石英玻璃的主要成分为二氧化硅，其微观结构是单纯由[SiO₄]四面体为结构单元组成的网络骨架结构，Si-O键键强很大，结构非常牢固，因此具有独特而优异的性能，具有透光性高、耐高温、膨胀系数低、化学稳定性强、纯度高、电绝缘性强等优越特性，广泛应用于航空航天、光纤、半导体等高端制造领域，高端产品长期受到国外的封锁和禁运。据相关资料显示，半导体石英部件在石英市场占比约70%，是石英制品下游市场中占比最大的应用领域。

石英玻璃的性能优势

石英玻璃的种类

石英玻璃种类按透光性能（建材行业标准JC/T 185-2013石英玻璃）分为紫外石英玻璃、可见石英玻璃、红外石英玻璃，对应的牌号分别为ZS、KS、HS；按工艺方法分为电熔石英玻璃、气炼石英玻璃、合成石英玻璃、等离子体石英玻璃；按用途及外观分为透明石英玻璃、不透明石英玻璃、光学石英玻璃、半导体用石英玻璃、电光源用石英玻璃等；按纯度分为高纯、普通和掺杂三类。

不同合成工艺石英玻璃制备方法及性能比较

石英砂作为石英玻璃材料及制品行业的重要原材料，其价格直接影响到生产成本。根据品质和下游市场的不同，原材料被大致分为普通石英砂及电子信息领域用高纯石英砂。原材料经粉碎、水洗、烘干、水解、合成等工序形成石英玻璃，其中品质较低的不透明石英玻璃多用于制备石英坩埚，透明石英玻璃及品质更高的合成石英玻璃，经过深加工形成石英纤维、石英管、石英棒、石英锭等石英制品，供航空航天、半导体等下游市场使用。

石英行业产业链

国外石英矿石总体质量较好，且国内对石英矿石的开采有一定政策限制，目前国内石英制品所用原材料多从国外进口，石英玻璃制备技术与国外先进技术水平相比，在高纯度、大尺寸石英玻璃制备、熔制设备和节能控制方面还有较大差距。

石英玻璃在半导体领域的应用

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。

半导体工艺流程与石英玻璃制品的应用

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。

不同性能特点石英玻璃用于不同半导体工艺

目前，电熔法和气炼法为石英玻璃的主流制备工艺，二者都利用高温熔融石英砂的原理，但加热方式不同导致产品羟基和金属杂质含量有差异。

电熔法工艺流程为：将处理好的石英砂加入反应炉中，通电抽真空并注入氮气或氢气，加热翻料熔融，将熔融态石英进行机械拉管、切割、磨平、酸洗等工序制成石英玻璃，该法制备玻璃品质主要取决于原料纯度，金属杂质含量较高。由于羟基含量低、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。

电熔法制备石英玻璃

典型电熔法石英玻璃部件

气炼法工艺流程为：氢气和氧气点燃形成氢氧焰，喷洒到石英玻璃靶托上，靶托匀速旋转并下降，石英砂粉末不断融化成玻璃态，后续流程同电熔法，由于气炼法采氢氧焰加热，氢气会渗入石英玻璃，所以该种方法羟基含量较高。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。

气炼法制备石英玻璃

典型气炼法石英玻璃部件

化学气相沉积工艺（CVD）是合成玻璃的制备工艺，产品纯度更高，改进加热方式和制备步骤可进一步降低羟基含量。CVD法的具体制备流程为：（1）氢气和氧气分别过滤后通入反应熔炉，燃烧形成氢氧焰作高温热源；（2）氢气作为载流气体将鼓泡瓶中的高纯 SiCl₄通过上料管输送入反应熔炉；（3）SiCl₄在氢氧焰中高温水解或氧化生成 SiO₂微粒，并逐层沉积在旋转的基体上形成透明石英玻璃；（4）冷却后出炉引料头，通过机械拉管、 切割与酸洗得到石英玻璃成品。CVD制得的石英玻璃SiO₂含量可达6N，但羟基含量超1000ppm。若采用等离子（PCVD）代替氢氧焰加热，羟基含量可降至5ppm；若采用低温CVD沉积再进行烧结（间接合成法），羟基含量可降至1ppm。

采用化学合成方法（CVD、 PCVD、两步CVD）制备出的合成石英玻璃不但品质较高，而且以四氯化硅为原料也很好地解决了多晶硅产业副产物对环境的污染问题，但制备成本高，工艺流程较为复杂，是未来技术主要发展方向，其中两步CVD 法克服了电熔法对原料纯度的依赖以及一步法中羟基含量过高的缺点，为制备大尺寸低羟基石英玻璃提供了解决办法，是工业界近年来的重点发展方向。

电熔法和两步CVD法制备石英玻璃的流程对比图

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。

典型CVD法石英玻璃部件

光刻掩膜版

除了制备工艺的提升外，在材料性能方面，目前石英制品供应商不仅单纯关注提高石英玻璃纯度的方法，还在研究通过添加化学元素增强石英材料性能，以满足特定应用的需要，例如低膨胀系数的含二氧化锑石英玻璃、耐辐射石英玻璃、掺稀土或过渡金属元素的发光和滤光石英玻璃等。此外，企业在焊接技术、加工温度控制、智能制造等方面的技术创新，也将推进高性能石英部件发展，更好支撑下游产业的进步。

总结

石英部件属于技术密集型行业，在半导体应用等高端产品领域，在技术积累和专业人才储备方面壁垒较高。而由于石英部件产业具有批量小、品种多的特点，需要面向设备厂商进行定制化生产，且下游应用通常需要通过高端设备企业认证，也提高了新进企业产品进入市场的难度。不过石英部件产业虽然还存在有一定的行业壁垒，但随半导体产业的加速发展，以及5G、大数据等下游应用领域的不断扩展，作为高端制造的重要辅材，石英材料及产品市场也将快速增长，新技术、新业态将为企业发展提供潜在的市场空间。

参考来源：

1.石英部件在半导体领域应用及市场概览，左政、侯洁娜、王珺、刘超、于跃东（中国集成电路）；

2.对石英玻璃产业高质量发展的几点思考，张萌、王勇、张凯博伊展弘、杨俊锋（1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House）；

3.高端石英材料供应商，三大下游市场景气共振（东北证券）；

4.产业链纵向延伸彰显实力，多方向布局构建盈利护城河——菲利华(300395)公司深度研究报告（国元证券）；

5.石英材料行业专题报告：高科技领域关键耗材，国产替代进程加速（未来智库）。

粉体圈小吉

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