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石(shi)英（SiO₂）材料咋(za)一(yi)看和玻璃很像，但比(bi)较特别的(de)是一(yi)般的(de)玻璃是由(you)许多成(cheng)(cheng)(cheng)分（如(ru)石(shi)英砂(sha)、硼砂(sha)、硼酸、重晶(jing)石(shi)、碳酸钡、石(shi)灰石(shi)、长石(shi)、纯(chun)碱等）所构成(cheng)(cheng)(cheng)，而石(shi)英只含有SiO₂成(cheng)(cheng)(cheng)分，其(qi)微观(guan)结构是一(yi)种(zhong)由(you)二氧化硅四面(mian)结构体(ti)结构单元(yuan)组(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)单纯(chun)网络。

因(yin)为(wei)石(shi)英之中(zhong)含(han)有的(de)金属不(bu)纯物的(de)量非常少，本(ben)身(shen)的(de)纯度极高(gao)，因(yin)此石(shi)英本(ben)身(shen)拥有其(qi)他玻璃所无(wu)法呈现出的(de)特(te)性及优(you)点，被誉(yu)为(wei)玻璃材料(liao)中(zhong)的(de)“皇冠”。比如说耐热程度，石(shi)英哪(na)怕(pa)在火(huo)中(zhong)烧(shao)红后(hou)立即放到(dao)(dao)水中(zhong)都(dou)不(bu)会炸裂，而普通(tong)玻璃别说烧(shao)红后(hou)放到(dao)(dao)水中(zhong)不(bu)炸裂，只(zhi)是一烧(shao)就四分五(wu)裂了。更具体(ti)的(de)优(you)势如下(xia)：

1、耐高温。石英玻璃的软化(hua)点温度约为1730℃，可(ke)以在1150℃下长时间使用(yong)，短时间最高温度可(ke)达1450℃。

2、耐(nai)腐(fu)蚀。除氢氟酸(suan)外，高纯石英(ying)几乎与其他酸(suan)类物质不发生化学反应，在高温(wen)下，它能耐(nai)硫酸(suan)，硝(xiao)酸(suan)，盐(yan)酸(suan)，王(wang)水，中性盐(yan)类，碳和硫等侵蚀。其耐(nai)酸(suan)能力是(shi)陶瓷(ci)的(de)30倍(bei)，不锈钢(gang)的(de)150倍(bei)，尤其是(shi)在高温(wen)下的(de)化学稳定性，是(shi)其他任(ren)何(he)工程(cheng)材料都无法比(bi)拟的(de)。

3、热稳定性好。高(gao)纯(chun)石(shi)(shi)英(ying)的热膨胀系数极小(xiao)，能承(cheng)受激烈(lie)的温度变化，将高(gao)纯(chun)石(shi)(shi)英(ying)加热至1100℃左右，放入常温水中也不(bu)会炸裂。

4、透光性(xing)能(neng)好。高纯石英(ying)在(zai)紫(zi)外线到红外线的整个(ge)光谱(pu)波(bo)段都有较好的透光性(xing)能(neng)，可(ke)见光透光率在(zai)93%以(yi)上，特(te)别是在(zai)紫(zi)外线光谱(pu)区，~大透光率可(ke)达80%以(yi)上。

5、电(dian)绝缘(yuan)性能好(hao)。高纯石英(ying)的(de)电(dian)阻值相当于(yu)普(pu)通石英(ying)玻璃(li)的(de)一万倍(bei)，是极(ji)好(hao)的(de)电(dian)绝缘(yuan)材料，即使在高温下(xia)也具有良好(hao)的(de)电(dian)性能。

多得(de)这(zhei)些优(you)秀的物理、化学(xue)特性，高(gao)纯度(du)的石(shi)(shi)英材(cai)料被广泛应用(yong)于现代(dai)电(dian)子科(ke)技、半(ban)导体(ti)(ti)、通讯(xun)、电(dian)光源、太阳能(neng)、国防(fang)(fang)高(gao)精密量测(ce)仪器、实验室理化仪器、核能(neng)、纳米产业(ye)(ye)等。尤其是快(kuai)速发展的半(ban)导体(ti)(ti)行业(ye)(ye)，硅晶圆的规模一直在增加(jia)，因(yin)此芯片(pian)制造商(shang)对石(shi)(shi)英制的各种部件需求量大增。不过(guo)也要注(zhu)意，为了防(fang)(fang)止加(jia)工过(guo)程中的污染，使用(yong)中必须(xu)要确保石(shi)(shi)英材(cai)料的高(gao)纯度(du)。

石英制品(pin)在半(ban)导体(ti)中的应(ying)用

在(zai)(zai)半(ban)(ban)导体(ti)行(xing)业，石(shi)(shi)英被广(guang)泛应用(yong)(yong)(yong)，高(gao)纯石(shi)(shi)英制(zhi)(zhi)品更(geng)是晶圆生(sheng)产中(zhong)的重要(yao)耗材。生(sheng)产硅单(dan)晶的坩埚、晶舟、扩散炉炉芯管等石(shi)(shi)英部件必须使用(yong)(yong)(yong)高(gao)纯石(shi)(shi)英玻璃制(zhi)(zhi)品。石(shi)(shi)英部件在(zai)(zai)半(ban)(ban)导体(ti)领域主要(yao)目标市(shi)场应用(yong)(yong)(yong)为晶圆代工中(zhong)扩散和刻蚀(shi)工艺(yi)，可以(yi)分为高(gao)温区器件和低温区器件两(liang)大类，会使用(yong)(yong)(yong)的主要(yao)器件如(ru)下：

①高温区器(qi)件(jian)主(zhu)要是扩散氧(yang)化(hua)等环(huan)节使用的炉管、玻璃(li)舟架等，需要在高温环(huan)境中直接(jie)或(huo)间接(jie)与硅片接(jie)触(chu)；主(zhu)要是采购电熔石英玻璃(li)材料，通过热(re)加工生产(chan)；

②低(di)温区器(qi)件主要是刻蚀环(huan)节的(de)石英(ying)环(huan)等，还包括清(qing)洗过程(cheng)中(zhong)的(de)花篮、清(qing)洗槽等，主要在低(di)温环(huan)境中(zhong)使用；主要采(cai)购气炼石英(ying)玻璃，通过冷加工(gong)生(sheng)产。

其中(zhong)高温区器(qi)(qi)件消耗速度(du)较(jiao)(jiao)快，但是(shi)类(lei)似多片机（一个(ge)承载(zai)器(qi)(qi)具(ju)承放多个(ge)硅片），低温区器(qi)(qi)件消耗速度(du)较(jiao)(jiao)慢，但是(shi)单片机（一个(ge)承载(zai)器(qi)(qi)具(ju)承放一个(ge)硅片）；因此(ci)两者整体市场规(gui)模相对(dui)比(bi)较(jiao)(jiao)接(jie)近。

1、高温区(qu)器件

1.1、石(shi)英炉管(guan)

炉(lu)管(guan)（furnace）是晶(jing)圆(yuan)进(jin)行(xing)高温加(jia)热过程的(de)区域，由石(shi)(shi)英(ying)炉(lu)管(guan)、反(fan)应(ying)室和数个加(jia)热器组成，其在(zai)(zai)半导体(ti)制程中(zhong)(zhong)广(guang)泛应(ying)用于扩散(san)、氧化、退火处(chu)理等步骤(zhou)。设备分为水(shui)平式和垂直式两种（如下(xia)图）：水(shui)平式炉(lu)管(guan)，晶(jing)圆(yuan)放置(zhi)在(zai)(zai)石(shi)(shi)英(ying)晶(jing)舟上，且(qie)石(shi)(shi)英(ying)晶(jing)舟又(you)放在(zai)(zai)SiC做(zuo)的(de)承(cheng)载架(jia)(jia)上，且(qie)前后会有适应(ying)挡板，承(cheng)载架(jia)(jia)推(tui)进(jin)石(shi)(shi)英(ying)炉(lu)管(guan)中(zhong)(zhong)，晶(jing)圆(yuan)在(zai)(zai)恒温区进(jin)行(xing)反(fan)应(ying)；垂直式炉(lu)管(guan)，晶(jing)圆(yuan)在(zai)(zai)石(shi)(shi)英(ying)塔架(jia)(jia)上，然后缓(huan)慢上升(sheng)到石(shi)(shi)英(ying)炉(lu)管(guan)内进(jin)行(xing)制程。

由于以上制程(cheng)中温度(du)较高，为免石英(ying)炉管(guan)在多次、长时间使(shi)用(yong)(yong)后出现炉管(guan)变形严(yan)重并坍塌(ta)的后果(guo)，生产时应使(shi)用(yong)(yong)不易变形坍塌(ta)、使(shi)用(yong)(yong)寿命长的石英(ying)炉管(guan)。

1.2、石英晶舟

在(zai)半(ban)导体IC制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)过程中，常需要用(yong)一(yi)(yi)种工具作芯片(pian)传送、清洗(xi)及加工，这种承(cheng)载芯片(pian)的(de)工具一(yi)(yi)般(ban)称为晶(jing)舟(zhou)(zhou)，其上会(hui)设置(zhi)有多个(ge)(ge)晶(jing)圆槽(cao)，每一(yi)(yi)个(ge)(ge)晶(jing)圆槽(cao)用(yong)来(lai)放置(zhi)一(yi)(yi)片(pian)晶(jing)圆。在(zai)半(ban)导体晶(jing)片(pian)的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)过程中，炉(lu)管的(de)扩散(san)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)程是(shi)基本制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)程之(zhi)一(yi)(yi)，扩散(san)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)程中，就是(shi)先将多篇晶(jing)圆放于一(yi)(yi)个(ge)(ge)石英晶(jing)舟(zhou)(zhou)上，再将石英晶(jing)舟(zhou)(zhou)放在(zai)炉(lu)管内进行批次(ci)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)。另外，石英支架就是(shi)用(yong)于承(cheng)载多个(ge)(ge)石英舟(zhou)(zhou)的(de)器件(jian)。

2、低温区器件(jian)

2.1、石英(ying)环

刻(ke)(ke)蚀工(gong)艺是半(ban)导体工(gong)艺中较为复杂，也(ye)相当重要(yao)的(de)(de)一个，是与光刻(ke)(ke)相联系的(de)(de)图形化(hua)(pattern)处理(li)的(de)(de)一种主(zhu)要(yao)工(gong)艺，石(shi)英环就用于此。“光刻(ke)(ke)”是将光刻(ke)(ke)胶(jiao)进行光刻(ke)(ke)曝光处理(li)（相当于用投影的(de)(de)方式把电(dian)路图“画”在(zai)晶(jing)圆上(shang)），“刻(ke)(ke)蚀”则是用化(hua)学或物理(li)方法沿着光刻(ke)(ke)胶(jiao)表面(mian)显影的(de)(de)图案，从(cong)硅(gui)片表面(mian)去(qu)除不需要(yao)的(de)(de)材(cai)料，从(cong)而将电(dian)路图刻(ke)(ke)在(zai)晶(jing)圆上(shang)。

在(zai)这个过程中(zhong)，高纯(chun)石(shi)英环主要起(qi)到防护作用(yong)，它(ta)与石(shi)英闸门(men)的组合可实(shi)现(xian)对腔体的密(mi)(mi)闭防护，紧密(mi)(mi)围绕在(zai)晶圆周围，防止刻蚀制造过程中(zhong)的各类污染。

图片来源(yuan)：沈阳汉科半导体材料有(you)限公司

2.2、石英花篮与(yu)清洗槽(cao)

在硅晶体管和(he)集(ji)成电路生产中，几(ji)乎每道工(gong)序(xu)都有硅片清(qing)洗，硅片清(qing)洗的好(hao)坏对器件性能有严重的影响。其中化学清(qing)洗是为了除去原子(zi)(zi)(zi)、离(li)子(zi)(zi)(zi)不可见的污染，方法(fa)较多(duo)，有溶剂萃取、酸(suan)洗（硫酸(suan)、硝酸(suan)、王(wang)水、各种混(hun)合酸(suan)等(deng)）和(he)等(deng)离(li)子(zi)(zi)(zi)体法(fa)等(deng)；超声(sheng)(sheng)波清(qing)洗（物理清(qing)洗）则能通过(guo)将超声(sheng)(sheng)波声(sheng)(sheng)能传入溶液，靠气蚀作用洗掉(diao)片子(zi)(zi)(zi)上的污染。

在清洗过程中需要使用耐(nai)(nai)酸(suan)耐(nai)(nai)碱(jian)的石英器件，其中负责承载(zai)硅(gui)片的是石英花(hua)篮，负责承载(zai)洗涤的则是石英清洗槽。要注意的是，石英花(hua)篮除(chu)了要保证结构强度外，应尽(jin)量减少(shao)与硅(gui)片的接触面积(ji)，才能达到良(liang)好的清洗效果(guo)。

结语(yu)

当然，在半导体制(zhi)程中会使用到的(de)石(shi)英(ying)制(zhi)品并不(bu)止上述的(de)这些。总的(de)来说，石(shi)英(ying)制(zhi)品虽(sui)然是不(bu)引人注(zhu)目的(de)“小(xiao)”耗材，但确确实实是半导体制(zhi)程中非要重要的(de)组(zu)成部分，据 Techcet 统(tong)计，应用于电子信息(xi)产业的(de)高(gao)纯石(shi)英(ying)玻璃原(yuan)料占全球(qiu)年产量9成左(zuo)右。

就(jiu)像钉子再不起眼(yan)，但为了结(jie)构的稳(wen)定(ding)性一(yi)定(ding)不能(neng)省一(yi)样。半导体产业要(yao)(yao)发展(zhan)，就(jiu)不能(neng)被“以小制大(da)”，开发高性能(neng)的石英玻(bo)璃材(cai)料(liao)及制品(pin)并扩大(da)生产能(neng)力，提升装备水平和产品(pin)档次(ci)也都是(shi)必须要(yao)(yao)做的工作。

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