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集成電路制造過程
半導(dǎo)體產(chǎn)品由集成電路（IC，又稱芯片）、分立元件、光電子產(chǎn)品和傳感器組成，其中集成電路是主要部分。集成電路工業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，是國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化與信息化建設(shè)的先導(dǎo)與支柱產(chǎn)業(yè)。
（圖源：pixabay）
芯片的制造過程包括芯片設(shè)計、晶圓生產(chǎn)和芯片封裝以及測試等環(huán)節(jié)：
1）芯片設(shè)計：芯片設(shè)計是行業(yè)的頂端，包含電路設(shè)計、版圖設(shè)計和光罩制作。設(shè)計方面的主要環(huán)節(jié)是電路設(shè)計，需要考慮多方面因素以及涉及多元知識結(jié)構(gòu)。版圖設(shè)計和光罩可以借助計算機(jī)程序；
2）晶圓生產(chǎn)：包括了晶圓片生產(chǎn)環(huán)節(jié)、光罩光刻環(huán)節(jié)，晶圓處理和測試。其中光罩刻蝕環(huán)節(jié)最復(fù)雜，刻蝕要求越來越高。高純度硅晶片的提純和切割同樣依賴于工藝技術(shù)。目前芯片的主要成本在晶圓生產(chǎn)環(huán)節(jié)；
3）芯片封裝：芯片封裝是對生產(chǎn)完畢的IC晶圓片進(jìn)行切割和接線焊接以及裝測，處于行業(yè)下游，整體工藝和技術(shù)不斷發(fā)展；
4）芯片測試：是對成品芯片進(jìn)行檢測，屬于質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。
集成電路制程中的石英制品
半導(dǎo)體集成電路芯片制造過程中需要消耗大量石英材料（來源：王玉芬教授）
半導(dǎo)體集成電路工藝制程中，需要用到大量的石英制品，按照工作環(huán)境溫度的不同，分為高溫工藝和低溫工藝兩大類，高溫工藝包括擴(kuò)散、氧化等，低溫工藝包括刻蝕、封裝、光刻、清洗等。
1）高溫工藝中，石英制品需要在千度以上連續(xù)工作數(shù)個小時，所以需要石英制品耐高溫，同時熱穩(wěn)定性好，不易變形；石英制品主要成分是二氧化硅，由于羥基改變了二氧化硅的鍵合結(jié)構(gòu)，降低了材料的熱穩(wěn)定性，造成石英制品的耐溫性能大幅降低，所以高溫工藝用石英制品需經(jīng)過脫羥處理。此外，高溫工藝對石英制品性能要求還包括耐腐蝕、透光性好、雜質(zhì)含量低等。
2）低溫工藝的工作溫度相對較低，對石英制品不存在耐高溫要求，對石英材料的羥基含量無要求。低溫工藝中，石英制品的性能要求主要是耐腐蝕、透光性好、雜質(zhì)含量低。
集成電路制程中用到的石英制品
各種高純石英制品簡介
石英坩堝
石英坩堝屬于石英玻璃制品中的細(xì)分產(chǎn)品，具有潔凈、同質(zhì)、耐高溫等性能。目前廣泛應(yīng)用于太陽能和半導(dǎo)體領(lǐng)域提煉晶體硅的生產(chǎn)工藝中，是晶體硅生產(chǎn)過程中的消耗品。半導(dǎo)體硅片的國產(chǎn)化率的持續(xù)提升將使得石英坩堝產(chǎn)品顯著受益，同時帶動行業(yè)的高端化發(fā)展。
（來源：單晶硅生長用石英坩堝行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）
石英坩堝對于石英砂的品質(zhì)需求
光掩膜基板
石英玻璃是光掩模版中的主要基板材料，其采購成本占光掩膜版原材料成本90%。光掩膜版是液晶顯示器、半導(dǎo)體等制造過程中的圖形“底片”轉(zhuǎn)移用的高精密工具，決定了電子元器件產(chǎn)品精度和質(zhì)量，對于其所使用的石英玻璃材料要求極高，通常采用高純合成石英玻璃作為基礎(chǔ)材料。
石英玻璃基板中Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Cu、Co、Mn、Ni、Li、Na、K、B等13種雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和應(yīng)不大于2.0μg/g。其中Li、Na、K3種雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和應(yīng)不大于1.0μg/g，單一雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不大于0.5μg/g。
集成電路用石英舟
單晶硅片擴(kuò)散、氧化、CVD沉積、退火處理、硅片酸洗和超聲波清洗的承載器具，與單晶硅片直接接觸。對雜質(zhì)元素含量的要求如下：
（來源：集成電路用石英舟行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）
半導(dǎo)體用透明石英玻璃管
對雜質(zhì)元素含量的要求：
T級石英玻璃管的鋁、鐵、鈣、鎂、鈦、銅、鈷、錳、鎳、鋰、鈉、鉀、硼十三種雜質(zhì)元素的總含量應(yīng)不大于30.00x10-6，其中：鐵含量應(yīng)不大于1.50x10-6，鈦含量應(yīng)不大于3.00x10-6，銅含量應(yīng)不大于0.80x10-6，硼含量應(yīng)不大于0.20x10-6，鋰、鈉、鉀總含量應(yīng)不大于5.00x10-6。
D級石英玻璃管的鋁、鐵、鈣、鎂、鈦、銅、鈷、錳、鎳、鋰、鈉、鉀、硼十三種雜質(zhì)元素的總含量應(yīng)不大于25.00x10-6，其中：鐵含量應(yīng)不大于0.80x10-6，鈦含量應(yīng)不大于2.00x10-6，銅含量應(yīng)不大于0.50x10-6，硼含量應(yīng)不大于0.10x10-6，鋰、鈉、鉀總含量應(yīng)不大于2.50x10-6。
光刻用石英玻璃晶圓
高純石英玻璃晶圓中Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Cu、Co、Mn、Ni、Li、Na、K、B等13種雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和應(yīng)不大于2.0μg/g。其中Li、Na、K3種雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和應(yīng)不大于1.0μg/g，單一雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不大于0.5μg/g。
普通石英玻璃晶圓中Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Cu、Co、Mn、Ni、Li、Na、K、B等13種雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和應(yīng)不大于25.0μg/g。其中Li、Na、K3種雜質(zhì)元素含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和應(yīng)不大于3.0μg/g。
硅微粉作為環(huán)氧塑封料中占比最多的成分,其在環(huán)氧塑封料中的占比約為60%~90%，所有環(huán)氧塑封料需要提高的性能都需要通過提升硅微粉的性能來實(shí)現(xiàn)。硅微粉作為原材料中保護(hù)芯片的重要組分，其性能的優(yōu)劣對芯片能否正常高效的工作至關(guān)重要。因此，對硅微粉的粒度、純度以及球形度都會有更高的要求，硅微粉的粒度分布直接影響EMC的粘度、飛邊、流動性、在環(huán)氧塑封料中的含量及封裝時對器件金絲的沖擊。品質(zhì)較高的硅微粉可以降低環(huán)氧塑封料的溢料飛邊，且具有較好的流動性，以及較高的電絕緣性。在硅微粉作為封裝填料的過程中，其性能的優(yōu)劣直接決定了封裝效果的好壞，所以需要對硅微粉進(jìn)行表面改性。
參考資料：
凱德石英招股說明書
石英玻璃相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
趙晉榮等：集成電路核心工藝裝備技術(shù)的現(xiàn)狀與展望
王玉芬：高技術(shù)硅材料對石英資源的技術(shù)需求
中國粉體網(wǎng)：石英坩堝產(chǎn)業(yè)鏈全景圖
中國粉體網(wǎng)：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的“支柱”：石英制品產(chǎn)業(yè)鏈全景圖
高佳齊：環(huán)氧塑封料用硅微粉的超細(xì)粉碎及改性研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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