高纯石英具有独特的物理、化学特性,特别是内在的晶体结构、形状和晶格变化规律使其具有耐高温、耐腐蚀、抗磨、热膨胀系数小、高度绝缘、压电效应、谐振效应以及独特的光学特性,是国家战略性产业和支柱性产业发展过程中不可替代的基础性材料。
高纯石英在半导体、光伏、光纤、电光源等领域应用广泛,其中半导体领域应用规模最大,占比高达50%。
半导体制造最为核心的环节就是芯片制造环节,这也是半导体产业中价值含量最高的领域。芯片制造主要由单晶生长、晶圆加工制造、集成电路晶圆的生产以及后期封装四个部分组成,其中最为核心、难度最高、对相关材料要求最严苛的为硅片制造和晶圆制程环节。
高纯石英材料由于其耐温、耐酸、低膨胀和极佳的光谱透过性的特殊物理性能,满足了半导体工业对载具材料中碱金属和重金属含量的苛刻要求。在半导体生产过程中需要消耗大量的石英片、环、板、法兰、刻槽舟、扩散炉管、清洗槽等高品质石英材料。
在硅片制造环节,大量使用的石英玻璃产品主要是用于制作晶圆IC载体(拉制单晶)的石英坩埚;另外还有使用到一部分石英清洗容器。
在晶圆制造加工过程中:氧化、外延、光刻、刻蚀、扩散、CVD和注入离子、磨平等对硅晶圆进行一系列处理的工艺环节,石英玻璃凭借高纯度、耐高温、低的热膨胀、耐腐蚀等优良性能而被大量采用。
1)扩散、氧化环节使用较多的器件产品主要包括石英玻璃扩散管以及和扩散管配套的石英法兰、石英玻璃炉管(支托或运载石英舟进入或者退出扩散炉)、石英舟(承载硅片)、支架(承载多个石英舟)。其中石英玻璃扩散管是半导体工业中极其重要、用量最大的石英玻璃制品。其纯度、抗高温的变形性、几何尺寸都会直接影响集成电路和器件的质量、成本和生产效率。
石英玻璃舟及支架是单晶硅片扩散、氧化、CVD沉积、退火处理不可缺少的石英玻璃承载器具;一般产品规格尺寸各不相同,形式上主要有卧式舟、立式舟两种;石英舟、支架由于是和单晶硅片在高温下直接接触,因此对使用的石英玻璃的纯度、耐温性能、尺寸精度要求都很高。
2)集成电路刻蚀环节必须使用耐腐蚀性的石英玻璃材料及制品。因而刻蚀环节的石英材料使用量也较大;主要产品包括石英环、石英玻璃反应腔和样品支架等。另外在硅片酸洗和超声波清洗工序也需要使用拥有极高化学稳定性的石英玻璃材料,主要产品包括石英玻璃花篮(硅片酸洗、超声波清洗)、清洗槽(洗涤液的承载器)等;另外还有用于硅片外延工序的石英钟罩。
3)用于半导体芯片光刻环节中的光掩膜版的主要基板材料也是石英玻璃,根据清溢光电招股书,基板的采购成本占光掩膜版原材料采购成本的90%;由于光掩膜版是液晶显示器、半导体等制造过程中的图形“底片”转移用的高精密工具,决定了电子元器件产品精度和质量,对于其所使用的石英玻璃的材料要求极高,一般光掩膜版的石英玻璃基片通常需要采用高纯合成石英锭作为基础材料。
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