單晶矽的生產工藝

一、單晶矽的制法通常是先制得多晶矽或無定形矽，然後用直拉法或懸浮區熔法從熔體中生長出棒狀單晶矽。熔融的單質矽在凝固時矽原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶矽。

單晶矽棒是生產單晶矽片的原材料，隨著國內和國際市場對單晶矽片需求量的快速增加，單晶矽棒的市場需求也呈快速增長的趨勢。

單晶矽圓片按其直徑分為6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。直徑越大的圓片，所能刻制的集成電路越多，芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片對材料和技術的要求也越高。單晶矽按晶體生長方法的不同，分為直拉法（CZ）、區熔法（FZ）和外延法。直拉法、區熔法生長單晶矽棒材，外延法生長單晶矽薄膜。直拉法生長的單晶矽主要用於半導體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽能電池。目前晶體直徑可控制在Φ3~8英寸。區熔法單晶主要用於高壓大功率可控整流器件領域，廣泛用於大功率輸變電、電力機車、整流、變頻、機電一體化、節能燈、電視機等系列產品。目前晶體直徑可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用於集成電路領域。

由於成本和性能的原因，直拉法（CZ）單晶矽材料應用最廣。在IC工業中所用的材料主要是CZ拋光片和外延片。存儲器電路通常使用CZ拋光片，因成本較低。邏輯電路一般使用價格較高的外延片，因其在IC制造中有更好的適用性並具有消除Latch－up的能力。

單晶矽也稱矽單晶，是電子信息材料中最基礎性材料，屬半導體材料類。單晶矽已滲透到國民經濟和國防科技中各個領域，當今全球超過2000億美元的電子通信半導體市場中95%以上的半導體器件及99%以上的集成電路用矽。

二、矽片直徑越大，技術要求越高，越有市場前景，價值也就越高。
日本、美國和德國是主要的矽材料生產國。中國矽材料工業與日本同時起步，但總體而言，生產技術水平仍然相對較低，而且大部分為2.5、3、4、5英寸矽錠和小直徑矽片。中國消耗的大部分集成電路及其矽片仍然依賴進口。但我國科技人員正迎頭趕上，於1998年成功地制造出了12英寸單晶矽，標志著我國單晶矽生產進入了新的發展時期。

目前，全世界單晶矽的產能為1萬噸/年，年消耗量約為6000噸～7000噸。未來幾年中，世界單晶矽材料發展將呈現以下發展趨勢。

單晶矽產品向300mm過渡，大直徑化趨勢明顯：
隨著半導體材料技術的發展，對矽片的規格和質量也提出更高的要求，適合微細加工的大直徑矽片在市場中的需求比例將日益加大。目前，矽片主流產品是200mm，逐漸向300mm過渡，研制水平達到400mm～450mm。據統計，200mm矽片的全球用量占60%左右，150mm占20%左右，其餘占20%左右。根據最新的《國際半導體技術指南（ITRS）》，300mm矽片之後下一代產品的直徑為450mm；450mm矽片是未來22納米線寬64G集成電路的襯底材料，將直接影響計算機的速度、成本，並決定計算機中央處理單元的集成度。

Gartner發布的對矽片需求的5年預測表明，全球300mm矽片將從2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韓等國家都已經在1999年開始逐步擴大300mm矽片產量。據不完全統計，全球目前已建、在建和計劃建的300mm矽器件生產線約有40餘條，主要分布在美國和我國臺灣等，僅我國臺灣就有20多條生產線，其次是日、韓、新及歐洲。

世界半導體設備及材料協會（SEMI）的調查顯示，2004年和2005年，在所有的矽片生產設備中，投資在300mm生產線上的比例將分別為55%和62%，投資額也分別達到130.3億美元和184.1億美元，發展十分迅猛。而在1996年時，這一比重還僅僅是零。

2、矽材料工業發展日趨國際化，集團化，生產高度集中：
研發及建廠成本的日漸增高，加上現有行銷與品牌的優勢，使得矽材料產業形成"大者恒大"的局面，少數集約化的大型集團公司壟斷材料市場。上世紀90年代末，日本、德國和韓國（主要是日、德兩國）資本控制的8大矽片公司的銷量占世界矽片銷量的90%以上。根據SEMI提供的2002年世界矽材料生產商的市場份額顯示，Shinetsu、SUMCO、Wacker、MEMC、Komatsu等5家公司占市場總額的比重達到89%，壟斷地位已經形成。

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