区熔法单晶硅棒技术的发展历程,是从发明后长期作为高纯硅主要生长方法,到因直径受限(一般只用于生产8英寸及以下硅片)而转向功率半导体等特色细分市场的过程。
区熔法的发明与早期应用
区熔法的核心原理是利用高频线圈在多晶硅棒上形成局部熔化区,通过移动线圈或硅棒使熔化区定向移动,从而生长出单晶硅棒。这一工艺的最大优势是原材料不与容器接触,因此污染概率小,硅棒纯度可以做到极高(区熔级纯度要求达到12个9以上)。早期,区熔法被广泛用于高纯多晶硅的提纯以及高纯单晶硅的生长。
直径受限与市场格局演变
与主流的直拉法相比,区熔法比较难生长出大直径的硅棒。直拉法因更容易生长大直径单晶硅棒,目前约85%的硅片采用直拉法。区熔法则主要用于生产8英寸及以下的硅片,对应约15%的市场份额。随着半导体硅片向大尺寸迁移(主流已发展为12英寸和8英寸),区熔法在大尺寸领域逐渐让位于直拉法。
关键拐点:功率器件时代的重新定位
区熔法的高纯度特性在功率半导体领域找到了不可替代的价值。8英寸硅片主要用来制作传感器或功率器件(制程工艺一般在90nm以上),而区熔法正是高纯硅片(用于IGBT等功率器件)的理想选择。这一应用需求的变化,使区熔法从过去的大众通用技术,重新定位为高纯、高电压特色工艺的核心技术,确立了其在功率半导体领域的稳固地位。
常见问题
区熔法硅棒为什么直径做不大?
区熔法在生长过程中,熔化区由表面张力支撑,随着直径增加,熔区稳定性会急剧下降,难以控制晶体生长。因此,区熔法一般只用来生产8英寸及以下的硅片,而直拉法因使用石英坩埚支撑熔体,更容易生长出大直径硅棒。
区熔法与直拉法制成的硅片纯度有何区别?
区熔法因原料不与容器接触,纯度可以做到更高,区熔级硅片要求12个9(99.9999999999%)以上的纯度,而普通半导体级硅片一般要求9-11个9。这种高纯度特性使其特别适合对杂质敏感的高压功率器件。
目前区熔法硅片的主要应用领域是什么?
区熔法硅片目前主要应用于功率器件和传感器领域,特别是IGBT等需要高纯度、高电阻率材料的功率半导体。这类器件通常使用8英寸(200mm)及以下尺寸的硅片,制程工艺一般在90nm以上。