單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅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(jié)合起來便結(jié)晶成單晶硅。

   單晶硅棒是生產(chǎn)單晶硅片的原材料，隨著國內(nèi)和國際市場對(duì)單晶硅片需求量的快速增加，單晶硅棒的市場需求也呈快速增長的趨勢。

   單晶硅圓片按其直徑分為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(duì)材料和技術(shù)的要求也越高。單晶硅按晶體生長方法的不同，分為直拉法(cz)、區(qū)熔法(fz)和外延法。直拉法、區(qū)熔法生長單晶硅棒材，外延法生長單晶硅薄膜。直拉法生長的單晶硅主要用于半導(dǎo)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(qū)熔法單晶主要用于高壓大功率可控整流器件領(lǐng)域，廣泛用于大功率輸變電、電力機(jī)車、整流、變頻、機(jī)電一體化、節(jié)能燈、電視機(jī)等系列產(chǎn)品。目前晶體直徑可控制在φ3~6英寸。外延片主要用于集成電路領(lǐng)域。

   由于成本和性能的原因，直拉法(cz)單晶硅材料應(yīng)用Zui廣。在ic工業(yè)中所用的材料主要是cz拋光片和外延片。存儲(chǔ)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(jià)格較高的外延片，因其在ic制造中有更玫氖視瞇圓⒕哂邢齃atch-up的能力。

   單晶硅也稱硅單晶，是電子信息材料中Zui基礎(chǔ)性材料，屬半導(dǎo)體材料類。單晶硅已滲透到國民經(jīng)濟(jì)和國防科技中各個(gè)領(lǐng)域，當(dāng)今全球超過2000億美元的電子通信半導(dǎo)體市場中95%以上的半導(dǎo)體器件及99%以上的集成電路用硅。

   硅片直徑越大，技術(shù)要求越高，越有市場前景，價(jià)值也就越高。

   日本、美國和德國是主要的硅材料生產(chǎn)國。中國硅材料工業(yè)與日本同時(shí)起步，但總體而言，生產(chǎn)技術(shù)水平仍然相對(duì)較低，而且大部分為2.5、3、4、5英寸硅錠和小直徑硅片。中國消耗的大部分集成電路及其硅片仍然依賴進(jìn)口。但我國科技人員正迎頭趕上，于1998年成功地制造出了12英寸單晶硅，標(biāo)志著我國單晶硅生產(chǎn)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。

   目前，全世界單晶硅的產(chǎn)能為1萬噸/年，年消耗量約為6000噸～7000噸。未來幾年中，世界單晶硅材料發(fā)展將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。

單晶硅產(chǎn)品向300mm過渡，大直徑化趨勢明顯：

   隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展，對(duì)硅片的規(guī)格和質(zhì)量也提出更高的要求，適合微細(xì)加工的大直徑硅片在市場中的需求比例將日益加大。目前，硅片主流產(chǎn)品是200mm，逐漸向300mm過渡，研制水平達(dá)到400mm～450mm。據(jù)統(tǒng)計(jì)，200mm硅片的全球用量占60%左右，150mm占20%左右，其余占20%左右。根據(jù)Zui新的《國際半導(dǎo)體技術(shù)指南(itrs)》，300mm硅片之后下一代產(chǎn)品的直徑為450mm;450mm硅片是未來22納米線寬64g集成電路的襯底材料，將直接影響計(jì)算機(jī)的速度、成本，并決定計(jì)算機(jī)中央處理單元的集成度。

gartner發(fā)布的對(duì)硅片需求的5年預(yù)測表明，全球300mm硅片將從2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韓等國家都已經(jīng)在1999年開始逐步擴(kuò)大300mm硅片產(chǎn)量。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球目前已建、在建和計(jì)劃建的300mm硅器件生產(chǎn)線約有40余條，主要分布在美國和我國中國臺(tái)灣等，僅我國中國臺(tái)灣就有20多條生產(chǎn)線，其次是日、韓、新及歐洲。

   世界半導(dǎo)體設(shè)備及材料協(xié)會(huì)(semi)的調(diào)查顯示，2004年和2005年，在所有的硅片生產(chǎn)設(shè)備中，投資在300mm生產(chǎn)線上的比例將分別為55%和62%，投資額也分別達(dá)到130.3億美元和184.1億美元，發(fā)展十分迅猛。而在1996年時(shí)，這一比重還僅僅是零

2、硅材料工業(yè)發(fā)展日趨國際化，集團(tuán)化，生產(chǎn)高度集中：

   研發(fā)及建廠成本的日漸增高，加上現(xiàn)有行銷與品牌的優(yōu)勢，使得硅材料產(chǎn)業(yè)形成“大者恒大”的局面，少數(shù)集約化的大型集團(tuán)公司壟斷材料市場。上世紀(jì)90年代末，日本、德國和韓國(主要是日、德兩國)資本控制的8大硅片公司的銷量占世界硅片銷量的90%以上。根據(jù)semi提供的2002年世界硅材料生產(chǎn)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(dá)到89%，壟斷地位已經(jīng)形成。

3、硅基材料成為硅材料工業(yè)發(fā)展的重要方向：

  隨著光電子和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硅基材料成為硅材料工業(yè)發(fā)展的重要方向。硅基材料是在常規(guī)硅材料上制作的，是常規(guī)硅材料的發(fā)展和延續(xù)，其器件工藝與硅工藝相容。主要的硅基材料包括soi(絕緣體上硅)、gesi和應(yīng)力硅。目前soi技術(shù)已開始在世界上被廣泛使用，soi材料約占整個(gè)半導(dǎo)體材料市場的30%左右，預(yù)計(jì)到2010年將占到50%左右的市場。soitec公司(世界Zui大的soi生產(chǎn)商)的2000年～2010年soi市場預(yù)測以及2005年各尺寸soi硅片比重預(yù)測了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景。

4、硅片制造技術(shù)進(jìn)一步升級(jí)：

   目前世界普遍采用先進(jìn)的切、磨、拋和潔凈封裝工藝，使制片技術(shù)取得明顯進(jìn)展。在日本，φ200mm硅片已有50%采用線切割機(jī)進(jìn)行切片，不但能提高硅片質(zhì)量，而且可使切割損失減少10%。日本大型半導(dǎo)體廠家已經(jīng)向300mm硅片轉(zhuǎn)型，并向0.13μm以下的微細(xì)化發(fā)展。另外，Zui新技術(shù)的導(dǎo)入，soi等高功能晶片的試制開發(fā)也進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。對(duì)此，硅片生產(chǎn)廠家也增加了對(duì)300mm硅片的設(shè)備投資，針對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)則的進(jìn)一步微細(xì)化，還開發(fā)了高平坦度硅片和無缺陷硅片等，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。

   硅是地殼中賦存Zui高的固態(tài)元素，其含量為地殼的四分之一，但在自然界不存在單體硅，多呈氧化物或硅酸鹽狀態(tài)。硅的原子價(jià)主要為4價(jià)，其次為2價(jià);在常溫下它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于單一的強(qiáng)酸，易溶于堿;在高溫下化學(xué)性質(zhì)活潑，能與許多元素化合。

   由于硅的禁帶寬度和電子遷移率適中，硅器件的Zui高工作溫度能達(dá)250℃，其制作的微波功率器件的工作頻率可以達(dá)到c波段(5ghz)。在硅的表面能形成牢固致密的sio2膜，此膜能充當(dāng)電容的電介質(zhì)、擴(kuò)散的隔離層、器件表面的保護(hù)層，隨著平面工藝與光刻技術(shù)的問世而促進(jìn)了硅的超大規(guī)模集成電路的發(fā)展。硅材料資源豐富，又是無毒的單質(zhì)半導(dǎo)體材料，較易制作大直徑無位錯(cuò)低微缺陷單晶。晶體力學(xué)性能優(yōu)越，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體硅材料成為電子材料中的第一大主體功能材料，并在今后較長時(shí)間內(nèi)仍將成為半導(dǎo)體的主體材料。

   多晶硅材料是以工業(yè)硅為原料經(jīng)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)提純后達(dá)到一定純度的電子材料，是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)極為重要的中間產(chǎn)品，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料，是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)Zui基礎(chǔ)的原材料。

多晶硅產(chǎn)品分類:

   多晶硅按純度分類可以分為冶金級(jí)(工業(yè)硅)、太陽能級(jí)、電子級(jí)。

1、冶金級(jí)硅(mg)：是硅的氧化物在電弧爐中被碳還原而成。一般含si 為90 - 95% 以上，高達(dá) 99.8% 以上。

2、太陽級(jí)硅 (sg)：純度介于冶金級(jí)硅與電子級(jí)硅之間，至今未有明確界定。一般認(rèn)為含si在 99.99 %– 99.9999%(4～6個(gè)9)。

3、電子級(jí)硅(eg)：一般要求含si > 99.9999 %以上，超高純達(dá)到99.9999999%～99.999999999%(9～11個(gè)9)。其導(dǎo)電性介于 10-4 – 1010 歐厘米。

多晶硅應(yīng)用領(lǐng)域：

   多晶硅是半導(dǎo)體工業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)、太陽能光伏電池產(chǎn)業(yè)的Zui主要、Zui基礎(chǔ)的功能性材料。主要用做半導(dǎo)體的原料，是制做單晶硅的主要原料，可作各種晶體管、整流二極管、可控硅、太陽能電池、集成電路、電子計(jì)算機(jī)芯片以及紅外探測器等。

   多晶硅是制備單晶硅的唯一原料和生產(chǎn)太陽能電池的原料。隨著近幾年我國單晶硅產(chǎn)量以年均26%的速度增長，多晶硅的需求量與日俱增，目前供應(yīng)日趨緊張。我國2000年產(chǎn)單晶硅459噸，2003年增加到1191噸，預(yù)計(jì)2005年產(chǎn)量將達(dá)1700噸，消耗多晶硅2720噸。從單晶硅產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，太陽電池用單晶硅產(chǎn)量增長Zui快，2000年產(chǎn)量207噸，2003年為696噸。預(yù)計(jì)2005年將達(dá)到1000噸，約需多晶硅1590噸，而國內(nèi)2004年僅生產(chǎn)多晶硅57.7噸，絕大部分需要進(jìn)口。

    我國主要的太陽能電池廠有5~6家，Zui大的無錫尚德太陽能電力有限公司2004年產(chǎn)量約為50mw，2005年計(jì)劃生產(chǎn)100mw，如果完成計(jì)劃，則約需多晶硅1300噸以上。一家企業(yè)，就要2家千噸級(jí)多晶硅廠為其供貨，才能滿足生產(chǎn)需要。

從國際市場看，國際市場多晶硅需求量在以每年10-12%的速度增長，按此增長速度預(yù)測，2005年全球多晶硅需求量將達(dá)27000噸，2010年將達(dá)60000噸，缺口很大。亞太地區(qū)特別是日本、中國臺(tái)灣、新加坡、韓國等地，都是多晶硅的主要需求地。

文章來源：https://www.southsunlight.com/view-3239.html