前号は、半導体の主要製品であるチップの製造過程を詳しく簡単に紹介しました。チップは、さまざまな半導体素材を複雑で精密に加工して生産したもので、さまざまな電子機器に使用され、脳のような役割を果たし、さまざまな情報を処理しています。

さて、今期から本格的な情報を教え始まります！！！我々は今後毎期1つの工程で、チップの生産について詳しく説明します。

　では、最初の工程であるー「インゴットの引上」を差し上げます。

インゴットの引上とは？

  前号で簡単に説明しました通り、インゴットの引上は結晶棒の成長であです。シリコンインゴットを例として、自然界に豊富なシリコン元素を含む物質を採掘し、まず高純度の多結晶シリコンを精製されます。その後、抽出した多結晶シリコンを石英るつぼに入れ、高温で溶融させます。サスペンション装置を用いて1本の単結晶シリコン種結晶棒を石英るつぼの開口直上にサスペンションし、種結晶棒を回転させることによって石英るつぼの中のほぼ液状の多結晶シリコン中の分子構造が同じ単結晶部分を吸引し、徐々に単結晶シリコンの結晶棒、あるいはシリコンインゴットと呼ばれるように成長させます。

では、インゴットの引上のキーポイントは何ですか。どんな設備が必要ですか。難点はどこですか。参考にするために、我々は以下の内容を皆様に用意しました。

多結晶シリコンの精製

　前号では多結晶シリコンの精製はチップ生産の広義的な第一歩だと説明しましたが、多結晶シリコンの精製は極めて複雑で、一生をかけて研究する方もいます。

　まず地表には豊富なシリコン元素がありますが、多結晶シリコンを精製することに利用できるシリカ鉱石などは、地表下のある岩層に固定されていることが多い。

　これらの鉱石の採掘は世界の大手数社に独占されているため、多結晶シリコンの世界的な供給も常に供給不足の状態にあります。

　これらのシリカ鉱石を採掘した後、アーク炉を経由して精製する必要があります。その後、塩酸塩化、蒸留などの工程を行ってから、高純度の多結晶シリコンを作ることができます。純度は99.99999999%に達する必要があります。

石英るつぼ

　純度要求を達成した多結晶シリコンが抽出された後、石英るつぼに入れて溶融する必要があり、つまりこれらの多結晶シリコンブロックを「溶融する」必要があります。「液状」に溶解した多結晶シリコンは、石英るつぼ開口の真上にぶら下がった単結晶シリコン種結晶ロッドに吸引されます。

　この図の上部を見ると、下の太い部分につながっているのが明らかな小さな結晶棒がありますよね。溶岩色を呈している部分が「液化」された多結晶シリコンです。太い部分はシードバー部分が徐々に上昇するにつれて伸びていくので、「引上」と呼ばれます。下図を見ればすぐわかると思います。

　このプロセスで、石英るつぼの役割は非常に重要です。石英るつぼは、石英ガラス製品中の細分化製品に属し、清浄、同質、耐高温などの性能を持っています。物理熱学的性能から見ると、その変形点は約1100℃前後、軟化点は1730℃であり、その最高連続使用温度は1100℃であり、短時間で1450℃になることができます。これによって、物理的性質は比較的安定していることがわかります。

　インゴットの引上の効果をよりよく発揮するために、現代の引上工程では、石英るつぼ内壁に超伝導磁場を用いて単結晶シリコンを吸引し、より速く結晶棒を生成することもますます多く選択され、使用されています。

業界発展の壁

　高純石英砂及び石英るつぼは、2023年の光起電力産業チェーンの需給の最もタイトな一環になる可能性があります。情報によると、海外トップのユニミンとTQCは中国の高純砂輸出規模に対して22 ~ 23年は安定しています。一方、中国国内供給は石英株式を除いて、確定性のある増量はほとんどありません（現在の環境下では合成石英砂または非石英砂業界の競争者の生産拡大を考慮して、商業化の電力判断は低い）。CPIAの試算によると、2023年の光起電力装填量規模は30%以上の成長を維持する可能性があります。これにより、高純石英砂市場の需給ギャップは2022年の1万1000トンから2023年の1万7000トンに拡大する可能性があると試算しました。高純度石英砂の不足は石英るつぼの生産量に直接制限を与え、さらに下流の結晶化量に影響を与え、高純度石英砂及び石英るぼの不足は産業チェーンの壁になる可能性があります。