Verdict結論
CZ法與FZ法最大的差異在於「是否使用石英坩堝」。CZ法從石英坩堝內的熔湯中提拉晶種來成長單晶,因此含有一定量來自坩堝的氧,但可對應300mm等大口徑,是量產用晶圓的標準。FZ法不使用坩堝,以區域熔融使其再凝固,氧與金屬雜質極少,可獲得超高純度・高電阻率,但難以大口徑化,以~150mm等級為主。
主要差異
| 比較項目 | CZ法(柴氏長晶法) | FZ法(浮區法) |
|---|---|---|
| 有無坩堝 | 從石英坩堝內的熔湯提拉 | 不使用坩堝(以區域熔融再凝固) |
| 氧濃度 | 含有一定量來自坩堝的氧 | 氧・金屬雜質極少 |
| 純度・電阻率 | 高純度(標準的高品質晶圓) | 可獲得超高純度・高電阻率 |
| 口徑 | 可對應300mm等大口徑 | 難以大口徑化,以中口徑為主(~150mm等級) |
| 成本 | 量產性高,成本相對較低 | 高純度原料・精密控制,成本高 |
| 主要用途 | 邏輯・記憶體等先進元件全般 | 高耐壓功率半導體・輻射偵測器 |
CZ法成為主流的原因
CZ法可透過控制提拉條件調整直徑、缺陷密度、氧濃度與電阻率,能量產300mm的大口徑晶棒。所含的氧有助於吸雜(捕獲金屬雜質)與機械強度。目前先進邏輯與記憶體用晶圓幾乎全部以CZ法製造。
FZ法獨有的優勢
FZ法不接觸坩堝,氧與金屬的混入極少,可獲得比CZ法更高純度・高電阻率的晶體。少數載子壽命長,是需要高耐壓・低損耗的功率半導體(IGBT・二極體)與輻射偵測器不可或缺的材料。另一方面,難以大口徑化,成本也較高。
選用思維
重視大口徑・量產・成本的先進元件採用CZ法,必須無氧・高電阻率的功率/偵測器用途採用FZ法,兩者各有分工。電動車與再生能源用功率元件需求的擴大,正提高FZ晶圓的重要性。
常見問題
為什麼300mm晶圓以CZ法製造?
FZ法沒有坩堝支撐,難以大口徑化,目前以中口徑為主。CZ法可控制從熔湯提拉的條件,穩定量產大口徑晶棒,因此300mm晶圓以CZ法製造。
FZ法的晶圓用於哪些用途?
由於氧與金屬雜質少、具高電阻率・長壽命的特性,用於要求高耐壓・低損耗的功率半導體(IGBT・閘流體・二極體)、輻射偵測器與高頻元件基板。
CZ法的氧會造成問題嗎?
CZ法的氧對吸雜與機械強度有正面貢獻,但視元件而定也可能影響特性,因此會以施加磁場的CZ(MCZ)等方式控制氧濃度。