中國半導體石英坩堝行業(yè)市場獨立研究報告

1中國半導體石英坩堝行業(yè)市場獨立研究報告2023年8月弗若斯特沙利文咨詢公司2 2 3 4 4 7 8 11 11 13 143方法論研究方法服務。作為沙利文全球的重要一員，沙利文中國團隊在戰(zhàn)略管理咨詢、融資行業(yè)領域著手，研究內(nèi)容覆蓋整個行業(yè)的發(fā)展周期，伴隨著行業(yè)中企業(yè)的創(chuàng)立展，擴張，到企業(yè)走向上市及上市后的成熟期，沙利文的各行業(yè)研估行業(yè)中多變的產(chǎn)業(yè)模式，企業(yè)的商業(yè)模式和據(jù)，以多元化的調研方法，挖掘定量數(shù)據(jù)背后的邏輯，分4石英坩堝（QuartzCrucible,QC）是石英玻璃制品中英砂，通過模具定型，使用電弧法高溫制作而成，具有耐高溫、使用時間長、高純度等特點，石英坩堝主要用于半導體高純單晶硅棒的拉制的輔助性耗材，是單晶硅棒拉制過程中用于盛裝熔融硅液的關鍵一次性消耗品。根據(jù)單晶硅棒的下游應用場景可將石英坩堝分為半導體單晶硅生長用石英坩堝（半導體石英坩堝）與石英坩堝的構造分為不透明層、真空透明層及內(nèi)涂層。不透明層通常由天然熱。真空透明層通常由天然石英砂制成，內(nèi)部不含氣泡且均勻致密，具有抗變形以及隔絕硅液與氣泡層的作用。內(nèi)涂層通常由高純合成石英砂、高純天然石英砂或普通石英砂制成，半導體石英坩堝對內(nèi)涂層的石英砂的原料成分要求較高，石石英坩堝結構示意圖——石英坩堝底部中心處壁厚半導體級與光伏級的單晶硅生長用石英坩堝生產(chǎn)使用的原料及輔料標準存在面。中國電子材料行業(yè)協(xié)會針對不同應用的單晶硅生長用石英坩堝制定了相對應在半導體石英坩堝生產(chǎn)中，同級別原料石英砂的雜質元素應小于或等于表一所示對應閾值，且鋰、鈉、鉀三種元素之和不超過2.0ug/g。合成石英砂對雜質5元素要求最為嚴格，目前全球僅三菱化學可提供高純度合成石英砂。在光伏單晶硅生長用石英坩堝生產(chǎn)中，不同級別原料石英砂雜質元素應小于或等于下表所示對應閾值，且鋰、鈉、鉀三種元素之和不超過2.0ug/g。半導體及光伏石英坩堝由于石英坩堝內(nèi)層直接接觸硅液，坩堝內(nèi)層純度直接影響單晶硅棒的品質及拉晶成功率，高純度的坩堝內(nèi)層能減少析晶及減少坩堝雜質進入硅液。由于半導體石英坩堝是生產(chǎn)半導體硅片的關鍵耗材，半導體晶圓制造對半導體硅片純度、密度及雜質等方面要求極為嚴苛，相比光伏石英坩堝，半導體石英坩堝在生產(chǎn)制在石墨電極的體積密度、電阻率、抗壓、抗折強度方面，半導體石英坩堝與光伏石英坩堝標準相同；半導體石英坩堝不同內(nèi)層位置對石墨電極的灰分標準要求更嚴格；半導體石英坩堝生產(chǎn)所用的化學藥液、涂層材料及純水的要求嚴于光表一半導體石英坩堝原料石英砂雜質元素含量標準表二光伏石英坩堝原料石英砂雜質元素含量標準表三石英坩堝生產(chǎn)原料輔料參數(shù)閾值6半導體石英坩堝及光伏石英坩堝的生產(chǎn)均遵循相同工藝流程：首先經(jīng)過利用離心力和成型裝置，將石英砂原料在旋轉的石英坩堝模具內(nèi)形成一定形狀和厚度，以高溫電弧為熱源，對石英坩堝模具內(nèi)的石英砂原料進行高溫熔制，熔制結束后取出石英坩堝毛坯。將石英坩堝端口朝下放置于作業(yè)平臺，利用研磨設備或各類噴砂設備去除石英坩堝外表面的附砂，使用切邊倒棱設備對中裝置對石英坩堝進行校正后按照高度要求用切斷裝置對石英坩堝進行切斷，再按照要求利用內(nèi)、外倒角裝置，對石英坩堝切斷端面進行倒角處理。切邊倒棱完成后將石英坩堝放置于化學清洗專用設備內(nèi)，按相應工藝參數(shù)要求對石英坩堝內(nèi)、外表面及端口進行化學清洗，后將石英坩堝放置于干燥設備內(nèi)，按要求對石英坩堝內(nèi)、外表面及端口殘留水分進行汽化揮發(fā)。干燥完成后可根據(jù)客戶需求，按相應工藝參數(shù)要求，將配比好的專用（或客戶指定的）材料涂覆在石英坩堝內(nèi)表面和（或）外表面上。最后用潔凈的防靜電塑料袋將成品密封包裝，附以合格證，將完成內(nèi)包裝的石英坩堝放入內(nèi)嵌緩沖保護裝置的無釘紙箱內(nèi)，并將石英坩堝信息標簽粘貼在紙箱的在石英坩堝生產(chǎn)過程中應當編制各工序工藝文件、作業(yè)指導書，并對工藝參保證生產(chǎn)過程按要求達成；對出現(xiàn)的異常情況需進行分析評價，采取糾正及預防石英坩堝生產(chǎn)工藝流程7全球石英坩堝行業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)滿足不同尺寸單晶硅棒拉制的需求，海外頭部企業(yè)技術工藝成熟，生產(chǎn)專業(yè)化、自動化程度高，石英坩堝產(chǎn)品良率高。中國石英坩堝行業(yè)整體工藝技術水平與以日本為代表的發(fā)達國家仍有一定的差距。目前中英坩堝的能力且逐漸獲得下游硅片制造廠商的認可；中國僅有少數(shù)頭部石英坩堝億人民幣，期間年復合增長率為15.1%。未來，隨著集成電路行業(yè)的發(fā)展，下游導體硅片廠的擴產(chǎn)將推動24吋~32吋半導體石英坩堝需求量迅速增長。預計至全球半導體級石英坩堝市場規(guī)模及預測*注：計算口徑不包括制造半導體硅部件用硅材億人民幣，期間年復合增長率為22.8%。未來，隨著中國半導體集成電路行業(yè)的加，中國各大半導體硅片廠的擴產(chǎn)將帶來龐大的半導體石英坩堝使用需求，從而推動中國半導體石英坩堝市場發(fā)展。預計至2027年，中國半導體級石英坩堝市8*注：計算口徑不包括制造半導體硅部件用硅材石英坩堝行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈由上游原料及輔料供應商、中游石英坩堝制造商以及下游客戶三部分組成。半導體級石英坩堝行業(yè)與光伏級石英坩堝行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈有部分一致，均由上游原料及輔料供應商、中游石英坩堝制造商以及下游客戶三部分組成。長期以來，半導體級石英坩堝出于行業(yè)價值及技術要求較高等原因，其核心原材料、品質要求略高于光伏級石英坩堝。隨著光伏硅片向長壽命、大尺寸，9半導體石英坩堝行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈半導體石英坩堝行業(yè)產(chǎn)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。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，目前全球僅三菱化學（MitsubishiChemical）可提供高純度合成石英），為尤尼明公司）、挪威TQC以及中國太平洋石英等公司可進行生產(chǎn)。在高純石英砂供應商中，工業(yè)化產(chǎn)量大、石英砂質量穩(wěn)定、設備專業(yè)程度高、自動化程度高的公司占據(jù)明顯的競爭優(yōu)勢，核心壁壘高阻止了新的競爭者進入。除石英砂外，產(chǎn)業(yè)鏈上游還包括石墨電極、化學藥液、涂層材料、純水及防靜電包裝袋供應商導體硅片用石英坩堝對制造商的技術、參數(shù)、工藝及自動化程度要求高，目前全場份額集中于邁圖科技（MomentiveTechnologies）、信越石英（Shin-Etsu隨著半導體分立式器件、集成電路及半導體硅部件等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中游石英坩堝制造商的制造工藝、技術逐漸出現(xiàn)差異化。由于不同應用場景的半導體石英在技術、工藝及參數(shù)等存在差異，中游制造商中分工逐漸明確化，技術成熟的企業(yè)開始尋求向制造集成電路用半導體石英坩堝的方向發(fā)展。在半導體石英坩堝制造商中，成品純度高、雜質含量少、生產(chǎn)制造技術成熟、設備專業(yè)化程度高及自半導體石英坩堝行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的下游客戶主要以半導體硅片廠商為主，少量半導體石英坩堝供應給半導體分立器件、半導體硅部件等行業(yè)。半導體石英坩堝在拉制高純度單晶硅棒時起到關鍵性作用，高純度的單晶硅棒在經(jīng)過切削后得到半導體單晶硅片，因此半導體石英坩堝是下游硅片生產(chǎn)制造、晶圓加工及芯片生產(chǎn)不可或缺的輔助性耗材。全球知名硅片廠商包括SUMCO、信越化學、環(huán)球晶圓、中欣晶圓、金瑞泓（母公司為立昂微）、中環(huán)股份及有研半導體等。上述廠商在生產(chǎn)硅片過程中對半導體石英坩堝的需求巨大，其產(chǎn)能擴增將驅動上游半導體石全年總出貨面積的68.1%，已成為半導體硅片市場最主流的硅片尺寸。未來，大中國半導體石英坩堝生產(chǎn)商向境內(nèi)外的合成石英砂及高純石英砂供應商進行原材料采購，并根據(jù)下游硅片制造廠商客戶需求，以直接銷售的形式向中國境內(nèi)部分海外頭部半導體硅片制造商專門成立進行半導體石英坩堝制造的子公司部），以達到節(jié)省成本，提升生產(chǎn)環(huán)節(jié)效率的目的。在滿足集團內(nèi)部半導體石英坩堝需求的同時，可將盈余的產(chǎn)能分配給境內(nèi)或海外客戶，為后者提供定制化石半導體級石英坩堝行業(yè)商業(yè)模式石英坩堝行業(yè)受制于下游半導體、光伏應用產(chǎn)品的精密度程度高、技術發(fā)展快等因素，倒逼石英坩堝行業(yè)產(chǎn)品升級，導致純度、精度等要求日漸嚴格。中國的石英坩堝行業(yè)相較于海外跨國企業(yè)巨頭而言起步較晚，只有少數(shù)規(guī)?；髽I(yè)的石英坩堝技術方面達到先進水平，并能量產(chǎn)供應。在半導體行業(yè)，半導體硅片對石英坩堝供應商的生產(chǎn)技術、參數(shù)、工藝及自動化程度要求高，目前全球主要的企業(yè)壟斷，優(yōu)質貨源緊缺的背景下，國產(chǎn)化替代方興未艾，頭部坩堝企業(yè)同時鎖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)勢的半導體石英坩堝供應商競爭地位穩(wěn)固，占據(jù)了整體市半導體石英坩堝對供應商的生產(chǎn)技術、參數(shù)、工藝及自動化程度要求高，目前全球主要的24吋及32吋半導體石英坩堝市場份額集中于邁圖科技、信越石英及聚鑫、錦州佑鑫、美晶新材及江西中昱等供應商已具備成熟的24吋半導體石英坩堝的量產(chǎn)能力，但在32吋半導體石英坩堝領域，相比邁圖科技、信越石英及石英坩堝行業(yè)受制于資源供給集中、資金儲備需求多、生產(chǎn)規(guī)模要求大、工藝技術要求高、技術人才要求嚴格和品牌認證難等因素，因此其行業(yè)進入壁壘長半導體石英坩堝屬于技術密集型行業(yè)，高精密的硅片等產(chǎn)品對半導體石英坩堝要求嚴苛，半導體石英坩堝的穩(wěn)定性將直接單晶硅棒的拉制成本、質量及產(chǎn)量。單晶硅棒的拉晶成本高昂，為避免拉晶失敗、投料報廢等情況的發(fā)生，半導體石英坩堝在生產(chǎn)制造時須對外觀缺陷（氣泡、劃傷、晶紋、附著物及凹凸等）、物理化學性能（雜質元素含量、抗析晶性及高溫變形率等）進行嚴格控制。半導體石英坩堝制造商的生產(chǎn)技術、工藝需要與時俱進，擁有自主核心技術才能在行業(yè)內(nèi)穩(wěn)步發(fā)展并保持競爭優(yōu)勢。市場新進入的競爭者需要進行長期的測試、生產(chǎn)經(jīng)驗積累及工藝優(yōu)化才能制造出高質量的半導體石英坩堝，制造工藝技術是半導體半導體石英坩堝的生產(chǎn)制造對于技術人員、操作人員的素質要求較為嚴格。相關從業(yè)人員需要通過三級安全教育、崗位技能培訓，經(jīng)考核后方可上崗，除此之外還需掌握豐富的理論知識及實踐經(jīng)驗。市場新進入的競爭者無法在較短的周期內(nèi)搭建完善的人員架構、人力資源管理體系，培養(yǎng)出經(jīng)驗豐富的相關從業(yè)人員需要花費大量經(jīng)費與時間，因此高素質的專業(yè)人才成為了半導體石英坩堝行業(yè)的半導體石英坩堝制造商的產(chǎn)品質量、行業(yè)經(jīng)驗及產(chǎn)品口碑等因素是下游硅片制造商選擇的重要標準。由于半導體石英坩堝直接影響單晶硅棒的拉制成本、質量及效率，硅片制造商偏好與通過認證的坩堝供應商達成長期供應合作，通常質量穩(wěn)定，口碑良好的知名半導體石英坩堝供應商客戶黏性較高。半導體石英坩堝行業(yè)的新進入競爭者的業(yè)務拓展開發(fā)需通過下游客戶的認證體系，整個認證過程石英坩堝行業(yè)主要受益于下游高景氣、國家政策重視與扶持、國產(chǎn)化替代等從全球范圍來看，主要晶圓制造企業(yè)主要集中在中國臺灣、韓國、美國等地半導體產(chǎn)業(yè)屬于知識密集型、技術密集型產(chǎn)業(yè)，是第四次工業(yè)革命如人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石，為全球產(chǎn)業(yè)必爭之地。中國十分重視半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近年來國務院陸續(xù)頒布《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要列發(fā)展規(guī)劃，以帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和產(chǎn)品升級換代，增強產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力和國際競爭力為目的，大力推動半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中國將在未來重點布局第三代半導體、移動通信技術及量子信息等新興技術，推動信息、生物、材料、能源等領域技術融合和群體性突破。利好政策將推動半導體全產(chǎn)業(yè)自上而下地整合發(fā)展，惠及處隨著半導體晶圓廠的擴產(chǎn)和國產(chǎn)芯片行業(yè)轉型加速，半導體硅片的需求將持續(xù)增加，并推動上游半導體石英坩堝行業(yè)發(fā)展。芯片的制造高度依賴于高純晶圓于