中國半導(dǎo)體石英坩堝行業(yè)市場獨立研究報告

1中國半導(dǎo)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(wù)。作為沙利文全球的重要一員，沙利文中國團(tuán)隊在戰(zhàn)略管理咨詢、融資行業(yè)領(lǐng)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(diào)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(dǎo)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(guān)鍵一次性消耗品。根據(jù)單晶硅棒的下游應(yīng)用場景可將石英坩堝分為半導(dǎo)體單晶硅生長用石英坩堝（半導(dǎo)體石英坩堝）與石英坩堝的構(gòu)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(dǎo)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(jié)構(gòu)示意圖——石英坩堝底部中心處壁厚半導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)存在面。中國電子材料行業(yè)協(xié)會針對不同應(yīng)用的單晶硅生長用石英坩堝制定了相對應(yīng)在半導(dǎo)體石英坩堝生產(chǎn)中，同級別原料石英砂的雜質(zhì)元素應(yīng)小于或等于表一所示對應(yīng)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(zhì)5元素要求最為嚴(yán)格，目前全球僅三菱化學(xué)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(zhì)元素應(yīng)小于或等于下表所示對應(yīng)閾值，且鋰、鈉、鉀三種元素之和不超過2.0ug/g。半導(dǎo)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(zhì)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(zhì)進(jìn)入硅液。由于半導(dǎo)體石英坩堝是生產(chǎn)半導(dǎo)體硅片的關(guān)鍵耗材，半導(dǎo)體晶圓制造對半導(dǎo)體硅片純度、密度及雜質(zhì)等方面要求極為嚴(yán)苛，相比光伏石英坩堝，半導(dǎo)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(dǎo)體石英坩堝與光伏石英坩堝標(biāo)準(zhǔn)相同；半導(dǎo)體石英坩堝不同內(nèi)層位置對石墨電極的灰分標(biāo)準(zhǔn)要求更嚴(yán)格；半導(dǎo)體石英坩堝生產(chǎn)所用的化學(xué)藥液、涂層材料及純水的要求嚴(yán)于光表一半導(dǎo)體石英坩堝原料石英砂雜質(zhì)元素含量標(biāo)準(zhǔn)表二光伏石英坩堝原料石英砂雜質(zhì)元素含量標(biāo)準(zhǔn)表三石英坩堝生產(chǎn)原料輔料參數(shù)閾值6半導(dǎo)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(zhuǎn)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(jìn)行高溫熔制，熔制結(jié)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(shè)備或各類噴砂設(shè)備去除石英坩堝外表面的附砂，使用切邊倒棱設(shè)備對中裝置對石英坩堝進(jìn)行校正后按照高度要求用切斷裝置對石英坩堝進(jìn)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(jìn)行倒角處理。切邊倒棱完成后將石英坩堝放置于化學(xué)清洗專用設(shè)備內(nèi)，按相應(yīng)工藝參數(shù)要求對石英坩堝內(nèi)、外表面及端口進(jìn)行化學(xué)清洗，后將石英坩堝放置于干燥設(shè)備內(nèi)，按要求對石英坩堝內(nèi)、外表面及端口殘留水分進(jìn)行汽化揮發(fā)。干燥完成后可根據(jù)客戶需求，按相應(yīng)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(hù)裝置的無釘紙箱內(nèi)，并將石英坩堝信息標(biāo)簽粘貼在紙箱的在石英坩堝生產(chǎn)過程中應(yīng)當(dāng)編制各工序工藝文件、作業(yè)指導(dǎo)書，并對工藝參保證生產(chǎn)過程按要求達(dá)成；對出現(xiàn)的異常情況需進(jìn)行分析評價，采取糾正及預(yù)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(shù)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(shù)水平與以日本為代表的發(fā)達(dá)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(rèn)可；中國僅有少數(shù)頭部石英坩堝億人民幣，期間年復(fù)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(dǎo)體硅片廠的擴產(chǎn)將推動24吋~32吋半導(dǎo)體石英坩堝需求量迅速增長。預(yù)計至全球半導(dǎo)體級石英坩堝市場規(guī)模及預(yù)測*注：計算口徑不包括制造半導(dǎo)體硅部件用硅材億人民幣，期間年復(fù)合增長率為22.8%。未來，隨著中國半導(dǎo)體集成電路行業(yè)的加，中國各大半導(dǎo)體硅片廠的擴產(chǎn)將帶來龐大的半導(dǎo)體石英坩堝使用需求，從而推動中國半導(dǎo)體石英坩堝市場發(fā)展。預(yù)計至2027年，中國半導(dǎo)體級石英坩堝市8*注：計算口徑不包括制造半導(dǎo)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(yīng)商、中游石英坩堝制造商以及下游客戶三部分組成。半導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)體級石英坩堝出于行業(yè)價值及技術(shù)要求較高等原因，其核心原材料、品質(zhì)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(dǎo)體石英坩堝行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈半導(dǎo)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(xué)（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(jìn)行生產(chǎn)。在高純石英砂供應(yīng)商中，工業(yè)化產(chǎn)量大、石英砂質(zhì)量穩(wěn)定、設(shè)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(jìn)入。除石英砂外，產(chǎn)業(yè)鏈上游還包括石墨電極、化學(xué)藥液、涂層材料、純水及防靜電包裝袋供應(yīng)商導(dǎo)體硅片用石英坩堝對制造商的技術(shù)、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(dǎo)體分立式器件、集成電路及半導(dǎo)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(shù)逐漸出現(xiàn)差異化。由于不同應(yīng)用場景的半導(dǎo)體石英在技術(shù)、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(shù)成熟的企業(yè)開始尋求向制造集成電路用半導(dǎo)體石英坩堝的方向發(fā)展。在半導(dǎo)體石英坩堝制造商中，成品純度高、雜質(zhì)含量少、生產(chǎn)制造技術(shù)成熟、設(shè)備專業(yè)化程度高及自半導(dǎo)體石英坩堝行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的下游客戶主要以半導(dǎo)體硅片廠商為主，少量半導(dǎo)體石英坩堝供應(yīng)給半導(dǎo)體分立器件、半導(dǎo)體硅部件等行業(yè)。半導(dǎo)體石英坩堝在拉制高純度單晶硅棒時起到關(guān)鍵性作用，高純度的單晶硅棒在經(jīng)過切削后得到半導(dǎo)體單晶硅片，因此半導(dǎo)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(xué)、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(dǎo)體等。上述廠商在生產(chǎn)硅片過程中對半導(dǎo)體石英坩堝的需求巨大，其產(chǎn)能擴增將驅(qū)動上游半導(dǎo)體石全年總出貨面積的68.1%，已成為半導(dǎo)體硅片市場最主流的硅片尺寸。未來，大中國半導(dǎo)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(yīng)商進(jìn)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(dǎo)體硅片制造商專門成立進(jìn)行半導(dǎo)體石英坩堝制造的子公司部），以達(dá)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(tuán)內(nèi)部半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體、光伏應(yīng)用產(chǎn)品的精密度程度高、技術(shù)發(fā)展快等因素，倒逼石英坩堝行業(yè)產(chǎn)品升級，導(dǎo)致純度、精度等要求日漸嚴(yán)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(shù)方面達(dá)到先進(jìn)水平，并能量產(chǎn)供應(yīng)。在半導(dǎo)體行業(yè)，半導(dǎo)體硅片對石英坩堝供應(yīng)商的生產(chǎn)技術(shù)、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(zhì)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(dǎo)體石英坩堝市場集中度高，具有領(lǐng)先技術(shù)工藝優(yōu)勢、成本控制優(yōu)勢和下游硅片廠商認(rèn)證優(yōu)勢的半導(dǎo)體石英坩堝供應(yīng)商競爭地位穩(wěn)固，占據(jù)了整體市半導(dǎo)體石英坩堝對供應(yīng)商的生產(chǎn)技術(shù)、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(dǎo)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(yīng)商已具備成熟的24吋半導(dǎo)體石英坩堝的量產(chǎn)能力，但在32吋半導(dǎo)體石英坩堝領(lǐng)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(shù)要求高、技術(shù)人才要求嚴(yán)格和品牌認(rèn)證難等因素，因此其行業(yè)進(jìn)入壁壘長半導(dǎo)體石英坩堝屬于技術(shù)密集型行業(yè)，高精密的硅片等產(chǎn)品對半導(dǎo)體石英坩堝要求嚴(yán)苛，半導(dǎo)體石英坩堝的穩(wěn)定性將直接單晶硅棒的拉制成本、質(zhì)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(dǎo)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(xué)性能（雜質(zhì)元素含量、抗析晶性及高溫變形率等）進(jìn)行嚴(yán)格控制。半導(dǎo)體石英坩堝制造商的生產(chǎn)技術(shù)、工藝需要與時俱進(jìn)，擁有自主核心技術(shù)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(jìn)入的競爭者需要進(jìn)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(zhì)量的半導(dǎo)體石英坩堝，制造工藝技術(shù)是半導(dǎo)體半導(dǎo)體石英坩堝的生產(chǎn)制造對于技術(shù)人員、操作人員的素質(zhì)要求較為嚴(yán)格。相關(guān)從業(yè)人員需要通過三級安全教育、崗位技能培訓(xùn)，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(jìn)入的競爭者無法在較短的周期內(nèi)搭建完善的人員架構(gòu)、人力資源管理體系，培養(yǎng)出經(jīng)驗豐富的相關(guān)從業(yè)人員需要花費大量經(jīng)費與時間，因此高素質(zhì)的專業(yè)人才成為了半導(dǎo)體石英坩堝行業(yè)的半導(dǎo)體石英坩堝制造商的產(chǎn)品質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)。由于半導(dǎo)體石英坩堝直接影響單晶硅棒的拉制成本、質(zhì)量及效率，硅片制造商偏好與通過認(rèn)證的坩堝供應(yīng)商達(dá)成長期供應(yīng)合作，通常質(zhì)量穩(wěn)定，口碑良好的知名半導(dǎo)體石英坩堝供應(yīng)商客戶黏性較高。半導(dǎo)體石英坩堝行業(yè)的新進(jìn)入競爭者的業(yè)務(wù)拓展開發(fā)需通過下游客戶的認(rèn)證體系，整個認(rèn)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)屬于知識密集型、技術(shù)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近年來國務(wù)院陸續(xù)頒布《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中國將在未來重點布局第三代半導(dǎo)體、移動通信技術(shù)及量子信息等新興技術(shù)，推動信息、生物、材料、能源等領(lǐng)域技術(shù)融合和群體性突破。利好政策將推動半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)自上而下地整合發(fā)展，惠及處隨著半導(dǎo)體晶圓廠的擴產(chǎn)和國產(chǎn)芯片行業(yè)轉(zhuǎn)型加速，半導(dǎo)體硅片的需求將持續(xù)增加，并推動上游半導(dǎo)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