石英玻璃:半导体材料国产化替代主战场

石英玻璃被誉为“玻璃王”,是以二氧化硅(SiO2)单一组分构成的特种玻璃材料,其物理、化学性质稳定。石英玻璃具有耐高温、耐腐蚀、透光性强、膨胀系数低、绝缘性好和真空性好等有优点。

据中国建筑玻璃与工业玻璃协会石英专业委员会数据,全球石英玻璃市场中半导体行业占比最高(45.36%),光伏(23.76%)、光通讯行业(16.20%)紧随其后。石英玻璃作为发展电子信息科技产业的基础,将长期受益于下游高端领域高速发展牵引,市场规模加速扩张。

石英玻璃制品是晶圆厂商用在半导体制造设备中的耗材,国际主要半导体设备制造商对于其设备上使用的石英制品有严格的筛选标准,且在产业链中拥有强势话语权。不管是石英材料还是制品均需通过设备商的认证,才能成为产业链当中的一环。

石英玻璃材料生产企业处在半导体产业链最上游,设备商拥有核心选择权。产业链的参与者包括材料生产商、制品加工商、半导体设备商、终端晶圆厂商。原材料生产企业将材料销售给石英制品加工商,制品加工商将产品销售给晶圆厂商。

石英玻璃下游主要集中在半导体、光伏、光纤、电光源、航空航天等领域。石英玻璃一般会先加工成锭、筒、棒、管等形式后再进一步加工,比如石英锭、筒是半导体制程扩散、氧化、沉积、蚀刻工艺中所用石英法兰、扩散管、钟罩的材料;合成石英锭也可做光掩膜基板的主要基材;光纤预制棒中95%以上为高纯度石英玻璃,且在生产过程中也需要消耗大量的石英玻璃材料。

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石英玻璃产业链中处于上游的是石英砂(SiO2)和硅化物(SiCl4等),石英砂作为石英玻璃材料及制品行业的重要原材料,其价格直接影响到生产成本。根据品质和下游市场的不同,原材料被大致分为普通石英砂及电子信息领域用高纯石英砂。

原材料经粉碎、水洗、烘干、水解、合成等工序形成石英玻璃,其中品质较低的不透明石英玻璃多用于制备石英坩埚,透明石英玻璃及品质更高的合成石英玻璃,经过深加工形成石英纤维、石英管、石英棒、石英锭等石英制品。

按照纯度质量等级,可将石英砂分为普通石英砂(SiO2≥90-99%)、精制石英砂(SiO2≥99-99.5%)和高纯石英砂(SiO2≥99.9-99.99%)。

高纯石英砂生产提炼存在较高技术门槛,只有美国尤尼明等少数企业拥有量产能力。我国石英矿产丰富,分布于江苏、广东、安徽等地。然而由于成岩条件不佳,国内石英矿普遍具有流体杂质多、矿体规模小、矿石品质不稳定等缺点,导致所需提纯工艺较为复杂。

石英玻璃在国外已有一百八十多年的研究历史,最早在1839年法国人就开始用氢氧燃烧火焰融化石英矿石制造石英制品。

石英玻璃市场是典型的垄断市场,目前全球高端石英玻璃市场,尤其是其中的半导体、光通讯、光学等高新技术领域的石英玻璃市场,美国、日本、德国等海外国家企业占据明显的优势竞争地位。

全球市场主要由由贺利氏、迈图、东曹、尤尼明、昆希等海外龙头企业掌握。这些海外龙头企业历史悠久,具备独特的技术优势,各自有其擅长的领域和市场,产品附加值高、竞争力强,且在长期市场耕耘过程中,积累了较强的上下游产业渠道优势和产业规模优势。

根据中国产业信息网数据,2018年全球石英玻璃市场规模接近250亿元。国产石英玻璃材料、制品主要面向光电源等领域的中低端市场,相较进口产品具有一定价格优势。

相比于国外,我国石英制品工业起步较晚,产品主要作为工业基础性材料。在市场需求带动下部分优质企业在国际市场上崭露头角。

随着电子信息、航空航天等高科技行业对石英材料需求的增长,国内石英制品行业在工艺水平、设备制造方面均取得了大幅提升,国内石英制品行业正从能源密集型行业向技术密集型、资金密集型方向转变,涌现出菲利华、石英股份、亿仕达、凯德石英等一批优秀石英企业,菲利华作为其中的代表在国际市场上已经具有一定的知名度。

石英玻璃制品具有高纯度、无污染、耐高温等优良特性,其应用贯穿半导体产业链的各个环节:石英坩埚主要用于制备晶圆 IC 载体(拉制单晶);石英花篮和清洗槽用于硅片研磨;石英扩散管、石英法兰、石英炉管、石英舟和石英支架用于晶圆制备中的扩散、氧化、沉积和蚀刻等环节;光掩膜版则是光刻环节的关键部件。据 Techcet 统计,应用于电子信息产业的高纯石英玻璃原料占全球年产量 9成左右。

在半导体工业中,高纯、无污染、耐高温的石英玻璃材料及制品是必不可少的辅材。目前半导体用石英主要分为半导体器件、半导体石英基板和半导体石英材料,市场规模占比分别为41%、31%和28%。根据中国产业信息网数据,2018年全球半导体用石英市场需求为206亿元,2014-2018年CAGR为7.28%。

《国家集成电路产业发展推进纲要》明确指出,要大力发展我国半导体产业,并提高关键设备和材料的国产化率。自给率低下已成为当前我国半导体行业发展的主要矛盾,国产化替代空间充足,政策意愿明确,石英玻璃等半导体重要原材料将随之迎来发展机遇。


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