2023中国半导体石英坩埚行业市场独立研究报告

中国半导体石英坩埚行业市场独立研究报告 2023年8月 弗若斯特沙利文咨询公司 目录 目录2 方法论3 （一）石英坩埚行业概述4 （二）石英坩埚制造工艺分析4 （三）全球及中国半导体石英坩埚市场规模及预测7 （四）半导体石英坩埚行业产业链分析8 （五）半导体石英坩埚行业商业模式分析11 （六）中国半导体石英坩埚行业竞争格局分析11 （七）半导体石英坩埚行业进入壁垒分析13 （八）半导体石英坩埚行业驱动因素及发展趋势分析14 方法论 研究方法 沙利文于1961年在纽约成立，是一家独立的国际咨询公司，在全球设立45 个办公室，拥有超过2,000名咨询顾问。通过丰富的行业经验和科学的研究方 法，我们已经为全球1,000强公司、新兴崛起的公司和投资机构提供可靠的咨询服务。作为沙利文全球的重要一员，沙利文中国团队在战略管理咨询、融资行业顾问、市场行业研究等方面均奠定了良好的基础。 在市场行业研究方面，沙利文布局中国市场，深入研究10大行业，54个垂直行业的市场变化，已经积累了近50万行业研究样本，完成近10,000多个独立的研究咨询项目。 沙利文依托中国活跃的经济环境，从大健康行业，信息科技行业，新能源行业等领域着手，研究内容覆盖整个行业的发展周期，伴随着行业中企业的创立，发展，扩张，到企业走向上市及上市后的成熟期，沙利文的各行业研究员探索和评估行业中多变的产业模式，企业的商业模式和运营模式，以专业的视野解读行业的沿革。 沙利文融合传统与新型的研究方法，采用自主研发的算法，结合行业交叉的大数据，以多元化的调研方法，挖掘定量数据背后的逻辑，分析定性内容背后的观点，客观和真实地阐述行业的现状，前瞻性地预测行业未来的发展趋势，在沙利文的每一份研究报告中，完整地呈现行业的过去，现在和未来。 沙利文秉承匠心研究，砥砺前行的宗旨，从战略的角度分析行业，从执行的层面阅读行业，为每一个行业的报告阅读者提供值得品鉴的研究报告。 弗若斯特沙利文本次研究于2023年8月完成。 （一）石英坩埚行业概述 石英坩埚（QuartzCrucible,QC）是石英玻璃制品中的细分产品，由高纯石英砂，通过模具定型，使用电弧法高温制作而成，具有耐高温、使用时间长、高纯度等特点，石英坩埚主要用于半导体高纯单晶硅棒的拉制的辅助性耗材，是单晶硅棒拉制过程中用于盛装熔融硅液的关键一次性消耗品。根据单晶硅棒的下游应用场景可将石英坩埚分为半导体单晶硅生长用石英坩埚（半导体石英坩埚）与光伏单晶硅生长用石英坩埚（光伏石英坩埚）。 石英坩埚的构造分为不透明层、真空透明层及内涂层。不透明层通常由天然石英砂制成，内部含有大量均匀分布气泡，具有保温效果，可使石英坩埚均匀受热。真空透明层通常由天然石英砂制成，内部不含气泡且均匀致密，具有抗变形以及隔绝硅液与气泡层的作用。内涂层通常由高纯合成石英砂、高纯天然石英砂或普通石英砂制成，半导体石英坩埚对内涂层的石英砂的原料成分要求较高，石英砂杂质元素含量决定了石英坩埚的拉晶质量。 石英坩埚结构示意图 注：D——外径、H——高度、r——小弧半径；R——大弧半径；𝑊1——距石英坩埚横切面10mm处壁厚；𝑊2——直壁中心处壁厚；𝑊3——半径为r的圆弧与壁部交接处壁厚；𝑊4——半径为r的圆弧中心处壁厚；𝑊5——石英坩埚底部中心处壁厚 资料来源：中国电子材料行业协会、弗若斯特沙利文分析 （二）石英坩埚制造工艺分析 半导体级与光伏级的单晶硅生长用石英坩埚生产使用的原料及辅料标准存在一定差异，具体表现在石英砂原料、石墨电极、化学药液、涂层原料及纯水等方面。中国电子材料行业协会针对不同应用的单晶硅生长用石英坩埚制定了相对应的团体标准和生产规范。 1、石英坩埚的主要原料及辅料标准对比 在半导体石英坩埚生产中，同级别原料石英砂的杂质元素应小于或等于表一所示对应阈值，且锂、钠、钾三种元素之和不超过2.0ug/g。合成石英砂对杂质 元素要求最为严格，目前全球仅三菱化学可提供高纯度合成石英砂。在光伏单晶硅生长用石英坩埚生产中，不同级别原料石英砂杂质元素应小于或等于下表所示对应阈值，且锂、钠、钾三种元素之和不超过2.0ug/g。半导体及光伏石英坩埚生产用其他原料辅料标准如表三所示。 由于石英坩埚内层直接接触硅液，坩埚内层纯度直接影响单晶硅棒的品质及拉晶成功率，高纯度的坩埚内层能减少析晶及减少坩埚杂质进入硅液。由于半导体石英坩埚是生产半导体硅片的关键耗材，半导体晶圆制造对半导体硅片纯度、密度及杂质等方面要求极为严苛，相比光伏石英坩埚，半导体石英坩埚在生产制造过程中对杂质元素的要求更为严苛。 在石墨电极的体积密度、电阻率、抗压、抗折强度方面，半导体石英坩埚与光伏石英坩埚标准相同；半导体石英坩埚不同内层位置对石墨电极的灰分标准要求更严格；半导体石英坩埚生产所用的化学药液、涂层材料及纯水的要求严于光伏石英坩埚。 表一半导体石英坩埚原料石英砂杂质元素含量标准 表二光伏石英坩埚原料石英砂杂质元素含量标准 表三石英坩埚生产原料辅料参数阈值 资料来源：中国电子材料行业协会、弗若斯特沙利文分析 2、石英坩埚生产工艺流程 半导体石英坩埚及光伏石英坩埚的生产均遵循相同工艺流程：首先经过利用离心力和成型装置，将石英砂原料在旋转的石英坩埚模具内形成一定形状和厚度，以高温电弧为热源，对石英坩埚模具内的石英砂原料进行高温熔制，熔制结束后取出石英坩埚毛坯。将石英坩埚端口朝下放置于作业平台，利用研磨设备或各类喷砂设备去除石英坩埚外表面的附砂，使用切边倒棱设备对中装置对石英坩埚进行校正后按照高度要求用切断装置对石英坩埚进行切断，再按照要求利用内、外倒角装置，对石英坩埚切断端面进行倒角处理。切边倒棱完成后将石英坩埚放置于化学清洗专用设备内，按相应工艺参数要求对石英坩埚内、外表面及端口进行化学清洗，后将石英坩埚放置于干燥设备内，按要求对石英坩埚内、外表面及端口残留水分进行汽化挥发。干燥完成后可根据客户需求，按相应工艺参数要求，将配比好的专用（或客户指定的）材料涂覆在石英坩埚内表面和（或）外表面上。最后用洁净的防静电塑料袋将成品密封包装，附以合格证，将完成内包装的石英坩埚放入内嵌缓冲保护装置的无钉纸箱内，并将石英坩埚信息标签粘贴在纸箱的固定标识位置。 在石英坩埚生产过程中应当编制各工序工艺文件、作业指导书，并对工艺参数和生产过程要求进行规定，在生产过程中，应当配备满足相应要求的各项资源，保证生产过程按要求达成；对出现的异常情况需进行分析评价，采取纠正及预防措施，并持续改进。 石英坩埚生产工艺流程 资料来源：中国电子材料行业协会、弗若斯特沙利文分析 3、石英坩埚行业技术水平及特点 全球石英坩埚行业已经实现满足不同尺寸单晶硅棒拉制的需求，海外头部企业技术工艺成熟，生产专业化、自动化程度高，石英坩埚产品良率高。中国石英坩埚行业整体工艺技术水平与以日本为代表的发达国家仍有一定的差距。目前中国在18吋及以下石英坩埚领域的国产化程度较高，已经基本实现对海外石英坩埚品牌的替代；部分中国技术工艺领先的石英坩埚生产商具备批量供应24~28吋石英坩埚的能力且逐渐获得下游硅片制造厂商的认可；中国仅有少数头部石英坩埚生产商可进行32吋及以上石英坩埚的生产制造。 （三）全球及中国半导体石英坩埚市场规模及预测 2018年至2022年，全球半导体石英坩埚市场规模由10.4亿人民币增至18.2亿人民币，期间年复合增长率为15.1%。未来，随着集成电路行业的发展，下游芯片行业的需求将推动8吋及12吋半导体硅片出货量在未来将持续增长，同时半导体硅片厂的扩产将推动24吋~32吋半导体石英坩埚需求量迅速增长。预计至2027年，全球半导体石英坩埚市场规模将扩大至29.5亿人民币，期间年复合增长率为10.1%。 全球半导体级石英坩埚市场规模及预测 *注：计算口径不包括制造半导体硅部件用硅材料所需石英坩埚资料来源：SEMI，弗若斯特沙利文分析 2018年至2022年，中国半导体级石英坩埚市场规模由1.3亿人民币增至2.9亿人民币，期间年复合增长率为22.8%。未来，随着中国半导体集成电路行业的发展，晶圆厂对半导体硅片（尤其是8吋及12吋半导体硅片）的需求将大大增加，中国各大半导体硅片厂的扩产将带来庞大的半导体石英坩埚使用需求，从而推动中国半导体石英坩埚市场发展。预计至2027年，中国半导体级石英坩埚市场规模将扩大至11.0亿人民币，期间年复合增长率为30.9%。 中国半导体石英坩埚市场规模及预测 *注：计算口径不包括制造半导体硅部件用硅材料所需石英坩埚资料来源：SEMI，弗若斯特沙利文分析 （四）半导体石英坩埚行业产业链分析 石英坩埚行业产业链由上游原料及辅料供应商、中游石英坩埚制造商以及下游客户三部分组成。半导体级石英坩埚行业与光伏级石英坩埚行业的产业链有部分一致，均由上游原料及辅料供应商、中游石英坩埚制造商以及下游客户三部分组成。长期以来，半导体级石英坩埚出于行业价值及技术要求较高等原因，其核心原材料、品质要求略高于光伏级石英坩埚。随着光伏硅片向长寿命、大尺寸，高耐用的方向发展，对核心原材料、品质的要求与半导体级材料逐渐趋同。 半导体石英坩埚行业产业链 资料来源：弗若斯特沙利文分析 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。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，目前全球仅三菱化学（MitsubishiChemical）可提供高纯度合成石英砂原材料。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（总体杂质含量在22ppm以下、单类碱金属含量均小于1ppm），目前全球能够供应符合IOTA-STD等级标准高纯度石英砂的公司较少，仅美国矽比科（前身为尤尼明公司）、挪威TQC以及中国太平洋石英等公司可进行生产。在高纯石英砂供应商中，工业化产量大、石英砂质量稳定、设备专业程度高、自动化程度高的公司占据明显的竞争优势，核心壁垒高阻止了新的竞争者进入。除石英砂外，产业链上游还包括石墨电极、化学药液、涂层材料、纯水及防静电包装袋供应商等。 半导体石英坩埚行业产业链中游制造商以坩埚尺寸进行区分，8吋及12吋半导体硅片用石英坩埚对制造商的技术、参数、工艺及自动化程度要求高，目前全球主要8吋及12吋半导体硅片用石英坩埚（对应24~32吋半导体石英坩埚）市场份额集中于迈图科技（MomentiveTechnologies）、信越石英（Shin-EtsuQuartz）及胜高JSQ事业部（SUMCOJAPANSUPERQUARTZ）。其中，迈图科技于2022年6月宣布收购CoorsTek公司的石英坩埚产品线。中国大陆的制 造商以生产14~24吋半导体石英坩埚为主，主要的中国半导体石英坩埚制造商包括盾源聚芯、锦州佑鑫、美晶新材、江西中昱及欧晶科技等。 随着半导体分立式器件、集成电路及半导体硅部件等产业的发展，中游石英坩埚制造商的制造工艺、技术逐渐出现差异化。由于不同应用场景的半导体石英在技术、工艺及参数等存在差异，中游制造商中分工逐渐明确化，技术成熟的企业开始寻求向制造集成电路用半导体石英坩埚的方向发展。在半导体石英坩埚制造商中，成品纯度高、杂质含量少、生产制造技术成熟、设备专业化程度高及自动化程度高的制造商占据了竞争优势。 半导体石英坩埚行业产业链的下游客户主要以半导体硅片厂商为主，少量半导体石英坩埚供应给半导体分立器件、半导体硅部件等行业。半导体石英坩埚在拉制高纯度单晶硅棒时起到关键性作用，高纯度的单晶硅棒在经过切削后得到半导体单晶硅片，因此半导体石英坩埚是下游硅片生产制造、晶圆加工及芯片生产不可或缺的辅助性耗材。全球知名硅片厂商包括SUMCO、信越化学、环球晶圆、德国世创、SKSiltron、合晶科技、Okmetic；中国知名硅片厂商包括沪硅产业、中欣晶圆、金瑞泓（母公司为立昂微）、中环股份及有研半导体等。上述厂商在生产硅片过程中对半导体石英坩埚的需求巨大，其产能扩增将驱动上游半导体石英坩