晶盛機電-泛半導體長晶設備龍頭碳化硅材料打開成長新曲線-211028（54頁）.pdf

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1、根據大直徑區熔硅單晶的研究與制備，單晶硅生長爐分為：直拉法、磁控直拉法、區熔法三種工藝方案，其中直拉法是光伏硅片的主流工藝。直拉法(CZ)是單晶硅棒的主流工藝。直拉法是在坩堝中將多晶料熔化，然后利用裝有籽晶的提拉裝置向上提拉生長單晶硅的方法。其主要工藝流程包括：化料、引晶、放肩、等徑、收尾。直拉法的特點是拉出的單晶直徑較大，工藝成熟，設備簡單，可進行大規模生產，同時所用的多晶硅塊料或顆粒料制備相對容易，具有明顯的成本優勢，因此，直拉硅單晶在分立器件、集成電路領域應用廣泛。然而由于直拉硅單晶雜質含量高、晶體缺陷多，限制了其在制備高阻和高純硅單晶方面的應用。磁控直拉法(MCZ)是在傳統直拉法基礎上

2、發展而來 。這種方法是通過在直拉單晶爐主爐室外部增加磁場的方式有效抑制坩堝中熔體的熱對流，同時減少雜質進入晶體。磁控直拉法生長單晶硅的過程與直拉法大致相同，不同之處在于生長過程中有磁場作用。這種方法提高了單晶雜質分布均勻性和單晶硅電阻率分布均勻性，降低了單晶硅中氧的含量，能夠提高晶體純度、減少晶體缺陷。區熔法(FZ)是半導體材料提純和硅單晶生長的重要方法，包括水平和立式區熔法。這種方法主要是利用高頻感應加熱線圈對高純度的多晶硅料進行局部加熱，熔化區域在熔硅的表面張力和加熱線圈提供的電磁托浮力的共同作用下處于懸浮狀態，最后從熔區的下方利用籽晶將熔硅生長成單晶硅。主要工藝流程為多晶硅棒打磨清洗、裝

3、爐、高頻電力加熱、籽晶熔接、縮頸、放肩、收尾。這種方法最大的特點就是電阻率相對較高，純度更高，能夠耐高壓，但是制作大尺寸晶圓較難，而且機械性質較差，所以常常應用于高壓大功率器件、探測器領域，在集成電路中使用較少。連續投料直拉成為單晶拉棒主流技術。單晶硅的拉棒技術主要有RCz(多次投料直拉)、CFz(直拉區熔)、CCz(連續投料直拉)三種工藝。RCz 工藝是在傳統的一爐拉一根晶棒工藝的基礎上，通過增加加料裝置，拉完一根后，向坩鍋內二次投料，進而拉制下一根晶棒。CFz 是采用直拉與區熔兩種工藝相結合的方式拉制硅單晶，兼顧兩者優點，可有效降低氧含量，提高少子壽命。CCz 采用特殊直拉單晶爐，一邊進行

4、單晶拉制，一邊加料熔化，在坩堝所允許的壽命周期內可完成 8-10 根的晶棒拉制。CCz 技術拉制的單晶硅棒，氧含量更低且更均勻、金屬雜質累積速度更慢，產品軸向電阻率分布均勻，其波動可以控制在 10%以內。因此，CCz 可以有效降低單晶拉棒的時間、坩堝成本和能耗，并且 CCz 產出晶棒電阻率更加均勻、分布更窄，品質更高，這使得 CCz 技術更適用于生產高效單晶硅片。光伏硅片大尺寸發展3年為一代，當前210市占率持續提升。2018-2019年， M2(158)、G1(166)逐漸興起，2020 年，M2(158)、G1(166)仍是主流，大尺寸硅片M10(18x)和 G12(210)尺寸合計占比約 4.5%(存量占比，增量占比中更高)。據 CPIA 報告預測，大尺寸硅片占比將在 2021 年快速擴大，或將占據半壁江山，2021 年中環股份大尺寸硅片出貨量已逐漸超越上一代尺寸。整體來看，一代硅片生命周期大約 3 年左右，目前 210 尺寸硅片或許在 2023 年及之后又會進入新一輪大硅片替代周期。