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石英(ying)（SiO₂）材(cai)料咋一(yi)(yi)看(kan)和玻璃很(hen)像，但比较(jiao)特别(bie)的(de)是(shi)一(yi)(yi)般(ban)的(de)玻璃是(shi)由(you)(you)许多成分(fen)（如石英(ying)砂、硼(peng)砂、硼(peng)酸(suan)、重晶石、碳(tan)酸(suan)钡、石灰石、长石、纯碱(jian)等(deng)）所(suo)构(gou)成，而(er)石英(ying)只含有(you)SiO₂成分(fen)，其(qi)微观(guan)结构(gou)是(shi)一(yi)(yi)种由(you)(you)二氧化硅四面(mian)结构(gou)体结构(gou)单元组成的(de)单纯网络。

因为石(shi)(shi)英之(zhi)中含(han)有的(de)(de)金属不纯(chun)物(wu)的(de)(de)量(liang)非常(chang)少，本身的(de)(de)纯(chun)度极(ji)高，因此石(shi)(shi)英本身拥有其他玻(bo)(bo)璃所无法呈现出的(de)(de)特性及优点，被誉为玻(bo)(bo)璃材(cai)料(liao)中的(de)(de)“皇冠”。比如说(shuo)耐热(re)程度，石(shi)(shi)英哪怕(pa)在火中烧红(hong)后立即放到水中都不会炸裂(lie)，而普(pu)通(tong)玻(bo)(bo)璃别说(shuo)烧红(hong)后放到水中不炸裂(lie)，只是一烧就四分五裂(lie)了。更(geng)具(ju)体(ti)(ti)的(de)(de)优势如下：

1、耐(nai)高温(wen)。石英玻璃的(de)软化点温(wen)度约为1730℃，可(ke)以(yi)在1150℃下长时(shi)间(jian)使用(yong)，短时(shi)间(jian)最高温(wen)度可(ke)达1450℃。

2、耐腐蚀。除(chu)氢氟酸外，高纯(chun)石英几乎与其(qi)他(ta)酸类物质不(bu)发生化(hua)(hua)学(xue)反应(ying)，在(zai)高温下(xia)(xia)，它能(neng)耐硫酸，硝酸，盐酸，王水，中性盐类，碳(tan)和硫等侵(qin)蚀。其(qi)耐酸能(neng)力是陶(tao)瓷(ci)的30倍(bei)，不(bu)锈(xiu)钢的150倍(bei)，尤其(qi)是在(zai)高温下(xia)(xia)的化(hua)(hua)学(xue)稳定性，是其(qi)他(ta)任(ren)何工程材料(liao)都无法比拟的。

3、热(re)稳定性好。高纯石(shi)英的热(re)膨(peng)胀系数极小，能承受激烈(lie)的温度变(bian)化(hua)，将(jiang)高纯石(shi)英加热(re)至1100℃左右，放入常温水中也不会炸裂。

4、透光性能好。高纯石英在(zai)紫(zi)外(wai)(wai)线到红外(wai)(wai)线的整个光谱波段都有较好的透光性能，可见光透光率(lv)在(zai)93%以上(shang)，特别是在(zai)紫(zi)外(wai)(wai)线光谱区(qu)，~大(da)透光率(lv)可达80%以上(shang)。

5、电绝缘性能(neng)好。高(gao)纯石英(ying)的电阻值相当于普通(tong)石英(ying)玻璃的一(yi)万倍，是极(ji)好的电绝缘材料，即使在高(gao)温下也具(ju)有良好的电性能(neng)。

多得(de)这(zhei)些优秀的物理、化(hua)学特(te)性(xing)，高纯度的石(shi)(shi)英材料(liao)被广泛应用于(yu)现(xian)代电子科技、半(ban)导体、通讯、电光源、太阳能、国防(fang)高精密(mi)量(liang)测仪(yi)器(qi)、实验室理化(hua)仪(yi)器(qi)、核(he)能、纳(na)米产业等(deng)。尤(you)其(qi)是快速发展(zhan)的半(ban)导体行业，硅晶圆的规模一(yi)直在(zai)增加(jia)(jia)，因此芯片制造商对石(shi)(shi)英制的各(ge)种部件需求量(liang)大增。不过也要注(zhu)意(yi)，为了防(fang)止加(jia)(jia)工过程中(zhong)的污染(ran)，使用中(zhong)必须(xu)要确保石(shi)(shi)英材料(liao)的高纯度。

石英制品(pin)在半导体中的(de)应用(yong)

在半导体(ti)行业，石(shi)英(ying)被广泛应用，高(gao)纯(chun)石(shi)英(ying)制(zhi)品(pin)更是(shi)晶圆生产中(zhong)的(de)重要耗材。生产硅(gui)单晶的(de)坩(gan)埚、晶舟、扩散炉炉芯(xin)管等(deng)石(shi)英(ying)部件(jian)必须使(shi)用高(gao)纯(chun)石(shi)英(ying)玻璃制(zhi)品(pin)。石(shi)英(ying)部件(jian)在半导体(ti)领(ling)域主(zhu)要目标(biao)市场应用为晶圆代工中(zhong)扩散和刻蚀工艺，可(ke)以(yi)分为高(gao)温(wen)区(qu)器件(jian)和低温(wen)区(qu)器件(jian)两大类，会使(shi)用的(de)主(zhu)要器件(jian)如下：

①高温(wen)区器(qi)件主要是(shi)扩(kuo)散(san)氧化等(deng)环节使用(yong)的炉管、玻璃(li)舟架(jia)等(deng)，需(xu)要在高温(wen)环境中直接(jie)(jie)或间接(jie)(jie)与硅片接(jie)(jie)触；主要是(shi)采购(gou)电熔石英玻璃(li)材料，通过热加工生产；

②低温(wen)区(qu)器件主(zhu)要是刻蚀环(huan)(huan)节的石英环(huan)(huan)等(deng)，还(hai)包括清洗过(guo)程中(zhong)的花篮(lan)、清洗槽(cao)等(deng)，主(zhu)要在低温(wen)环(huan)(huan)境中(zhong)使用(yong)；主(zhu)要采(cai)购气炼石英玻璃，通过(guo)冷(leng)加工生产。

其(qi)中高温区器(qi)件(jian)消耗速度较快，但是(shi)类似多(duo)片(pian)机(ji)（一(yi)个承载器(qi)具承放多(duo)个硅片(pian)），低(di)温区器(qi)件(jian)消耗速度较慢(man)，但是(shi)单(dan)片(pian)机(ji)（一(yi)个承载器(qi)具承放一(yi)个硅片(pian)）；因此两者整体市场规(gui)模相对(dui)比较接近。

1、高温区器件

1.1、石英炉管(guan)

炉(lu)管（furnace）是(shi)晶(jing)圆进(jin)(jin)行(xing)高温加(jia)热过程(cheng)(cheng)的区(qu)(qu)域，由石(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)炉(lu)管、反(fan)应(ying)室和(he)数个加(jia)热器组成，其在(zai)半导体制(zhi)程(cheng)(cheng)中(zhong)广泛(fan)应(ying)用于(yu)扩(kuo)散(san)、氧化(hua)、退火处理(li)等(deng)步骤。设备(bei)分为水平(ping)式(shi)和(he)垂(chui)直(zhi)式(shi)两种(zhong)（如(ru)下图(tu)）：水平(ping)式(shi)炉(lu)管，晶(jing)圆放置在(zai)石(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)晶(jing)舟上(shang)(shang)，且(qie)石(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)晶(jing)舟又放在(zai)SiC做的承载架上(shang)(shang)，且(qie)前后会有适应(ying)挡板，承载架推(tui)进(jin)(jin)石(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)炉(lu)管中(zhong)，晶(jing)圆在(zai)恒温区(qu)(qu)进(jin)(jin)行(xing)反(fan)应(ying)；垂(chui)直(zhi)式(shi)炉(lu)管，晶(jing)圆在(zai)石(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)塔架上(shang)(shang)，然后缓慢上(shang)(shang)升到石(shi)英(ying)(ying)(ying)(ying)炉(lu)管内进(jin)(jin)行(xing)制(zhi)程(cheng)(cheng)。

由于以上制程中温(wen)度较高(gao)，为免石(shi)英炉(lu)管在多次、长(zhang)时间使(shi)用后(hou)(hou)出现炉(lu)管变形严重并坍塌的(de)后(hou)(hou)果，生产时应使(shi)用不易变形坍塌、使(shi)用寿命长(zhang)的(de)石(shi)英炉(lu)管。

1.2、石英(ying)晶舟(zhou)

在(zai)半导(dao)体IC制(zhi)造(zao)过(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中，常(chang)需(xu)要用一种工(gong)具作芯(xin)片(pian)传(chuan)送(song)、清洗及加工(gong)，这种承(cheng)载(zai)芯(xin)片(pian)的工(gong)具一般称为(wei)晶(jing)舟，其上会设置有多个(ge)晶(jing)圆(yuan)槽(cao)，每一个(ge)晶(jing)圆(yuan)槽(cao)用来放(fang)置一片(pian)晶(jing)圆(yuan)。在(zai)半导(dao)体晶(jing)片(pian)的制(zhi)造(zao)过(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中，炉管的扩散制(zhi)程(cheng)(cheng)是基(ji)本制(zhi)程(cheng)(cheng)之(zhi)一，扩散制(zhi)程(cheng)(cheng)中，就(jiu)是先(xian)将多篇(pian)晶(jing)圆(yuan)放(fang)于一个(ge)石英晶(jing)舟上，再将石英晶(jing)舟放(fang)在(zai)炉管内(nei)进行批次制(zhi)造(zao)。另外，石英支(zhi)架就(jiu)是用于承(cheng)载(zai)多个(ge)石英舟的器件。

2、低温区器件

2.1、石英环

刻(ke)(ke)蚀工艺是(shi)半导体工艺中较为复杂，也相当(dang)重要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)一个，是(shi)与光刻(ke)(ke)相联(lian)系(xi)的(de)(de)(de)图形化(pattern)处理的(de)(de)(de)一种(zhong)主(zhu)要(yao)(yao)(yao)工艺，石英环就用(yong)于此。“光刻(ke)(ke)”是(shi)将光刻(ke)(ke)胶进(jin)行(xing)光刻(ke)(ke)曝(pu)光处理（相当(dang)于用(yong)投影(ying)的(de)(de)(de)方(fang)式把(ba)电(dian)(dian)路图“画”在(zai)(zai)晶圆(yuan)上(shang)），“刻(ke)(ke)蚀”则是(shi)用(yong)化学或物理方(fang)法(fa)沿着(zhe)光刻(ke)(ke)胶表面显影(ying)的(de)(de)(de)图案，从硅片(pian)表面去除不需要(yao)(yao)(yao)的(de)(de)(de)材料，从而将电(dian)(dian)路图刻(ke)(ke)在(zai)(zai)晶圆(yuan)上(shang)。

在(zai)这(zhei)个过程中，高纯石英环主要起到防护作用，它与石英闸门的组合可实现对腔体的密(mi)闭防护，紧密(mi)围(wei)(wei)绕在(zai)晶圆周围(wei)(wei)，防止刻蚀制造过程中的各(ge)类污染(ran)。

图(tu)片来源(yuan)：沈阳汉科半导体材料有限公司(si)

2.2、石(shi)英花篮与清(qing)洗(xi)槽

在硅(gui)晶体管和集成电路生产(chan)中，几乎(hu)每道工序都有(you)硅(gui)片清(qing)洗，硅(gui)片清(qing)洗的(de)好坏对器(qi)件(jian)性能(neng)有(you)严重(zhong)的(de)影响。其中化学清(qing)洗是为(wei)了除去原子(zi)、离子(zi)不可见的(de)污染，方(fang)法(fa)较(jiao)多(duo)，有(you)溶剂萃取、酸(suan)洗（硫酸(suan)、硝酸(suan)、王(wang)水、各种混(hun)合酸(suan)等）和等离子(zi)体法(fa)等；超声波清(qing)洗（物理(li)清(qing)洗）则(ze)能(neng)通过将超声波声能(neng)传入溶液，靠气蚀(shi)作(zuo)用洗掉(diao)片子(zi)上的(de)污染。

在(zai)清洗过程中需(xu)要使用(yong)耐酸耐碱的(de)(de)(de)石英(ying)器件(jian)，其中负责(ze)承(cheng)载硅片的(de)(de)(de)是石英(ying)花篮(lan)，负责(ze)承(cheng)载洗涤的(de)(de)(de)则是石英(ying)清洗槽。要注意(yi)的(de)(de)(de)是，石英(ying)花篮(lan)除了(le)要保证(zheng)结构强度外，应(ying)尽量(liang)减少与硅片的(de)(de)(de)接触面积(ji)，才能达到(dao)良好的(de)(de)(de)清洗效果。

 

结语

当然，在(zai)半(ban)导体制(zhi)程(cheng)中会(hui)使(shi)用到的(de)石(shi)英制(zhi)品并不(bu)止上述的(de)这些。总的(de)来说，石(shi)英制(zhi)品虽然是不(bu)引人注目的(de)“小”耗材，但(dan)确确实(shi)(shi)实(shi)(shi)是半(ban)导体制(zhi)程(cheng)中非要(yao)重要(yao)的(de)组成部分，据(ju) Techcet 统计，应用于电子信息产业的(de)高纯石(shi)英玻璃(li)原料占全(quan)球(qiu)年产量9成左右(you)。

就(jiu)(jiu)像钉子再(zai)不(bu)起眼，但为了结构的稳定性一定不(bu)能(neng)省一样(yang)。半导体产(chan)(chan)业(ye)要(yao)发(fa)展，就(jiu)(jiu)不(bu)能(neng)被(bei)“以(yi)小制(zhi)(zhi)大”，开发(fa)高(gao)性能(neng)的石英玻璃材(cai)料及制(zhi)(zhi)品并扩大生(sheng)产(chan)(chan)能(neng)力(li)，提升(sheng)装备水平(ping)和产(chan)(chan)品档次也都是必须要(yao)做的工作。

 

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