中国粉体网讯 石英玻璃材料及制品作为重要耗材应用于芯片制造多个环节。近年来，半导体产业的高速发展和国家政策的大力支持，为石英材料和制品提供了广阔的市场空间。
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半导体行业用石英制品
石英制品在下游应用广泛，产品贯穿集成电路产业的各个环节，以石英砂到芯片的生产过程为例，生产过程将使用到石英坩埚、石英钟罩、石英扩散管、石英舟、石英玻璃基片等不同类型的产品。
半导体石英制品及应用
半导体用石英部件一般可以分为高温区器件和低温区器件，它们分别应用于扩散、氧化等高温工艺和刻蚀、封装、光刻、清洗等低温工艺。其中，高温工艺用石英部件由于需要在千度以上连续工作数小时，所以需要其具有耐高温、热稳定性好、不易变形等性能。而羟基的存在会改变石英制品的主要成分二氧化硅的键合结构，从而降低材料的热稳定性，造成石英制品的耐高温性能大幅降低。所以，高温工艺用石英部件需要经过脱羟处理。此外，高温工艺用石英部件还需具备耐腐蚀、透光性好、杂质含量低等性能。而低温工艺用石英部件由于无须经历高温过程，因此对石英材料的羟基含量无要求。
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石英法兰：石英法兰应用在单晶硅片扩散、氧化、CVD环节，与石英玻璃扩散管配套使用，主要起连接作用。
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石英坩埚：石英坩埚主要用于生长单晶硅，是半导体工业中不可或缺的容器。其中，石英坩埚的杂质会影响坩埚的力学性能、电阻率分布、单晶的纯度，当铝含量过高时，单晶纯度将会降低；当钠、钾等含量过高时，石英坩埚的熔点降低，高温性能变差，杂质过高还会使得石英坩埚在高温下生成方石英，膨胀系数与体积的改变使得坩埚机械性能急剧下降，影响生产进行。
光掩膜基板：光掩膜技术作为半导体技术中的重要组成部分，其制作材料包含玻璃基板、镀铬膜层、光刻胶、光学膜等，玻璃基板为主要的原材料。其中，石英玻璃基板的主体为石英玻璃，其光学透过率高，热膨胀率低，光谱特性优良，具有较高的硬度和较长的使用寿命，适用于高精度光掩膜基板的制造。光掩膜基板下游领域包括IC制造、IC封装、平面显示和印制线路板等行业。
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石英钟罩：石英钟罩主要用作多晶硅的还原炉罩。
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石英舟及支架：石英玻璃舟及支架是单晶硅片扩散、氧化、CVD沉积、退火处理等工序中不可缺少的石英玻璃承载器具。
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石英环：石英环主要应用于半导体硅片刻蚀工艺，可以实现对腔体的密闭保护，防止污染。
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石英玻璃扩散管：在半导体用石英制品种类中，石英扩散管是非常重要的石英玻璃制品，用于将半导体杂质原子扩散，其纯度、抗高温的变形性、几何尺寸都会直接影响下游用户产品的质量、成本和生产效率。
半导体石英制品的加工工艺
高纯石英玻璃是半导体芯片制程关键工序的支撑材料，根据制备方法不同，可将其分为天然石英玻璃和合成石英玻璃，天然石英玻璃采用天然结晶石英经高温熔化制成，包括电熔石英玻璃和气熔石英玻璃，是半导体蚀刻、扩散、氧化等工序所需的承载器件与腔体耗材。合成石英玻璃则采用SiCl4、有机硅等含硅化合物为原料通过化学气相沉积法（CVD）制备，CVD法的原理是将含硅化合物在载料气体的带动下送入氢氧焰喷灯，在高温作用下发生化学反应生成SiO2颗粒，随后直接沉积在旋转的底座上形成石英玻璃坨，经过冷却最终得到合成石英玻璃锭，主要应用于TFT-LCD和IC用光掩膜基板以及半导体高端制程中石英玻璃材料配套领域。
气熔石英玻璃由于使用氢氧焰烧制，杂质含量低，但羟基含量偏高，高温下羟基的存在会使熔融石英耐温性降低，因此主要用于半导体制程的清洗、刻蚀、研磨等低温工序，产品包括石英玻璃花篮、石英玻璃清洗槽、石英环、石英支架等。
电熔石英玻璃羟基含量低、耐高温性能强，主要用于半导体制程的晶圆热氧化、离子注入、扩散、沉积等高温工序，产品包括石英扩散管、石英舟、多晶硅还原炉罩、单晶硅外延钟罩等。
合成石英玻璃纯度极高，具有优良的光学性能，可以根据规格大小制成不同大小的平板，经金属涂敷、腐蚀刻录后制成光掩膜基板，光掩膜上承载有完整的集成电路设计图形，通过光刻工艺可将集成电路设计图形转移到晶圆上。
石英玻璃可以通过后续加工工艺，包括火加工和冷加工，成为各种形状的玻璃仪器和器皿，热加工可制作成石英杯、石英舟、石英坩埚等石英制品。
冷加工：冷加工是利用数控机械设备或手工对石英材料进行切割、研磨、铣削，形成产品的部件，最后进行组装焊接成为成品，有的刻蚀类产品可以直接依靠机械设备做成成品。
火加工：石英火加工又分为玻璃车床火加工和手工火加工，玻璃车床火加工是将石英管的原材料装卡在车床上，通过车床转动，以氢氧气为燃料，由石英技师进行操作，对石英管进行二次整型、成型、抛光等操作；手工火加工主要依赖技师们的手工操作，也是以氢氧气为燃料，对产品进行吹制、焊接、抛光，火加工工序是石英加工中关键工序。
半导体用石英制品市场
半导体是数字经济的基石，对全球信息科技产业的发展至关重要。全球半导体行业总体上保持着高速发展的态势，虽然2023年受到宏观经济环境和市场周期性的影响出现了短期调整，但半导体行业在2024年上半年呈现出较好的复苏势头，多家半导体上市公司业绩预涨，预示着行业周期拐点的到来。
高纯度石英玻璃材料及制品是半导体芯片制程中的关键耗材，在芯片制造过程的扩散、刻蚀等环节发挥着重要作用。未来，随着半导体集成电路行业市场不断扩张，石英制品需求将不断上升。据测算，每生产1亿美元的电子信息产品，平均就消耗价值50万美元的高纯石英材料，随着全球人工智能（AI）、高效能运算（HPC）需求的爆发增长，无论是AI芯片在云端与终端的发展、半导体芯片在电动车与自动驾驶的渗透，或节能诉求推动第三类半导体应用趋势，全球半导体产业版图将借此持续加值、扩大。
据中国粉体网粉体大数据研究推出的《中国半导体用石英材料市场研究分析报告（2024~2027）》介绍，从2017年到2021年全球半导体石英制品的市场规模保持在140亿元-200亿元之间。根据凯德石英公司公告测算以及WSTS预测，2022-2024年全球半导体石英制品规模分别为247、224、253亿元。预计2027年全球半导体石英制品市场将达到395亿元。
参考来源：
左政.石英部件在半导体领域应用及市场概览
王玉芬.信息产业对高纯石英材料的技术需求
周全.石英砂提纯及石英玻璃加工工艺的研究
陈娅丽等.光掩膜石英玻璃基板的制造工艺概述
马千里.高纯石英玻璃制备过程的研究和工艺优化
粉体大数据研究.《中国半导体用石英材料市场研究分析报告（2024~2027）》
凯德石英招股说明书、石英股份半年报、国元证券、国海证券
（中国粉体网编辑整理/初末）
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