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鄒小姐：13326633089 -
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石英（SiO?）材料咋一看和玻璃很像，但比較特別的是一般的玻璃是由許多成分（如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸鋇、石灰石、長石、純堿等）所構(gòu)成，而石英只含有SiO?成分，其微觀結(jié)構(gòu)是一種由二氧化硅四面結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)單元組成的單純網(wǎng)絡(luò)。
因為石英之中含有的金屬不純物的量非常少，本身的純度極高，因此石英本身擁有其他玻璃所無法呈現(xiàn)出的特性及優(yōu)點，被譽為玻璃材料中的“皇冠”。比如說耐熱程度，石英哪怕在火中燒紅后立即放到水中都不會炸裂，而普通玻璃別說燒紅后放到水中不炸裂，只是一燒就四分五裂了。更具體的優(yōu)勢如下：
1、耐高溫。石英玻璃的軟化點溫度約為1730℃，可以在1150℃下長時間使用，短時間最高溫度可達1450℃。
2、耐腐蝕。除氫氟酸外，高純石英幾乎與其他酸類物質(zhì)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在高溫下，它能耐硫酸，硝酸，鹽酸，王水，中性鹽類，碳和硫等侵蝕。其耐酸能力是陶瓷的30倍，不銹鋼的150倍，尤其是在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性，是其他任何工程材料都無法比擬的。
3、熱穩(wěn)定性好。高純石英的熱膨脹系數(shù)極小，能承受激烈的溫度變化，將高純石英加熱至1100℃左右，放入常溫水中也不會炸裂。
4、透光性能好。高純石英在紫外線到紅外線的整個光譜波段都有較好的透光性能，可見光透光率在93%以上，特別是在紫外線光譜區(qū)，~大透光率可達80%以上。
5、電絕緣性能好。高純石英的電阻值相當(dāng)于普通石英玻璃的一萬倍，是極好的電絕緣材料，即使在高溫下也具有良好的電性能。
多得這些優(yōu)秀的物理、化學(xué)特性，高純度的石英材料被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子科技、半導(dǎo)體、通訊、電光源、太陽能、國防高精密量測儀器、實驗室理化儀器、核能、納米產(chǎn)業(yè)等。尤其是快速發(fā)展的半導(dǎo)體行業(yè)，硅晶圓的規(guī)模一直在增加，因此芯片制造商對石英制的各種部件需求量大增。不過也要注意，為了防止加工過程中的污染，使用中必須要確保石英材料的高純度。
石英制品在半導(dǎo)體中的應(yīng)用
在半導(dǎo)體行業(yè)，石英被廣泛應(yīng)用，高純石英制品更是晶圓生產(chǎn)中的重要耗材。生產(chǎn)硅單晶的坩堝、晶舟、擴散爐爐芯管等石英部件必須使用高純石英玻璃制品。石英部件在半導(dǎo)體領(lǐng)域主要目標(biāo)市場應(yīng)用為晶圓代工中擴散和刻蝕工藝，可以分為高溫區(qū)器件和低溫區(qū)器件兩大類，會使用的主要器件如下：
①高溫區(qū)器件主要是擴散氧化等環(huán)節(jié)使用的爐管、玻璃舟架等，需要在高溫環(huán)境中直接或間接與硅片接觸；主要是采購電熔石英玻璃材料，通過熱加工生產(chǎn)；
②低溫區(qū)器件主要是刻蝕環(huán)節(jié)的石英環(huán)等，還包括清洗過程中的花籃、清洗槽等，主要在低溫環(huán)境中使用；主要采購氣煉石英玻璃，通過冷加工生產(chǎn)。
其中高溫區(qū)器件消耗速度較快，但是類似多片機（一個承載器具承放多個硅片），低溫區(qū)器件消耗速度較慢，但是單片機（一個承載器具承放一個硅片）；因此兩者整體市場規(guī)模相對比較接近。
1、高溫區(qū)器件
1.1、石英爐管
爐管（furnace）是晶圓進行高溫加熱過程的區(qū)域，由石英爐管、反應(yīng)室和數(shù)個加熱器組成，其在半導(dǎo)體制程中廣泛應(yīng)用于擴散、氧化、退火處理等步驟。設(shè)備分為水平式和垂直式兩種（如下圖）：水平式爐管，晶圓放置在石英晶舟上，且石英晶舟又放在SiC做的承載架上，且前后會有適應(yīng)擋板，承載架推進石英爐管中，晶圓在恒溫區(qū)進行反應(yīng)；垂直式爐管，晶圓在石英塔架上，然后緩慢上升到石英爐管內(nèi)進行制程。
由于以上制程中溫度較高，為免石英爐管在多次、長時間使用后出現(xiàn)爐管變形嚴(yán)重并坍塌的后果，生產(chǎn)時應(yīng)使用不易變形坍塌、使用壽命長的石英爐管。
1.2、石英晶舟
在半導(dǎo)體IC制造過程中，常需要用一種工具作芯片傳送、清洗及加工，這種承載芯片的工具一般稱為晶舟，其上會設(shè)置有多個晶圓槽，每一個晶圓槽用來放置一片晶圓。在半導(dǎo)體晶片的制造過程中，爐管的擴散制程是基本制程之一，擴散制程中，就是先將多篇晶圓放于一個石英晶舟上，再將石英晶舟放在爐管內(nèi)進行批次制造。另外，石英支架就是用于承載多個石英舟的器件。
2、低溫區(qū)器件
2.1、石英環(huán)
刻蝕工藝是半導(dǎo)體工藝中較為復(fù)雜，也相當(dāng)重要的一個，是與光刻相聯(lián)系的圖形化(pattern)處理的一種主要工藝，石英環(huán)就用于此?！肮饪獭笔菍⒐饪棠z進行光刻曝光處理（相當(dāng)于用投影的方式把電路圖“畫”在晶圓上），“刻蝕”則是用化學(xué)或物理方法沿著光刻膠表面顯影的圖案，從硅片表面去除不需要的材料，從而將電路圖刻在晶圓上。
在這個過程中，高純石英環(huán)主要起到防護作用，它與石英閘門的組合可實現(xiàn)對腔體的密閉防護，緊密圍繞在晶圓周圍，防止刻蝕制造過程中的各類污染。
圖片來源：沈陽漢科半導(dǎo)體材料有限公司
2.2、石英花籃與清洗槽
在硅晶體管和集成電路生產(chǎn)中，幾乎每道工序都有硅片清洗，硅片清洗的好壞對器件性能有嚴(yán)重的影響。其中化學(xué)清洗是為了除去原子、離子不可見的污染，方法較多，有溶劑萃取、酸洗（硫酸、硝酸、王水、各種混合酸等）和等離子體法等；超聲波清洗（物理清洗）則能通過將超聲波聲能傳入溶液，靠氣蝕作用洗掉片子上的污染。
在清洗過程中需要使用耐酸耐堿的石英器件，其中負責(zé)承載硅片的是石英花籃，負責(zé)承載洗滌的則是石英清洗槽。要注意的是，石英花籃除了要保證結(jié)構(gòu)強度外，應(yīng)盡量減少與硅片的接觸面積，才能達到良好的清洗效果。
結(jié)語
當(dāng)然，在半導(dǎo)體制程中會使用到的石英制品并不止上述的這些?？偟膩碚f，石英制品雖然是不引人注目的“小”耗材，但確確實實是半導(dǎo)體制程中非要重要的組成部分，據(jù) Techcet 統(tǒng)計，應(yīng)用于電子信息產(chǎn)業(yè)的高純石英玻璃原料占全球年產(chǎn)量9成左右。
就像釘子再不起眼，但為了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性一定不能省一樣。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)要發(fā)展，就不能被“以小制大”，開發(fā)高性能的石英玻璃材料及制品并擴大生產(chǎn)能力，提升裝備水平和產(chǎn)品檔次也都是必須要做的工作。
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