中國粉體網(wǎng)訊  石英玻璃材料及制品作為重要耗材應(yīng)用于芯片制造多個(gè)環(huán)節(jié)。近年來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和國家政策的大力支持，為石英材料和制品提供了廣闊的市場空間。

來源：沈陽漢科

半導(dǎo)體行業(yè)用石英制品

石英制品在下游應(yīng)用廣泛，產(chǎn)品貫穿集成電路產(chǎn)業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以石英砂到芯片的生產(chǎn)過程為例，生產(chǎn)過程將使用到石英坩堝、石英鐘罩、石英擴(kuò)散管、石英舟、石英玻璃基片等不同類型的產(chǎn)品。

半導(dǎo)體石英制品及應(yīng)用

半導(dǎo)體用石英部件一般可以分為高溫區(qū)器件和低溫區(qū)器件，它們分別應(yīng)用于擴(kuò)散、氧化等高溫工藝和刻蝕、封裝、光刻、清洗等低溫工藝。其中，高溫工藝用石英部件由于需要在千度以上連續(xù)工作數(shù)小時(shí)，所以需要其具有耐高溫、熱穩(wěn)定性好、不易變形等性能。而羥基的存在會(huì)改變石英制品的主要成分二氧化硅的鍵合結(jié)構(gòu)，從而降低材料的熱穩(wěn)定性，造成石英制品的耐高溫性能大幅降低。所以，高溫工藝用石英部件需要經(jīng)過脫羥處理。此外，高溫工藝用石英部件還需具備耐腐蝕、透光性好、雜質(zhì)含量低等性能。而低溫工藝用石英部件由于無須經(jīng)歷高溫過程，因此對(duì)石英材料的羥基含量無要求。

來源：菲利華石創(chuàng)

石英法蘭：石英法蘭應(yīng)用在單晶硅片擴(kuò)散、氧化、CVD環(huán)節(jié)，與石英玻璃擴(kuò)散管配套使用，主要起連接作用。

來源：盾源聚芯

石英坩堝：石英坩堝主要用于生長單晶硅，是半導(dǎo)體工業(yè)中不可或缺的容器。其中，石英坩堝的雜質(zhì)會(huì)影響坩堝的力學(xué)性能、電阻率分布、單晶的純度，當(dāng)鋁含量過高時(shí)，單晶純度將會(huì)降低；當(dāng)鈉、鉀等含量過高時(shí)，石英坩堝的熔點(diǎn)降低，高溫性能變差，雜質(zhì)過高還會(huì)使得石英坩堝在高溫下生成方石英，膨脹系數(shù)與體積的改變使得坩堝機(jī)械性能急劇下降，影響生產(chǎn)進(jìn)行。

光掩膜基板：光掩膜技術(shù)作為半導(dǎo)體技術(shù)中的重要組成部分，其制作材料包含玻璃基板、鍍鉻膜層、光刻膠、光學(xué)膜等，玻璃基板為主要的原材料。其中，石英玻璃基板的主體為石英玻璃，其光學(xué)透過率高，熱膨脹率低，光譜特性優(yōu)良，具有較高的硬度和較長的使用壽命，適用于高精度光掩膜基板的制造。光掩膜基板下游領(lǐng)域包括IC制造、IC封裝、平面顯示和印制線路板等行業(yè)。

來源：菲利華石創(chuàng)

石英鐘罩：石英鐘罩主要用作多晶硅的還原爐罩。

來源：凱德石英

石英舟及支架：石英玻璃舟及支架是單晶硅片擴(kuò)散、氧化、CVD沉積、退火處理等工序中不可缺少的石英玻璃承載器具。

來源：沈陽漢科

石英環(huán)：石英環(huán)主要應(yīng)用于半導(dǎo)體硅片刻蝕工藝，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)腔體的密閉保護(hù)，防止污染。

來源：菲利華石創(chuàng)

石英玻璃擴(kuò)散管：在半導(dǎo)體用石英制品種類中，石英擴(kuò)散管是非常重要的石英玻璃制品，用于將半導(dǎo)體雜質(zhì)原子擴(kuò)散，其純度、抗高溫的變形性、幾何尺寸都會(huì)直接影響下游用戶產(chǎn)品的質(zhì)量、成本和生產(chǎn)效率。

半導(dǎo)體石英制品的加工工藝

高純石英玻璃是半導(dǎo)體芯片制程關(guān)鍵工序的支撐材料，根據(jù)制備方法不同，可將其分為天然石英玻璃和合成石英玻璃，天然石英玻璃采用天然結(jié)晶石英經(jīng)高溫熔化制成，包括電熔石英玻璃和氣熔石英玻璃，是半導(dǎo)體蝕刻、擴(kuò)散、氧化等工序所需的承載器件與腔體耗材。合成石英玻璃則采用SiCl4、有機(jī)硅等含硅化合物為原料通過化學(xué)氣相沉積法（CVD）制備，CVD法的原理是將含硅化合物在載料氣體的帶動(dòng)下送入氫氧焰噴燈，在高溫作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成SiO2顆粒，隨后直接沉積在旋轉(zhuǎn)的底座上形成石英玻璃坨，經(jīng)過冷卻最終得到合成石英玻璃錠，主要應(yīng)用于TFT-LCD和IC用光掩膜基板以及半導(dǎo)體高端制程中石英玻璃材料配套領(lǐng)域。

氣熔石英玻璃由于使用氫氧焰燒制，雜質(zhì)含量低，但羥基含量偏高，高溫下羥基的存在會(huì)使熔融石英耐溫性降低，因此主要用于半導(dǎo)體制程的清洗、刻蝕、研磨等低溫工序，產(chǎn)品包括石英玻璃花籃、石英玻璃清洗槽、石英環(huán)、石英支架等。

電熔石英玻璃羥基含量低、耐高溫性能強(qiáng)，主要用于半導(dǎo)體制程的晶圓熱氧化、離子注入、擴(kuò)散、沉積等高溫工序，產(chǎn)品包括石英擴(kuò)散管、石英舟、多晶硅還原爐罩、單晶硅外延鐘罩等。

合成石英玻璃純度極高，具有優(yōu)良的光學(xué)性能，可以根據(jù)規(guī)格大小制成不同大小的平板，經(jīng)金屬涂敷、腐蝕刻錄后制成光掩膜基板，光掩膜上承載有完整的集成電路設(shè)計(jì)圖形，通過光刻工藝可將集成電路設(shè)計(jì)圖形轉(zhuǎn)移到晶圓上。

石英玻璃可以通過后續(xù)加工工藝，包括火加工和冷加工，成為各種形狀的玻璃儀器和器皿，熱加工可制作成石英杯、石英舟、石英坩堝等石英制品。

冷加工：冷加工是利用數(shù)控機(jī)械設(shè)備或手工對(duì)石英材料進(jìn)行切割、研磨、銑削，形成產(chǎn)品的部件，最后進(jìn)行組裝焊接成為成品，有的刻蝕類產(chǎn)品可以直接依靠機(jī)械設(shè)備做成成品。

火加工：石英火加工又分為玻璃車床火加工和手工火加工，玻璃車床火加工是將石英管的原材料裝卡在車床上，通過車床轉(zhuǎn)動(dòng)，以氫氧氣為燃料，由石英技師進(jìn)行操作，對(duì)石英管進(jìn)行二次整型、成型、拋光等操作；手工火加工主要依賴技師們的手工操作，也是以氫氧氣為燃料，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行吹制、焊接、拋光，火加工工序是石英加工中關(guān)鍵工序。

半導(dǎo)體用石英制品市場

半導(dǎo)體是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基石，對(duì)全球信息科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。全球半導(dǎo)體行業(yè)總體上保持著高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，雖然2023年受到宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境和市場周期性的影響出現(xiàn)了短期調(diào)整，但半導(dǎo)體行業(yè)在2024年上半年呈現(xiàn)出較好的復(fù)蘇勢(shì)頭，多家半導(dǎo)體上市公司業(yè)績預(yù)漲，預(yù)示著行業(yè)周期拐點(diǎn)的到來。

高純度石英玻璃材料及制品是半導(dǎo)體芯片制程中的關(guān)鍵耗材，在芯片制造過程的擴(kuò)散、刻蝕等環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用。未來，隨著半導(dǎo)體集成電路行業(yè)市場不斷擴(kuò)張，石英制品需求將不斷上升。據(jù)測(cè)算，每生產(chǎn)1億美元的電子信息產(chǎn)品，平均就消耗價(jià)值50萬美元的高純石英材料，隨著全球人工智能（AI）、高效能運(yùn)算（HPC）需求的爆發(fā)增長，無論是AI芯片在云端與終端的發(fā)展、半導(dǎo)體芯片在電動(dòng)車與自動(dòng)駕駛的滲透，或節(jié)能訴求推動(dòng)第三類半導(dǎo)體應(yīng)用趨勢(shì)，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)版圖將借此持續(xù)加值、擴(kuò)大。

據(jù)中國粉體網(wǎng)粉體大數(shù)據(jù)研究推出的《中國半導(dǎo)體用石英材料市場研究分析報(bào)告（2024~2027）》介紹，從2017年到2021年全球半導(dǎo)體石英制品的市場規(guī)模保持在140億元-200億元之間。根據(jù)凱德石英公司公告測(cè)算以及WSTS預(yù)測(cè)，2022-2024年全球半導(dǎo)體石英制品規(guī)模分別為247、224、253億元。預(yù)計(jì)2027年全球半導(dǎo)體石英制品市場將達(dá)到395億元。

參考來源：

左政.石英部件在半導(dǎo)體領(lǐng)域應(yīng)用及市場概覽

王玉芬.信息產(chǎn)業(yè)對(duì)高純石英材料的技術(shù)需求

周全.石英砂提純及石英玻璃加工工藝的研究

陳婭麗等.光掩膜石英玻璃基板的制造工藝概述

馬千里.高純石英玻璃制備過程的研究和工藝優(yōu)化

粉體大數(shù)據(jù)研究.《中國半導(dǎo)體用石英材料市場研究分析報(bào)告（2024~2027）》

凱德石英招股說明書、石英股份半年報(bào)、國元證券、國海證券

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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