晶盛机电-泛半导体长晶设备龙头碳化硅材料打开成长新曲线-211028（54页）.pdf

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1、根据大直径区熔硅单晶的研究与制备，单晶硅生长炉分为：直拉法、磁控直拉法、区熔法三种工艺方案，其中直拉法是光伏硅片的主流工艺。直拉法(CZ)是单晶硅棒的主流工艺。直拉法是在坩埚中将多晶料熔化，然后利用装有籽晶的提拉装置向上提拉生长单晶硅的方法。其主要工艺流程包括：化料、引晶、放肩、等径、收尾。直拉法的特点是拉出的单晶直径较大，工艺成熟，设备简单，可进行大规模生产，同时所用的多晶硅块料或颗粒料制备相对容易，具有明显的成本优势，因此，直拉硅单晶在分立器件、集成电路领域应用广泛。然而由于直拉硅单晶杂质含量高、晶体缺陷多，限制了其在制备高阻和高纯硅单晶方面的应用。磁控直拉法(MCZ)是在传统直拉法基础上

2、发展而来 。这种方法是通过在直拉单晶炉主炉室外部增加磁场的方式有效抑制坩埚中熔体的热对流，同时减少杂质进入晶体。磁控直拉法生长单晶硅的过程与直拉法大致相同，不同之处在于生长过程中有磁场作用。这种方法提高了单晶杂质分布均匀性和单晶硅电阻率分布均匀性，降低了单晶硅中氧的含量，能够提高晶体纯度、减少晶体缺陷。区熔法(FZ)是半导体材料提纯和硅单晶生长的重要方法，包括水平和立式区熔法。这种方法主要是利用高频感应加热线圈对高纯度的多晶硅料进行局部加热，熔化区域在熔硅的表面张力和加热线圈提供的电磁托浮力的共同作用下处于悬浮状态，最后从熔区的下方利用籽晶将熔硅生长成单晶硅。主要工艺流程为多晶硅棒打磨清洗、装

3、炉、高频电力加热、籽晶熔接、缩颈、放肩、收尾。这种方法最大的特点就是电阻率相对较高，纯度更高，能够耐高压，但是制作大尺寸晶圆较难，而且机械性质较差，所以常常应用于高压大功率器件、探测器领域，在集成电路中使用较少。连续投料直拉成为单晶拉棒主流技术。单晶硅的拉棒技术主要有RCz(多次投料直拉)、CFz(直拉区熔)、CCz(连续投料直拉)三种工艺。RCz 工艺是在传统的一炉拉一根晶棒工艺的基础上，通过增加加料装置，拉完一根后，向坩锅内二次投料，进而拉制下一根晶棒。CFz 是采用直拉与区熔两种工艺相结合的方式拉制硅单晶，兼顾两者优点，可有效降低氧含量，提高少子寿命。CCz 采用特殊直拉单晶炉，一边进行

4、单晶拉制，一边加料熔化，在坩埚所允许的寿命周期内可完成 8-10 根的晶棒拉制。CCz 技术拉制的单晶硅棒，氧含量更低且更均匀、金属杂质累积速度更慢，产品轴向电阻率分布均匀，其波动可以控制在 10%以内。因此，CCz 可以有效降低单晶拉棒的时间、坩埚成本和能耗，并且 CCz 产出晶棒电阻率更加均匀、分布更窄，品质更高，这使得 CCz 技术更适用于生产高效单晶硅片。光伏硅片大尺寸发展3年为一代，当前210市占率持续提升。2018-2019年， M2(158)、G1(166)逐渐兴起，2020 年，M2(158)、G1(166)仍是主流，大尺寸硅片M10(18x)和 G12(210)尺寸合计占比约 4.5%(存量占比，增量占比中更高)。据 CPIA 报告预测，大尺寸硅片占比将在 2021 年快速扩大，或将占据半壁江山，2021 年中环股份大尺寸硅片出货量已逐渐超越上一代尺寸。整体来看，一代硅片生命周期大约 3 年左右，目前 210 尺寸硅片或许在 2023 年及之后又会进入新一轮大硅片替代周期。