中國粉體網訊 石英玻璃材料及制品作為重要耗材應用于芯片制造多個環節。近年來，半導體產業的高速發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
半導體行業用石英制品
石英制品在下游應用廣泛，產品貫穿集成電路產業的各個環節，以石英砂到芯片的生產過程為例，生產過程將使用到石英坩堝、石英鐘罩、石英擴散管、石英舟、石英玻璃基片等不同類型的產品。
半導體石英制品及應用
半導體用石英部件一般可以分為高溫區器件和低溫區器件，它們分別應用于擴散、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工作數小時，所以需要其具有耐高溫、熱穩定性好、不易變形等性能。而羥基的存在會改變石英制品的主要成分二氧化硅的鍵合結構，從而降低材料的熱穩定性，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、雜質含量低等性能。而低溫工藝用石英部件由于無須經歷高溫過程，因此對石英材料的羥基含量無要求。
來源：菲利華石創
石英法蘭：石英法蘭應用在單晶硅片擴散、氧化、CVD環節，與石英玻璃擴散管配套使用，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，是半導體工業中不可或缺的容器。其中，石英坩堝的雜質會影響坩堝的力學性能、電阻率分布、單晶的純度，當鋁含量過高時，單晶純度將會降低；當鈉、鉀等含量過高時，石英坩堝的熔點降低，高溫性能變差，雜質過高還會使得石英坩堝在高溫下生成方石英，膨脹系數與體積的改變使得坩堝機械性能急劇下降，影響生產進行。
光掩膜基板：光掩膜技術作為半導體技術中的重要組成部分，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，其光學透過率高，熱膨脹率低，光譜特性優良，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。光掩膜基板下游領域包括IC制造、IC封裝、平面顯示和印制線路板等行業。
來源：菲利華石創
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：石英環主要應用于半導體硅片刻蝕工藝，可以實現對腔體的密閉保護，防止污染。
來源：菲利華石創
石英玻璃擴散管：在半導體用石英制品種類中，石英擴散管是非常重要的石英玻璃制品，用于將半導體雜質原子擴散，其純度、抗高溫的變形性、幾何尺寸都會直接影響下游用戶產品的質量、成本和生產效率。
半導體石英制品的加工工藝
高純石英玻璃是半導體芯片制程關鍵工序的支撐材料，根據制備方法不同，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晶石英經高溫熔化制成，包括電熔石英玻璃和氣熔石英玻璃，是半導體蝕刻、擴散、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、有機硅等含硅化合物為原料通過化學氣相沉積法（CVD）制備，CVD法的原理是將含硅化合物在載料氣體的帶動下送入氫氧焰噴燈，在高溫作用下發生化學反應生成SiO2顆粒，隨后直接沉積在旋轉的底座上形成石英玻璃坨，經過冷卻最終得到合成石英玻璃錠，主要應用于TFT-LCD和IC用光掩膜基板以及半導體高端制程中石英玻璃材料配套領域。
氣熔石英玻璃由于使用氫氧焰燒制，雜質含量低，但羥基含量偏高，高溫下羥基的存在會使熔融石英耐溫性降低，因此主要用于半導體制程的清洗、刻蝕、研磨等低溫工序，產品包括石英玻璃花籃、石英玻璃清洗槽、石英環、石英支架等。
電熔石英玻璃羥基含量低、耐高溫性能強，主要用于半導體制程的晶圓熱氧化、離子注入、擴散、沉積等高溫工序，產品包括石英擴散管、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，具有優良的光學性能，可以根據規格大小制成不同大小的平板，經金屬涂敷、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計圖形，通過光刻工藝可將集成電路設計圖形轉移到晶圓上。
石英玻璃可以通過后續加工工藝，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：冷加工是利用數控機械設備或手工對石英材料進行切割、研磨、銑削，形成產品的部件，最后進行組裝焊接成為成品，有的刻蝕類產品可以直接依靠機械設備做成成品。
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，通過車床轉動，以氫氧氣為燃料，由石英技師進行操作，對石英管進行二次整型、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，對產品進行吹制、焊接、拋光，火加工工序是石英加工中關鍵工序。
半導體用石英制品市場
半導體是數字經濟的基石，對全球信息科技產業的發展至關重要。全球半導體行業總體上保持著高速發展的態勢，雖然2023年受到宏觀經濟環境和市場周期性的影響出現了短期調整，但半導體行業在2024年上半年呈現出較好的復蘇勢頭，多家半導體上市公司業績預漲，預示著行業周期拐點的到來。
高純度石英玻璃材料及制品是半導體芯片制程中的關鍵耗材，在芯片制造過程的擴散、刻蝕等環節發揮著重要作用。未來，隨著半導體集成電路行業市場不斷擴張，石英制品需求將不斷上升。據測算，每生產1億美元的電子信息產品，平均就消耗價值50萬美元的高純石英材料，隨著全球人工智能（AI）、高效能運算（HPC）需求的爆發增長，無論是AI芯片在云端與終端的發展、半導體芯片在電動車與自動駕駛的滲透，或節能訴求推動第三類半導體應用趨勢，全球半導體產業版圖將借此持續加值、擴大。
據中國粉體網粉體大數據研究推出的《中國半導體用石英材料市場研究分析報告（2024~2027）》介紹，從2017年到2021年全球半導體石英制品的市場規模保持在140億元-200億元之間。根據凱德石英公司公告測算以及WSTS預測，2022-2024年全球半導體石英制品規模分別為247、224、253億元。預計2027年全球半導體石英制品市場將達到395億元。
參考來源：
左政.石英部件在半導體領域應用及市場概覽
王玉芬.信息產業對高純石英材料的技術需求
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化
粉體大數據研究.《中國半導體用石英材料市場研究分析報告（2024~2027）》
凱德石英招股說明書、石英股份半年報、國元證券、國海證券
（中國粉體網編輯整理/初末）
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