半導體之材料----晶圓

一、什麼是Wafer(晶圓)?

眾所熟知的矽元素，為地球上產量豐富的半導體，其適切的導電程度，因而在科技的領域裡，常以之作為電晶體的主體。所謂的「晶圓」，也是以矽這樣的元素經由特殊的處理過程而生，此素材更進一步的可製作成積體電路、記憶體等重要的電腦元件。

矽晶圓的製作過程，首先將矽元素加以純化(99.999%)，再將這些純矽製成長矽晶棒，經由切割後形成一片一片薄薄的晶圓。別小看這片薄薄的素材喔，上面可以雕琢成上億個電晶體呢！把這些小小的晶粒分割出來，分別加以封裝，就可以變成我們較熟知的微處理器、記憶體等。

晶圓（Wafer）的生產由砂即（二氧化矽）開始，經由電弧爐的提煉還原成冶煉級的矽，再經由鹽酸氯化，產生三氯化矽，經蒸餾純化後，透過慢速分解過程，製成棒狀或粒狀的「多晶矽」。一般晶圓製造廠，將多晶矽融解後，再利用矽晶種慢慢拉出單晶矽晶棒(ingot)。一支100公分長，重100公斤的8吋矽晶棒，約需2天半時間長成。待晶圓棒冷卻後，經研磨、拋光、切片後，即成半導體之原料--晶圓片，一支矽晶棒約可切割出300餘片晶圓片，這就是晶圓代工廠的原料。

矽晶圓的直徑越大，代表著這座晶圓廠的技術越好，另外還可以靠著將電晶體與導線的尺寸縮小(微縮，scaling)，這兩種方式都可以讓一片晶圓上，作出更多的矽晶粒，如此可降低整體成本。

台灣是世界晶圓代工的重要國家，以新竹科學園區今年六月分公佈的園區十大產品產銷統計，晶圓代工就以新台幣九十四．九億元拔得頭籌，成為耀眼的一項產業。目前我國已有多家八吋的晶圓廠，台積電和聯電為兩大龍頭，預計2001年將會進入十二晶圓廠的時代。

二、矽晶圓在半導體業的應用情況

半導體元件可區分為分離式元件(discretecircuit)、積體電路元件(integratedcircuit)及光電元件。二極體、電晶體等稱之為分離式元件，而積體電路(IC)則是將電晶體、二極體、電阻器、及電容器等電路元件聚集在矽晶片上，形成邏輯電路，以達成控制、計算或記憶等功能。　

隨著科技的發展，積體電路(IC)的應用日益廣泛，諸如電腦、電視、電話、汽車等生活用品中都少不了IC，因此IC產品已成為人類生活不可缺的一部分。

半導體元件主要應用領域

目前製作半導體元件的主要材料是矽晶圓，直徑分別有3、4、5、6、8及12吋等的不同。其中3~6吋之小尺寸晶圓主要用於製造分離式元件，國內小尺寸晶圓生產廠商有中美、和晶、及志尚三家，而積體電路的生產主要使用5、6、8、及12吋來生產，國內8吋矽晶圓的生產廠商有中德、台灣小松、及台灣信越三家。

積體電路製程十分複雜，簡單的說：首先將設計好的IC電路圖作成光罩，再利用光學顯影將IC電路圖顯影在晶圓片上，經過蝕刻、氣相沈積、高溫、離子植入、化學機械研磨、光罩檢測等過程，最後將晶圓切割成一顆顆的IC，再經封裝及測試後，即成為一顆顆具有各種功能的積體電路產品。

三、矽晶圓材料產業現況

近年國內IC產業的蓬勃發展，促使對身為元件基材的矽晶圓有更為殷切的需求。尤其1995年以後國內有28座八吋晶圓廠陸續運轉，使得對八吋矽晶圓基材，呈現需求熱絡的景況。根據工研院電子所統計，2000年我國IC生產用矽晶圓市場需求將達503百萬平方英吋，約合9815萬片八吋晶圓，其中八吋晶圓佔74.6%，成為矽晶圓的主流產品。

單位: 千平方英吋，千片

半導體產品最重視Time to Market的時機，為分散營運風險，國內業者均保有多家矽晶圓材料供應商，其中亦包括自國外進口，而國內矽晶圓材料亦有出口，出口比例約在14%。

以八吋矽晶圓供給來看，國內有中德、台灣小松、及台灣信越等三家供應，由於從二氧化矽中萃取純化出高純度「多晶矽」的技術均掌握在美、日等大廠手中，因此國內業者多以進口多晶矽材料來進行生產矽晶棒，如中德自日本及美國等地進口多晶矽，至於其餘業者如台灣小松及台灣信越則直接由日本母公司進口矽晶棒，再行切割、拋光等後段製程。

目前國內八吋矽晶圓材料的市佔率以中德的26%為最高，月出貨量約18萬片，其次為台灣信越22%，台灣小松12%等。由於上一波景氣高峰時，國際大廠大幅擴充八吋矽晶圓材料產能，造成在八吋矽晶圓材料的供過於求，故國內業者一直以來是處在虧損狀態，今年則在半導體景氣的帶動下，供需漸趨平衡，在產能利用率大幅提高下，可望轉虧為盈，例如中德2000年全年營收目標為40億元，稅前盈餘4億元，EPS 1元。　　

台灣八吋矽晶圓材料市場

3~6吋的小尺寸矽晶圓材料的供需則較為平衡，由於Flash、LCD Driver IC等需求殷切的產品，均以6吋以下晶圓為材料，致6吋以下的小尺寸晶圓供應廠商如中美矽晶、和晶、及志尚等國內業者產能利用率提升，獲利明顯提高。在國內小尺寸矽晶圓的市佔率以中美矽晶最高。

至於12吋矽晶圓的供應則完全依賴進口。由於12吋晶圓仍處試產階段，市場並不大，加上投資生產12吋矽晶圓的機器設備金額估計要150億元，故國內業者仍未積極投入，目前國內業者中德公司已有生產12吋矽晶圓的技術能力。估計12吋晶圓需求的大幅成長將在2002年後。　

四、結語

矽晶圓製造的關鍵技術主要在「多晶矽」的提煉，由於此技術均掌握在美、日廠商手中，故國內矽晶圓生產廠商成本相對較高，僅在半導體景氣大好時始可獲利，因此其景氣相對落後於晶圓代工及DRAM等產業。