区熔用多晶硅材料的产品为区熔硅单晶,其相对于直拉硅单晶具有纯度高、氧含量低、金属沾污小的特点,一直以来被广泛应用于高压、大功率器件,近年来更是在制备高压大功率IGBT、LDMOS和光电子等器件上得到广泛应用。器件用于超高压输电、电机变频调速、新能源汽车、高铁等工业、节能、交通运输、新能源、消费电子等多个领域。高阻和超纯区熔多晶硅,应用于光电探测、太赫兹、飞秒激光等国防航空领域,而高阻和超纯区熔多晶硅仅美国 REC一家公司能够生产,亦被美国视作军事战略材料,对中国实施禁售。国外美国REC和德国Wacker公司具备批量生产区熔用多晶硅棒的能力,2021年全球区熔多晶硅棒产量约1600吨,主要为美国RECsilicon公司、德国Wacker公司生产,我国区熔用多晶硅棒已经实现小批量供应,正在逐步替代进口产品。
区熔用多晶硅材料用于区熔法生长不同尺寸的硅单晶,生产工艺、质量检测与电子级块状硅、颗粒硅相差较大,纯度也更高。区熔用多晶硅棒是区熔硅单晶制备的必需原料,除了关注施受主元素、总碳浓度,总氧浓度、基体金属外,还对硅芯碳浓度,硅芯氧浓度,材料尺寸及允许偏差、外观质量度等指标有着特殊的严格要求。国内厂家近年来在国家、地方各类专项、政策的支持下,加大投入力度、上下游合作,可供应区熔用多晶硅材料。
目前国内关于多晶硅的产品标准,主要有GB/T 12963-2014《电子级多晶硅》、GB/T 25074-2017《太阳能级多晶硅》、GB/T 35307-2017《流化床法颗粒硅》。
其中GB/T 25074-2017、GB/T 35307-2017主要应用于光伏领域,与本文件规定的技术要求、应用领域相差较大。GB/T 12963主要适用于直拉工艺硅单晶,对氧含量浓度没有强制要求,与本标准的主要技术指标相差较大,特别是区熔用多晶硅材料对表面金属不做要求,反而对多晶硅棒的长度,总氧浓度以及硅芯碳和氧浓度具有明确的要求。国际标准SEMI M16是按区熔(FZ)和直拉(CZ)用多晶硅进行区分,SEMI M16中列出了CZ和FZ两种用途的多晶硅,但是对区熔用多晶硅没有明确具体的技术指标,只有客户协商指定;本征区熔用多晶硅材料的质量标准又不同于电子级多晶硅质量要求。如果将区熔用多晶硅材料与电子级多晶硅放在一起,会造成标准内容混乱、区分不够清晰。
综上所述,国内外对于区熔用多晶硅材料没有明确的执行标准,对于产品及其技术指标的定义也不清晰,从而影响区熔用多晶硅材料的生产、销售和使用。本标准的起草将明确区熔用多晶硅材料的质量要求,同时有利于激活区熔用多晶硅材料厂家对标生产,促进产品在下游企业进行推广使用,加速先进半导体材料的国产替代。