中國粉體網訊   芯片制造對原材料硅片的品質，尤其純度、缺陷密度、位錯、雜質（氧、碳、金屬離子）含量等方面要求極為嚴苛。而石英坩堝是半導體硅片原材料生產環(huán)節(jié)的關鍵耗材。

來源：美晶新材

作為承載多晶硅熔融料的石英坩堝，其與硅料及其熔融液直接接觸，特別是在高溫（1,420℃）生產環(huán)境下，其本身的純度、強度、熱學性能、氣泡含量、表面狀態(tài)等方面的性能水平對半導體硅片的品質、良率、一致性影響較大。相比太陽能石英坩堝，半導體石英坩堝在生產制造過程中對原料石英砂雜質含量要求更為嚴苛，不同內層位置對石墨電極的灰分標準、生產所用的化學藥液、涂層材料及純水的等級要求也更高。

礦源難尋，高純石英原材料供應緊張

在半導體行業(yè)，石英坩堝對堿金屬和過渡金屬等雜質含量有較高要求，堿金屬雜質會影響石英坩堝的熱學特性，降低石英制品的耐溫性，使其熔點降低，高溫性能變差；過渡金屬雜質會降低導電性，縮減半導體的使用壽命，雜質含量高還會產生氣泡和色斑等缺陷，降低石英坩堝的透明度，嚴重時還會影響石英坩堝成型。

以地方標準《DB 13/T 5631—2022電子專用材料單晶硅生長用石英坩堝生產技術規(guī)范》為例，看一看電子專用材料單晶硅生長用石英坩堝原輔材料的嚴苛要求。

地方標準《DB 13/T 5631—2022電子專用材料單晶硅生長用石英坩堝生產技術規(guī)范》

石英砂雜質元素含量（單位為微克）

由內蒙古歐晶科技股份有限公司、江西中昱新材料科技有限公司、錦州佑鑫石英科技有限公司為主要起草單位編制的團體標準《半導體單晶硅生長用石英坩堝生產規(guī)范標準》中規(guī)定了半導體單晶硅生長用石英坩堝主要原輔材料的標準。

《半導體單晶硅生長用石英坩堝生產規(guī)范標準》

石英砂雜質元素含量

半導體石英坩堝行業(yè)產業(yè)鏈上游的核心原材料主要為高純度合成石英砂及高純度天然石英砂。半導體石英坩堝穩(wěn)定供應的必需條件是保障充足的原材料來源，而高純度合成石英砂及高純度天然石英砂供給緊張。高純度合成石英砂由硅醇鹽制成，是高純度石英玻璃制品的理想原材料，目前全球主要由三菱化學提供。高純度天然石英砂通常為符合美國矽比科公司IOTA-STD等級的石英砂，目前全球能夠供應的公司較少，僅美國矽比科（前身為尤尼明公司）、挪威天闊石等。

技術要求細致、嚴苛

半導體石英坩堝具有均一性、高純度（高純半導體合成石英坩堝內層要求8N以上純度）的特點。與部分發(fā)達國家相比，我國起步較晚，部分生產工藝與國際領先企業(yè)相比存在一定差距。在產品穩(wěn)定性、微氣泡量控制方面，日本公司相關產品可把因溫度產生的形變控制在小范圍內（正負0.75mm），部分合成石英砂坩堝可實現(xiàn)內部零氣泡，而國產坩堝暫時無法達到該標準。在石英坩堝尺寸方面，部分外國石英坩堝生產廠商可以生產直徑32英寸的半導體石英坩堝，而國內僅有少部分技術領先企業(yè)可以生產大尺寸半導體石英坩堝。

半導體石英坩堝制備技術目前仍主要由美國、日本傳統(tǒng)半導體材料頭部廠商所掌握。石英坩堝的純度、微量元素的控制水平、氣泡層的分部、熱學性能、內表面與硅液的化學反應程度，都將很大程度影響晶體的微觀結構、電學性能以及產品的良率、穩(wěn)定性和一致性。而高品質的半導體石英坩堝需要在各項技術參數(shù)中達到一個完美的平衡，如何控制各項技術參數(shù)是先進石英坩堝廠商的核心技術，特別是大尺寸半導體石英坩堝的制備技術，目前仍是行業(yè)頭部企業(yè)的核心機密。

全球半導體石英坩堝市場集中度高，具有領先技術工藝優(yōu)勢、成本控制優(yōu)勢和下游硅片廠商認證優(yōu)勢的供應商競爭地位穩(wěn)固，占據了整體市場的絕大部分份額。

目前全球主要市場份額集中于邁圖科技（Momentive Technologies）、信越石英（Shin-Etsu Quartz）及SUMCO JSQ事業(yè)部。其中，邁圖科技于2022年6月宣布收購Coorstek的石英坩堝產品線。中國在18英寸及以下半導體石英坩堝領域的國產化程度較高，已經基本實現(xiàn)對海外半導體石英坩堝品牌的替代；部分技術工藝領先的半導體石英坩堝生產商具備批量供應24-28英寸半導體石英坩堝的能力且逐漸獲得下游硅片制造廠商的認可；僅有少數(shù)頭部石英坩堝生產商可進行32英寸及以上半導體石英坩堝的生產制造。國內本土半導體石英坩堝制造商包括盾源聚芯、錦州佑鑫、浙江美晶、中昱科技、歐晶科技、常州裕能等。

驗證體系復雜、認證周期長

半導體行業(yè)頭部集中程度高，下游廠商在全球具有較大的影響力，其對產品的穩(wěn)定性、可靠性、一致性要求極高，在成為其合格供應商、加入其全球分工體系前，需經歷嚴格的質量管理體系審核和產品性能檢測認證。

石英坩堝的下游硅片生產廠商出于生產穩(wěn)定性的考慮，通常會選擇產品優(yōu)質、口碑較好的供應商形成長期穩(wěn)定的合作關系。石英坩堝制造企業(yè)通常在與客戶溝通合作意向后，基于產品檢測標準將石英坩堝樣品交付客戶進行測試，測試合格后方可入選合格供應商名單進行持續(xù)供貨，尤其是半導體石英坩堝認證周期長（一般3年以上），時間成本和資金成本較高。由于硅片生產廠商更換供應商成本較高、流程繁瑣以及不同廠商生產石英坩堝的參數(shù)存在差異，易對硅片生產廠商的生產效率產生較大影響。故其與石英坩堝生產廠商一旦達成合作關系后，合作關系較為穩(wěn)定，不會輕易更換石英坩堝供應商。

發(fā)展趨勢：大尺寸、高純度

半導體行業(yè)是支撐社會經濟發(fā)展和保障國家安全的戰(zhàn)略性和基礎性產業(yè)。隨著人工智能、物聯(lián)網、云計算的興起，對高性能芯片的要求將進一步提高，對半導體硅片的性能水平和尺寸要求也在不斷提升。

大尺寸高純度半導體石英坩堝將占據主流

在性能水平上，高端芯片對硅片表面微粗糙度、硅單晶缺陷、金屬雜質、晶體原生缺陷、表面顆粒尺寸等技術指標要求更加嚴格。半導體硅片產業(yè)鏈的技術革新也對半導體石英坩堝產品在尺寸、公差、黑點、雜質水平等方面提出了更高的要求。

另外，半導體制造走向“更大硅片”和“更小制程”以降低制造成本和功耗。當前主流為8英寸/12英寸硅片，在國內半導體頭部企業(yè)高強度研發(fā)投入下，國內12英寸硅片關鍵技術研發(fā)取得了長足進步，先進制程硅片技術正在加速突破。下游半導體硅片行業(yè)尺寸日趨大型化加大了對大尺寸高純度半導體石英坩堝的需求。

國內半導體石英坩堝市場占有率有望提升

隨著全球半導體產業(yè)向中國轉移，國產半導體石英坩堝市場占有率有望提升，在國家政策的扶持下，我國半導體產業(yè)的建設力度持續(xù)加強，進而有力帶動產業(yè)鏈上游石英坩堝需求的增長。未來隨著半導體領域國產替代進程的推進，國產石英坩堝在半導體領域的市場占有率將得到進一步提升。

參考來源：

中國粉體網.這都搞不懂，別再糟蹋石英砂了！

盾源聚芯招股說明書、美晶新材招股說明書

（中國粉體網編輯整理/初末）

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