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集成電路制造過程
半導(dǎo)體產(chǎn)品由集成電路（IC,，又稱芯片）,、分立元件、光電子產(chǎn)品和傳感器組成,，其中集成電路是主要部分,。集成電路工業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，是國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化與信息化建設(shè)的先導(dǎo)與支柱產(chǎn)業(yè),。
（圖源：pixabay）
芯片的制造過程包括芯片設(shè)計(jì),、晶圓生產(chǎn)和芯片封裝以及測試等環(huán)節(jié)：
1）芯片設(shè)計(jì)：芯片設(shè)計(jì)是行業(yè)的頂端，包含電路設(shè)計(jì),、版圖設(shè)計(jì)和光罩制作,。設(shè)計(jì)方面的主要環(huán)節(jié)是電路設(shè)計(jì)，需要考慮多方面因素以及涉及多元知識(shí)結(jié)構(gòu),。版圖設(shè)計(jì)和光罩可以借助計(jì)算機(jī)程序,；
2）晶圓生產(chǎn)：包括了晶圓片生產(chǎn)環(huán)節(jié)、光罩光刻環(huán)節(jié),，晶圓處理和測試,。其中光罩刻蝕環(huán)節(jié)最復(fù)雜,，刻蝕要求越來越高,。高純度硅晶片的提純和切割同樣依賴于工藝技術(shù)。目前芯片的主要成本在晶圓生產(chǎn)環(huán)節(jié),；
3）芯片封裝：芯片封裝是對(duì)生產(chǎn)完畢的IC晶圓片進(jìn)行切割和接線焊接以及裝測,，處于行業(yè)下游，整體工藝和技術(shù)不斷發(fā)展,；
4）芯片測試：是對(duì)成品芯片進(jìn)行檢測,，屬于質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。
集成電路制程中的石英制品
半導(dǎo)體集成電路芯片制造過程中需要消耗大量石英材料（來源：王玉芬教授）
半導(dǎo)體集成電路工藝制程中,，需要用到大量的石英制品,，按照工作環(huán)境溫度的不同，分為高溫工藝和低溫工藝兩大類,，高溫工藝包括擴(kuò)散,、氧化等，低溫工藝包括刻蝕,、封裝,、光刻、清洗等。
1）高溫工藝中,，石英制品需要在千度以上連續(xù)工作數(shù)個(gè)小時(shí),，所以需要石英制品耐高溫，同時(shí)熱穩(wěn)定性好,，不易變形,；石英制品主要成分是二氧化硅，由于羥基改變了二氧化硅的鍵合結(jié)構(gòu),，降低了材料的熱穩(wěn)定性,，造成石英制品的耐溫性能大幅降低，所以高溫工藝用石英制品需經(jīng)過脫羥處理,。此外,，高溫工藝對(duì)石英制品性能要求還包括耐腐蝕、透光性好,、雜質(zhì)含量低等,。
2）低溫工藝的工作溫度相對(duì)較低，對(duì)石英制品不存在耐高溫要求,，對(duì)石英材料的羥基含量無要求,。低溫工藝中，石英制品的性能要求主要是耐腐蝕,、透光性好,、雜質(zhì)含量低。
集成電路制程中用到的石英制品
各種高純石英制品簡介
石英坩堝
石英坩堝屬于石英玻璃制品中的細(xì)分產(chǎn)品,，具有潔凈,、同質(zhì)、耐高溫等性能,。目前廣泛應(yīng)用于太陽能和半導(dǎo)體領(lǐng)域提煉晶體硅的生產(chǎn)工藝中,，是晶體硅生產(chǎn)過程中的消耗品。半導(dǎo)體硅片的國產(chǎn)化率的持續(xù)提升將使得石英坩堝產(chǎn)品顯著受益,，同時(shí)帶動(dòng)行業(yè)的高端化發(fā)展,。
（來源：單晶硅生長用石英坩堝行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）
石英坩堝對(duì)于石英砂的品質(zhì)需求
光掩膜基板
石英玻璃是光掩模版中的主要基板材料，其采購成本占光掩膜版原材料成本90%,。光掩膜版是液晶顯示器,、半導(dǎo)體等制造過程中的圖形“底片”轉(zhuǎn)移用的高精密工具，決定了電子元器件產(chǎn)品精度和質(zhì)量,，對(duì)于其所使用的石英玻璃材料要求極高,，通常采用高純合成石英玻璃作為基礎(chǔ)材料。
石英玻璃基板中Al,、Fe,、Ca,、Mg、Ti,、Cu,、Co、Mn,、Ni,、Li、Na,、K,、B等13種雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和應(yīng)不大于2.0μg/g。其中Li,、Na,、K3種雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和應(yīng)不大于1.0μg/g，單一雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不大于0.5μg/g,。
集成電路用石英舟
單晶硅片擴(kuò)散,、氧化、CVD沉積,、退火處理,、硅片酸洗和超聲波清洗的承載器具，與單晶硅片直接接觸,。對(duì)雜質(zhì)元素含量的要求如下：
（來源：集成電路用石英舟行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）
半導(dǎo)體用透明石英玻璃管
對(duì)雜質(zhì)元素含量的要求：
T級(jí)石英玻璃管的鋁,、鐵、鈣,、鎂,、鈦、銅,、鈷,、錳,、鎳,、鋰、鈉,、鉀,、硼十三種雜質(zhì)元素的總含量應(yīng)不大于30.00x10-6，其中：鐵含量應(yīng)不大于1.50x10-6,，鈦含量應(yīng)不大于3.00x10-6,，銅含量應(yīng)不大于0.80x10-6，硼含量應(yīng)不大于0.20x10-6,，鋰,、鈉,、鉀總含量應(yīng)不大于5.00x10-6。
D級(jí)石英玻璃管的鋁,、鐵,、鈣、鎂,、鈦,、銅、鈷,、錳,、鎳、鋰,、鈉,、鉀、硼十三種雜質(zhì)元素的總含量應(yīng)不大于25.00x10-6,，其中：鐵含量應(yīng)不大于0.80x10-6,，鈦含量應(yīng)不大于2.00x10-6，銅含量應(yīng)不大于0.50x10-6,，硼含量應(yīng)不大于0.10x10-6,，鋰、鈉,、鉀總含量應(yīng)不大于2.50x10-6,。
光刻用石英玻璃晶圓
高純石英玻璃晶圓中Al、Fe,、Ca,、Mg、Ti,、Cu,、Co、Mn,、Ni,、Li、Na,、K,、B等13種雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和應(yīng)不大于2.0μg/g。其中Li,、Na,、K3種雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和應(yīng)不大于1.0μg/g，單一雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不大于0.5μg/g,。
普通石英玻璃晶圓中Al,、Fe,、Ca、Mg,、Ti,、Cu、Co,、Mn,、Ni、Li,、Na,、K、B等13種雜質(zhì)元素含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和應(yīng)不大于25.0μg/g,。其中Li,、Na、K3種雜質(zhì)元素含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和應(yīng)不大于3.0μg/g,。
硅微粉作為環(huán)氧塑封料中占比最多的成分,其在環(huán)氧塑封料中的占比約為60%~90%,，所有環(huán)氧塑封料需要提高的性能都需要通過提升硅微粉的性能來實(shí)現(xiàn)。硅微粉作為原材料中保護(hù)芯片的重要組分,，其性能的優(yōu)劣對(duì)芯片能否正常高效的工作至關(guān)重要,。因此，對(duì)硅微粉的粒度,、純度以及球形度都會(huì)有更高的要求,，硅微粉的粒度分布直接影響EMC的粘度、飛邊,、流動(dòng)性,、在環(huán)氧塑封料中的含量及封裝時(shí)對(duì)器件金絲的沖擊。品質(zhì)較高的硅微粉可以降低環(huán)氧塑封料的溢料飛邊,，且具有較好的流動(dòng)性,，以及較高的電絕緣性。在硅微粉作為封裝填料的過程中,，其性能的優(yōu)劣直接決定了封裝效果的好壞,，所以需要對(duì)硅微粉進(jìn)行表面改性。
參考資料：
凱德石英招股說明書
石英玻璃相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
趙晉榮等：集成電路核心工藝裝備技術(shù)的現(xiàn)狀與展望
王玉芬：高技術(shù)硅材料對(duì)石英資源的技術(shù)需求
中國粉體網(wǎng)：石英坩堝產(chǎn)業(yè)鏈全景圖
中國粉體網(wǎng)：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的“支柱”：石英制品產(chǎn)業(yè)鏈全景圖
高佳齊：環(huán)氧塑封料用硅微粉的超細(xì)粉碎及改性研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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