中国粉体网讯 芯片制造对原材料硅片的品质，尤其纯度、缺陷密度、位错、杂质（氧、碳、金属离子）含量等方面要求极为严苛。而石英坩埚是半导体硅片原材料生产环节的关键耗材。
来源：美晶新材
作为承载多晶硅熔融料的石英坩埚，其与硅料及其熔融液直接接触，特别是在高温（1,420℃）生产环境下，其本身的纯度、强度、热学性能、气泡含量、表面状态等方面的性能水平对半导体硅片的品质、良率、一致性影响较大。相比太阳能石英坩埚，半导体石英坩埚在生产制造过程中对原料石英砂杂质含量要求更为严苛，不同内层位置对石墨电极的灰分标准、生产所用的化学药液、涂层材料及纯水的等级要求也更高。
矿源难寻，高纯石英原材料供应紧张
在半导体行业，石英坩埚对碱金属和过渡金属等杂质含量有较高要求，碱金属杂质会影响石英坩埚的热学特性，降低石英制品的耐温性，使其熔点降低，高温性能变差；过渡金属杂质会降低导电性，缩减半导体的使用寿命，杂质含量高还会产生气泡和色斑等缺陷，降低石英坩埚的透明度，严重时还会影响石英坩埚成型。
以地方标准《DB 13/T 5631—2022电子专用材料单晶硅生长用石英坩埚生产技术规范》为例，看一看电子专用材料单晶硅生长用石英坩埚原辅材料的严苛要求。
地方标准《DB 13/T 5631—2022电子专用材料单晶硅生长用石英坩埚生产技术规范》
石英砂杂质元素含量（单位为微克）
由内蒙古欧晶科技股份有限公司、江西中昱新材料科技有限公司、锦州佑鑫石英科技有限公司为主要起草单位编制的团体标准《半导体单晶硅生长用石英坩埚生产规范标准》中规定了半导体单晶硅生长用石英坩埚主要原辅材料的标准。
《半导体单晶硅生长用石英坩埚生产规范标准》
石英砂杂质元素含量
半导体石英坩埚行业产业链上游的核心原材料主要为高纯度合成石英砂及高纯度天然石英砂。半导体石英坩埚稳定供应的必需条件是保障充足的原材料来源，而高纯度合成石英砂及高纯度天然石英砂供给紧张。高纯度合成石英砂由硅醇盐制成，是高纯度石英玻璃制品的理想原材料，目前全球主要由三菱化学提供。高纯度天然石英砂通常为符合美国矽比科公司IOTA-STD等级的石英砂，目前全球能够供应的公司较少，仅美国矽比科（前身为尤尼明公司）、挪威天阔石等。
技术要求细致、严苛
半导体石英坩埚具有均一性、高纯度（高纯半导体合成石英坩埚内层要求8N以上纯度）的特点。与部分发达国家相比，我国起步较晚，部分生产工艺与国际领先企业相比存在一定差距。在产品稳定性、微气泡量控制方面，日本公司相关产品可把因温度产生的形变控制在小范围内（正负0.75mm），部分合成石英砂坩埚可实现内部零气泡，而国产坩埚暂时无法达到该标准。在石英坩埚尺寸方面，部分外国石英坩埚生产厂商可以生产直径32英寸的半导体石英坩埚，而国内仅有少部分技术领先企业可以生产大尺寸半导体石英坩埚。
半导体石英坩埚制备技术目前仍主要由美国、日本传统半导体材料头部厂商所掌握。石英坩埚的纯度、微量元素的控制水平、气泡层的分部、热学性能、内表面与硅液的化学反应程度，都将很大程度影响晶体的微观结构、电学性能以及产品的良率、稳定性和一致性。而高品质的半导体石英坩埚需要在各项技术参数中达到一个完美的平衡，如何控制各项技术参数是先进石英坩埚厂商的核心技术，特别是大尺寸半导体石英坩埚的制备技术，目前仍是行业头部企业的核心机密。
全球半导体石英坩埚市场集中度高，具有领先技术工艺优势、成本控制优势和下游硅片厂商认证优势的供应商竞争地位稳固，占据了整体市场的绝大部分份额。
目前全球主要市场份额集中于迈图科技（Momentive Technologies）、信越石英（Shin-Etsu Quartz）及SUMCO JSQ事业部。其中，迈图科技于2022年6月宣布收购Coorstek的石英坩埚产品线。中国在18英寸及以下半导体石英坩埚领域的国产化程度较高，已经基本实现对海外半导体石英坩埚品牌的替代；部分技术工艺领先的半导体石英坩埚生产商具备批量供应24-28英寸半导体石英坩埚的能力且逐渐获得下游硅片制造厂商的认可；仅有少数头部石英坩埚生产商可进行32英寸及以上半导体石英坩埚的生产制造。国内本土半导体石英坩埚制造商包括盾源聚芯、锦州佑鑫、浙江美晶、中昱科技、欧晶科技、常州裕能等。
验证体系复杂、认证周期长
半导体行业头部集中程度高，下游厂商在全球具有较大的影响力，其对产品的稳定性、可靠性、一致性要求极高，在成为其合格供应商、加入其全球分工体系前，需经历严格的质量管理体系审核和产品性能检测认证。
石英坩埚的下游硅片生产厂商出于生产稳定性的考虑，通常会选择产品优质、口碑较好的供应商形成长期稳定的合作关系。石英坩埚制造企业通常在与客户沟通合作意向后，基于产品检测标准将石英坩埚样品交付客户进行测试，测试合格后方可入选合格供应商名单进行持续供货，尤其是半导体石英坩埚认证周期长（一般3年以上），时间成本和资金成本较高。由于硅片生产厂商更换供应商成本较高、流程繁琐以及不同厂商生产石英坩埚的参数存在差异，易对硅片生产厂商的生产效率产生较大影响。故其与石英坩埚生产厂商一旦达成合作关系后，合作关系较为稳定，不会轻易更换石英坩埚供应商。
发展趋势：大尺寸、高纯度
半导体行业是支撑社会经济发展和保障国家安全的战略性和基础性产业。随着人工智能、物联网、云计算的兴起，对高性能芯片的要求将进一步提高，对半导体硅片的性能水平和尺寸要求也在不断提升。
大尺寸高纯度半导体石英坩埚将占据主流
在性能水平上，高端芯片对硅片表面微粗糙度、硅单晶缺陷、金属杂质、晶体原生缺陷、表面颗粒尺寸等技术指标要求更加严格。半导体硅片产业链的技术革新也对半导体石英坩埚产品在尺寸、公差、黑点、杂质水平等方面提出了更高的要求。
另外，半导体制造走向“更大硅片”和“更小制程”以降低制造成本和功耗。当前主流为8英寸/12英寸硅片，在国内半导体头部企业高强度研发投入下，国内12英寸硅片关键技术研发取得了长足进步，先进制程硅片技术正在加速突破。下游半导体硅片行业尺寸日趋大型化加大了对大尺寸高纯度半导体石英坩埚的需求。
国内半导体石英坩埚市场占有率有望提升
随着全球半导体产业向中国转移，国产半导体石英坩埚市场占有率有望提升，在国家政策的扶持下，我国半导体产业的建设力度持续加强，进而有力带动产业链上游石英坩埚需求的增长。未来随着半导体领域国产替代进程的推进，国产石英坩埚在半导体领域的市场占有率将得到进一步提升。
参考来源：
中国粉体网.这都搞不懂，别再糟蹋石英砂了！
盾源聚芯招股说明书、美晶新材招股说明书
（中国粉体网编辑整理/初末）
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