中國粉體網(wǎng)訊  集成電路是指在微小的硅片或是其它半導(dǎo)體材料上，對數(shù)以億計(jì)的晶體管、電容、電阻等電子元器件進(jìn)行集成，然后借助于金屬線路進(jìn)行有效連接，從而形成完整電路的一種電子元件。集成電路的出現(xiàn)顯著提高了電子設(shè)備的運(yùn)行效率、可靠性和性能，并成為新時(shí)代電子技術(shù)發(fā)展中必不可少的一環(huán)。

石英制品在半導(dǎo)體中的應(yīng)用

隨著集成電路芯片性能不斷提高，功耗不斷降低，特征尺寸不斷縮小，新材料不斷應(yīng)用，新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)層出不窮，芯片的加工工藝復(fù)雜度成倍增長。在集成電路芯片制造中，坩堝、爐管、舟架、鐘罩等石英制品是難以替代的關(guān)鍵部件，廣泛用于半導(dǎo)體晶圓制造的擴(kuò)散、氧化、光刻、刻蝕、清洗等主要流程。所以，石英部件質(zhì)量水平對于集成電路生產(chǎn)線穩(wěn)定生產(chǎn)、保證產(chǎn)品合格率具有重要作用。

石英制品在下游應(yīng)用廣泛，產(chǎn)品貫穿集成電路產(chǎn)業(yè)的各個環(huán)節(jié)，以石英砂到芯片的生產(chǎn)過程為例，生產(chǎn)過程將使用到石英坩堝、石英鐘罩、石英擴(kuò)散管、石英舟、石英玻璃基片等不同類型的產(chǎn)品。半導(dǎo)體領(lǐng)域加工環(huán)節(jié)在芯片設(shè)計(jì)流程后，可分為三個階段：單晶硅片制造、晶圓制造和封裝測試。石英材料在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用主要在單晶硅片制造和晶圓制造兩個環(huán)節(jié)。石英舟、石英管、石英儀器是半導(dǎo)體芯片加工過程清洗、氧化、光刻、刻蝕、擴(kuò)散等環(huán)節(jié)中所需要的材料。

半導(dǎo)體工業(yè)中，用量較大的石英制品是擴(kuò)散、氧化、退火等高溫工藝中所使用的石英爐管及與之相配套的石英舟等。在高溫工藝中晶圓直接暴露在密閉的石英環(huán)境中，故石英的純度、有害雜質(zhì)釋放、幾何尺寸等將會直接影響集成電路器件的良率和生產(chǎn)效率。此外，隨著硅片尺寸的不斷擴(kuò)大，半導(dǎo)體石英爐管的尺寸也不斷加大，在長時(shí)間高溫工藝下（1100-1200 度）石英材質(zhì)的穩(wěn)定性也受到較大的考驗(yàn)。而石英體內(nèi)的羥基雜質(zhì)含量過高，將會直接影響石英制品的高溫表現(xiàn)，使其在高溫下軟化變形，最終影響半導(dǎo)體工藝制程。

半導(dǎo)體集成電路對石英材料的要求

光刻用石英玻璃晶圓

石英玻璃晶圓因具有耐高溫、抗腐蝕、機(jī)械性能優(yōu)異、光傳輸效率高等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)制造過程當(dāng)中。國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 34177-2017 光刻用石英玻璃晶圓》適用于半導(dǎo)體集成電路、光通訊、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、光電器件和發(fā)光二極管(LED)等光刻工藝中用做襯底的石英玻璃晶圓。

來源：神光光學(xué)

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了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0.5g/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3.0g/g。

光掩膜石英玻璃基板

掩膜技術(shù)作為半導(dǎo)體技術(shù)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(xué)膜等，其中玻璃基板為主要的原材料。石英玻璃基板的主體為石英玻璃，其光學(xué)透過率高，熱膨脹率低，光譜特性優(yōu)良，適用于高精度光掩膜基板的制造。隨著對光掩膜石英玻璃基板的材料性質(zhì)和加工精度要求越來越高，其制備的工藝要求也越來越嚴(yán)苛。

來源：菲利華石創(chuàng)

國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 34178-2017 光掩模石英玻璃基板》中規(guī)定了石英玻璃基板中 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0.5g/g。

石英玻璃管

石英玻璃管具有熔點(diǎn)高、抗熱震性能優(yōu)異和易于擴(kuò)縮加工等優(yōu)勢，主要用于芯片和半導(dǎo)體加工處理的擴(kuò)散爐管等，在半導(dǎo)體用石英制品種類中，石英擴(kuò)散管是非常重要的石英玻璃制品，用于將半導(dǎo)體雜質(zhì)原子擴(kuò)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(chǎn)品的質(zhì)量、成本和生產(chǎn)效率。

來源：漢科石英

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 597-2011半導(dǎo)體用透明石英玻璃管》中規(guī)定了半導(dǎo)體用石英玻璃管雜質(zhì)元素含量要求。

T級石英玻璃管：T級石英玻璃管的鋁、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30.00×10^-6，其中：鐵含量應(yīng)不大于1.50×10^-6，鈦含量應(yīng)不大于3.00×10^-6，銅含量應(yīng)不大于0.80×10^-6，硼含量應(yīng)不大于0.20×10^-6，鋰、鈉、鉀總含量應(yīng)不大于5.00×10^-6。

D級石英玻璃管：D級石英玻璃管的鋁、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25.00×10^-6，其中：鐵含量應(yīng)不大于0.80×10^-6，鈦含量應(yīng)不大于2.00×10^-6，銅含量應(yīng)不大于0.50×10^-6，硼含量應(yīng)不大于0.10×10^-6，鋰、鈉、鉀總含量應(yīng)不大于2.50×10^-6。

集成電路用石英舟

石英玻璃舟及支架是單晶硅片擴(kuò)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，石英舟、支架由于是和單晶硅片在高溫下直接接觸，因此對使用的石英玻璃的純度、耐溫性能、尺寸精度要求都很高。

來源：泓芯圓

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 2372-2016 集成電路用石英舟》適用于集成電路制造工藝用8英寸及以下的石英舟制品，包含立式石英舟和臥式石英舟，規(guī)定了石英舟雜質(zhì)元素含量要求。

標(biāo)準(zhǔn)級(S級)和高純級(H級)石英舟的雜質(zhì)元素含量（最大值）

石英坩堝

石英坩堝是由石英砂制成的容器，具有高純度、耐高溫、使用時(shí)間長等特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域單晶硅棒的生產(chǎn)工藝中，是半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)過程中硅料熔融、晶體生長環(huán)節(jié)的重要耗材。在單晶硅直拉生長爐中，石英坩堝作為容器用于直接盛放多晶硅料，硅料加熱熔化后經(jīng)過直拉法生長形成硅棒，經(jīng)進(jìn)一步加工形成硅片，硅片用于下游半導(dǎo)體芯等產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。

來源：常州裕能

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JC/T 1048-2018單晶硅生長用石英坩堝》中規(guī)定了單晶硅生長用石英坩堝的雜質(zhì)元素含量要求。

單晶硅生長用石英坩堝雜質(zhì)元素含量要求

球形硅微粉

全球集成電路（IC）封裝材料的97%采用環(huán)氧塑封料（EMC），其塑封過程是用傳遞成型法將EMC擠壓入專用模腔，并將其中的半導(dǎo)體芯片包埋，同時(shí)完成交聯(lián)固化成型，形成具有一定結(jié)構(gòu)外型的半導(dǎo)體器件。而在EMC組成中，硅微粉是用量最多的填料，硅微粉占環(huán)氧模塑料重量比達(dá)70%～90%。球形硅微粉作為大規(guī)模集成電路封裝材料的關(guān)鍵材料，可用于芯片封裝的環(huán)氧模塑料和液體封裝料。

來源：聯(lián)瑞新材

另外，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，覆銅板性能要求也不斷地再進(jìn)行改進(jìn)與提高。而球形硅微粉由于其特有的高填充、流動性好、介電性能優(yōu)異的特點(diǎn)，主要應(yīng)用在高填充、高可靠的高性能覆銅板中。

《集成電路封裝用低放射性球形氧化硅微粉》征求意見稿中規(guī)定了集成電路封裝用低放射性球形氧化硅微粉主要性能指標(biāo)。

集成電路封裝用低放射性球形氧化硅微粉主要性能指標(biāo)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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