什么是半导体硅片

硅片又称硅晶圆片， 是制作集成电路的重要材料，通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可以制成集成电路和各种半导体器件。 硅片是以硅为材料制造的片状物体，直径有 6英寸、 8 英寸、 12 英寸等规格。单晶硅是硅的单晶体，是一种比较活泼的非金属元素，具有基本完整的点阵结构。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到 99.9999%，甚至达到 99.9999999%，杂质的含量降到 10-9的水平。采用西门子法可以制备高纯多晶硅，然后以多晶硅为原料，采用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。单晶硅圆片按其直径主要分为 6 英寸、 8 英寸、 12 英寸及 18 英寸等。

硅（ Si）是目前最重要的半导体材料，全球 95%以上的半导体芯片和器件是用硅片作为基底功能材料而生产出来的。在可预见的未来，还没有其它材料（如石墨烯等）可以替代硅的地位。 在半导体制造业中广泛使用各种不同尺寸与规格的硅片，通常包括 4 英寸、 5英寸、 6 英寸、 8 英寸及 12 英寸，它们的基本规格如下表所示：

直拉法和区熔法的比较

硅片尺寸越大，将来在制成的每块晶圆上就能切割出更多的芯片，单位芯片的成本也就更低。在 1960 年时期就有了 0.75 英寸(约 20mm)左右的单晶硅片。在 1965 年左右 GordonMoore 提出摩尔定律时，还是以分立器件为主的晶体管，然后开始使用少量的 1.25 英寸小硅片，进而集成电路用的 1.5 英寸硅片更是需求大增。

之后，经过 2 英寸， 3 英寸，和4 英寸。接下来 5 英寸， 6 英寸， 8 英寸，然后进入 12 英寸。 业界较为公认的说法， 1980年代是 4 英寸硅片占主流，1990 年代是 6 英寸占主流，2000 年代是 8 英寸占主流，到 2002年时英特尔与 IBM 首先建 12 英寸生产线，到 2005 年已占 20%，及 2008 年占 30%，而那时 8 英寸已下降至 54%及 6 英寸下降至 11%。 预计在 2020 年左右， 18 英寸（ 450mm）的硅片将开始投入使用。

半导体硅片尺寸发展历程

单晶硅片是制造半导体硅器件的原料，用于制作大功率整流器、 大功率晶体管、二极管、开关器件等，其后续产品集成电路和半导体分立器件已广泛应用于各个领域。单晶硅作为一种重要的半导体材料,在光电转换、传统半导体器件中其应用已十分普遍。以电驱动的发光光源，如放电灯、荧光灯或阴极射线发光屏、 发光二极管等。从信息角度来看，可利用光发射、放大、调制、加工处理、存储、测量、显示等技术和元件，构成具有特定功能的光电子学系统。例如，利用光纤通信可以实现迅速和大容量信息传送的目的。它使原来类似的技术水平得到大幅度的提高。

半导体单晶硅片的生产工艺流程

单晶硅片是单晶硅棒经由一系列工艺切割而成的，制备单晶硅的方法有直拉法（ CZ 法）、区熔法（ FZ 法）和外延法，其中直拉法和区熔法用于制备单晶硅棒材。区熔硅单晶的最大需求来自于功率半导体器件。