。在超净高纯试剂的发展方面,与微电子技术另一重要材料光刻胶相似,不同线宽的芯片必须使用不同规格的超净高纯试剂进行蚀刻和清洗。超净高纯试剂的质量关键在于控制其所含的金属离子的多少和试剂中尘埃颗粒的含量,对于线宽较小的超大规模集成电路,几个金属离子或灰尘就足以报废整个电路。1975 年,国际半导体设备与材料组织(SEMI)制定了国际统一的超净高纯试剂标准,如表1 所示。目前,国际上制备SEMI-C1
6、 到SEMI-C12 级超净高纯试剂的技术都已经趋于成熟。随着集成电路制作要求的提高,对工艺中所需的液体化学品纯度的要求也不断提高。技术趋势上看,满足纳米级集成电路加工需求是超净高纯试剂今后发展方向之一。表 1 工艺化学品SEMI 国际标准等级SEMI 标准 C1(Grade1) C7(Grade2) C8(Grade3) C12(Grade4)金属杂质/ppb 1ppm 10 1 0.1控制粒径/m 1.0 0.5 0.5 0.2颗粒/ 个/mL 25 25 5 *适应IC 线宽范围/m 1.2 0.81.2 0.20.6 0.090.2可以看出,超净高纯试剂制备的关键在于控制并达到其所要求
7、的杂质含量和颗粒度。为使超净高纯试剂的质量达到要求,需从多个方面同时予以保障,包括试剂的提纯、包装、供应系统及分析方法等。目前,国际上普遍使用的提纯工艺有十余种,它们适用于不同成分、不同要求的超净高纯试剂的生产,例如,蒸馏、精馏、连续精馏、盐熔精馏、共沸精馏、亚沸腾蒸馏、等温蒸馏、减压蒸馏、升华、化学处理、气体吸收等。超净高纯试剂在运输过程中极易受污染,所以超净高纯试剂的包装及供应方式是超净高纯试剂使用的重要一环。特别是颗粒控制的相关技术,它贯穿于超净高纯试剂生产、运输的始终,包括了环境控制、工艺控制、成品包装控制等各个环节。2.国内外超净高纯试剂生产技术发展现状国外20世纪60年代便开始生产
8、电子工业用试剂,并为微电子加工技术的发展而不断开发新的产品。到目前为止,在国际上以德国E.Merck公司的产量及所占市场份额为最大,其次为美国Ashland、Olin公司及日本的关东株式会社,另外还有美国的MallinckradtBaker公司、英国的B.D.H.公司、前全苏化学试剂和高纯物质研究所、三菱瓦斯化学、伊期曼化学公司、AlliedSig-nal公司、Chemtech公司、PVS化学品公司、日本化学工业公司及德山公司等。近年来,新加坡、台湾地区也相继建立了500010000t级的超净高纯试剂生产基地。目前在国际上从事超净高纯试剂的研究开发及大规模生产的主要有德国的E.Merck 公司
9、(包括日本的Merck-Kanto 公司,占全球市场份额26.7%),美国的Ashland公司(市场份额25.7%)、Arch 公司(市场份额9.5%)、Mallinckradt Baker 公司(市场份额4.4%),日本的Wako(市场份额10.1%)、Sumitomo(市场份额7.1%),另外还有日本住友合成、德川、三菱,我国台湾地区主要有台湾Merck、长春、中华、友发、长新化学、台硝股份及恒谊等,韩国主要有东友(DONGWOO FINECHEM)、东进(DONGJIN SEMICHEM)、SAMYOUNG FINECHEM 等公司。在技术方面,美国、德国、日本、韩国及我国台湾地区目前已
10、经在大规模生产0.20.6m 技术用的超净高纯试剂,其中的过氧化氢、硫酸、异丙醇等主要品种一般在500010000 吨/年的规模,0.090.2m 技术用超净高纯试剂也已完成前期的工艺研究并形成规模生产,90nm 以下技术用工艺化学品也已完成技术研究,具备相应的生产能力。国内超净高纯试剂的研发水平及生产技术水平与国际上的先进技术水平相比尚有一定的差距,目前5mIC 技术用MOS 级试剂的生产技术已经成熟,并已转化为规模生产。0.81.2m 技术用超净高纯试剂(相当于国际SEMI 标准C7 水平)的产业化技术基本成熟,初步形成生产规模。0.20.6m 技术用超净高纯试剂(相当于国际SEMI标准C
11、8 水平)的工艺制备技术及分析测试技术有所突破,但由于受相关配套条件的制约,产业化技术还有待进一步的完善。部分产品的产业化技术也将能够形成规模化生产,相关分析测试方法的研究也有了较大的突破,但总体上仍然受支撑条件落后、配套设施基础差等客观因素的制约,关键的仪器设备包括容器等必须依赖进口,超净高纯试剂工艺先进技术如气体吸收、离子交换、膜处理技术等的应用要达到国外的先进水平也有一定的差距,这也导致真正要实现超净高纯试剂的工业化规模生产存在较大的差距。我国半导体市场规模在不断扩大,2006 年我国IC 市场已达4836 亿元。20022006 年5 年间,平均增长率33.6%。目前国内12 英寸(1
12、 英寸=25.4 毫米)生产线2 条,8 英寸线10 条,占国内47 条生产线总数的1/4,产能已占全国的60%,8 英寸以上高端生产线已开始成为国内芯片制造业主体。按“十二五”计划新建的生产线对于超净高纯试剂耗用量将有较大幅度增长。此外,随着国内平板显示器(FPD)大发展,2007 上广电NEC 产能将达到90K/月,京东方产能将达到85K/月,二厂、三厂建成后将达18 万枚/月。FPD 工艺与VLSI 是类似的,需求的超净高纯试剂也要几万吨。在市场供应方面,目前1.2mMOS 级超净高纯试剂已经全部实现国产化,在更高档次的超净高纯试剂供应方面,目前绝大部分需要从其他国家或地区进口,SEMI
13、标准C8 水平及以上档次的产品则全部依赖进口。进口产品的主要来源有日本、韩国、美国等国家及我国的台湾地区。表2 我国目前电子化学品进口量和国产产品市场占有率产品 国产量 进口量 国产产品市场占有率超净高纯试剂 10819.0 吨 60353.8 吨 17.9%我国超净高纯试剂的研制起步于20世纪70年代中期,1980年由北京化学试剂研究所在国内率先研制成功适合中小规模集成电路5m技术用的22种MOS级试剂。随着集成电路集成度的不断提高,对超净高纯试剂中的可溶性杂质和固体颗粒的控制越来越严,同时对生产环境、包装方式及包装材质等提出了更高的要求。为了满足我国集成电路发展的需求,国家自“六五”开始至
14、“八五”,将超净高纯试剂的研究开发列入了重点科技攻关计划,并由北京化学试剂研究所承担攻关任务。到目前为止,北京化学试剂研究所已相继推出了BV-级、BV-级和BV-级超净高纯试剂,其中BV-级超净高纯试剂达到国际SEMI-C7标准的水平,适用于0.81.2Lm工艺技术(14M)的加工制作,并在“九五”末期形成了500t年的中试规模。目前北京化学试剂研究所正在进行用于0.20.6Lm工艺技术的BV-级超净高纯试剂的研究开发。“十五”期间,国家科技部将“VLSI 用超净高纯试剂研究”课题列入了“863”超大规模集成电路配套材料重大专项计划之中,由北京化学试剂研究所、上海华谊(集团)公司等单位承担,其
15、研究的主要目的是完成0.130.10m 技术ULSI 用超净高纯试剂的研究与开发工作,此项目现已完成,关键品种的制备工艺已趋完善,配套支撑条件基本上可以满足研发的要求,颗粒、金属杂质、阴离子及TOC 等分析测试方法的研究也取得了一系列成果,为“十二五”的产业化技术及更加深入的研究奠定了良好的技术基础。上海华谊(集团)公司为推进“863” 课题研究开发工作,加快研究及产业化进程,于2003 年1 月组建了由华谊集团公司、中远化工有限公司、三爱富新材料股份有限公司和上海化学试剂研究所等多元投资的上海华谊微电子化学品有限公司,成为执行“863”计划的实体、主体,拥有600 平方米实验室、10000
16、平方米净化室和配置相应的试验设备等。通过“863” 课题的研究开发,不仅提升了在超净高纯试剂方面的技术水平,也培养了一大批专业技术人才。2004 年由上海华谊(集团)公司、上海中远化工有限公司和台湾联仕共同出资组建成立合资公司上海华谊微电子材料有限公司,建成15000 吨/年规模的超净高纯试剂生产线,现已正式投产,投资2.2 亿万人民币,生产各类微电子化学品,主要有:30%双氧水、96%硫酸、29%氨水、37%盐酸、69%硝酸、99.7%醋酸、40%氟化铵,产品质量达到当前市场0.13m 线宽半导体制造业要求以及0.09m 半导体生产线质量标准的要求。上海华谊微电子材料有限公司建筑面积近130
17、00 平方米,建有世界一流水平的生产线和净化包装线。实验室部分有洁净房259 平方米,最高洁净要求可以达到10 级。拥有价值近1500 万元的大型精密测试仪器和技术装备,如测试限达到1ppt(10-12)的电感耦合等离子光谱-质谱仪(ICP-MS)、测试限0.1ppb(10-9)的原子吸收光谱仪(AA)、紫外-可见分光光谱仪(U.V)、极谱仪、总碳分析仪、0.1ppb 的离子色谱仪(IC)、气相色谱仪(GC)、高效液相色谱仪(HPLC)、激光散射颗粒测定仪(PMC)、空气净化颗粒测试仪、微波消化器等。上海华谊微电子材料有限公司已于2006 年年中建成投产。产品已开始进入主要集成电路厂家试用,如
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