Das am weitesten verbreitete Herstellungsverfahren für Silizium-Wafer beginnt mit dem Ziehen eines Siliziumeinkristalls nach dem Czochralski-Verfahren (CZ). Aus einer hochreinen Siliziumschmelze wird dabei ein einkristalliner Zylinder (Ingot) gezogen. Ausgangspunkt ist ein winziger Siliziumeinkristall, der als Impfmedium in die Schmelze eintaucht. Durch die exakte Ausrichtung des Impfkristalls in einer seiner kristallographischen Richtungen erhält der Einkristall seine Kristallorientierung. Der Impfkristall wird an einem Metallstab unter ständiger langsamer Rotation kontinuierlich aus der Schmelze gezogen. Beim Ziehen entstehen Ingots von einer Länge von über 2 Metern und einem Durchmesser von bis zu 300 mm. Der Durchmesser der Ingots wurde in den vergangenen Jahren stetig erhöht, da so bei der Chipproduktion mehr Schaltkreise auf einem Substrat gefertigt werden können und der Verschnitt insgesamt abnimmt. Die Silizium-Schmelze befindet sich in Quarzglastiegeln, die wiederum durch Tiegel aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff (CFC) oder Graphit gestützt werden. Zum Aufheizen der Schmelze werden mit CFC-Schrauben fixierte, hochreine Graphit-Heizelemente eingesetzt. Entscheidend bei der Materialauswahl für all diese Bauteile sind die extremen Anforderungen an die Reinheit, die beim Einkristallziehen gestellt werden. Schon Verunreinigungen im ppm (parts per million)-Bereich wirken sich negativ auf den Prozess bzw. auf die Eigenschaften der Einkristalle aus.
Die Ingots werden schließlich in 0,5–1,5 mm dünne einkristalline Scheiben – die so genannten Wafer – zersägt, wozu der Siliziumzylinder auf eine Graphitleiste aufgeklebt wird. Durch verschiedene Ätz-, Schleif- und Polierprozesse erhalten diese Wafer schließlich eine nahezu perfekte ebene Oberfläche mit Unebenheiten in der Größenordnung von wenigen Nanometern. Nach dieser Bearbeitung besitzen die Wafer ihre typische spiegelglatte Oberfläche.
Eine alternative Technik zur Herstellung von Silizium-Einkristallen ist das Zonenschmelzverfahren. Dabei wird eine schmale Zone eines polykristallinen Silizium-Stabes induktiv aufgeheizt, wodurch sich dort eine schmelzflüssige Zone bildet. Diese Schmelzzone wird mit einem Impfkristall in Berührung gebracht, wodurch das Silizium beim Abkühlen in derselben Kristallorientierung erstarrt. Die Schmelzzone wird anschließend langsam und kontinuierlich immer weiter vom Impfkristall wegbewegt, wodurch immer mehr einkristallines Silizium aufwächst. Gleichzeitig reichert sich die Schmelze an den Verunreinigungen an, so dass mittels Zonenschmelzen höchstreine Si-Einkristalle erhalten werden. Allerdings ist das Verfahren vergleichsweise sehr teuer. Weitere Möglichkeiten zur Erzeugung von Einkristallen sind das Vertikalziehen (Bridgman-Stockbarger-Verfahren) und das Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren.
