石英材料是半导体生产过程中的重要材料,其质量、加工精度直接影响半导体产品的成品率。在半导体生产过程中,石英材料典型的应用有:石英坩埚用于硅单晶制造、石英玻璃钟罩用于光刻工程、石英管制作的石英舟和石英支架用于IC外延、扩散和光刻工程等。
石英坩埚是光伏及半导体领域高纯石英砂的主要制品,主要应用于支持高温条件下连续拉晶,是用来装放多晶硅原料的消耗型石英器件,石英坩埚可主要分为方形和圆形两类,其中方形石英坩埚用于多晶硅锭铸造环节,圆形石英坩埚则用在单晶硅棒拉制环节。
石英坩埚具有洁净、同质、耐高温等性能。从物理热学性能上看,石英坩埚的形变点约为1100℃,软化点约为1730℃,其最高连续使用温度约为1100℃,短时间内可达到1450℃,其高纯和高耐温耐久性为硅棒单晶拉制以及单晶品质提供保障,是单晶拉制系统的关键辅料之一。
在单晶硅片生产流程中,石英坩埚是光伏单晶炉的关键部件。基于单晶硅片纯度的要求,石英坩埚一次至几次加热拉晶完成后即报废,需要购置新的石英坩埚用于下次拉晶,因而在单晶硅产业链中具备较强的消耗品属性特征。
石英晶舟在半导体IC制造过程中,常需要用一种工具作芯片传送、清洗及加工,这种承载芯片的工具一般称为晶舟,其上会设置有多个晶圆槽,每一个晶圆槽用来放置一片晶圆。在半导体晶片的制造过程中,炉管的扩散制程是基本制程之一,扩散制程中,就是先将多篇晶圆放于一个石英晶舟上,再将石英晶舟放在炉管内进行批次制造。另外,石英支架就是用于承载多个石英舟的器件。
石英清洗槽在硅晶体管和集成电路生产中,几乎每道工序都有硅片清洗,硅片清洗的好坏对器件性能有严重的影响。其中化学清洗是为了除去原子、离子不可见的污染,方法较多,有溶剂萃取、酸洗(硫酸、硝酸、王水、各种混合酸等)和等离子体法等;超声波清洗(物理清洗)则能通过将超声波声能传入溶液,靠气蚀作用洗掉片子上的污染。
在清洗过程中需要使用耐酸耐碱的石英器件,其中负责承载硅片的是石英花篮,负责承载洗涤的则是石英清洗槽。
石英法兰刻蚀工艺是半导体工艺中较为复杂,也相当重要的一个,是与光刻相联系的图形化(pattern)处理的一种主要工艺,石英法兰就用于此。“光刻”是将光刻胶进行光刻曝光处理(相当于用投影的方式把电路图“画”在晶圆上),“刻蚀”则是用化学或物理方法沿着光刻胶表面显影的图案,从硅片表面去除不需要的材料,从而将电路图刻在晶圆上。
在这个过程中,高纯石英法兰主要起到防护作用,它与石英闸门的组合可实现对腔体的密闭防护,紧密围绕在晶圆周围,防止刻蚀制造过程中的各类污染。
半导体工艺制程中,需要用到大量的石英制品,按照工作环境温度的不同,分为高温工艺和低温工艺两大类,高温工艺包括扩散、氧化等,低温工艺包括刻蚀、封装、光刻、清洗等。
电子行业的快速发展使半导体行业对高性能石英玻璃制品需求增加,直接带动高性能石英玻璃制品行业的快速发展。