不只是光刻机，还有这一半导体材料依赖进口
在半导体生产制造领域，如今可以说是没有光刻机寸步难行。即便如此，有了制造设备，没有材料的支撑也是造不出芯的。今天，我们就来讲讲半导体材料中的高纯石英。
石英作为一种天然矿物，拥有化学性质稳定、熔化温度高等特性。高纯石英是高端石英制品的原料，也是半导体行业的基础材料之一。但并不是每个石英都能用于半导体领域，还必须得做到杂质低于10ppm的纯度，这意味着其二氧化硅含量要做到99.999%（5n）或99.998%（4n8）以上。
高纯石英对半导体意味着什么？
在半导体行业中，高纯石英是最重要的材料之一，尤其是在晶圆生产制造阶段。比如半导体单晶硅的制备就要用到柴可拉斯基法，首先将半导体多晶硅放在坩埚内，加入掺杂物加热至熔融状态。接着放入晶种，开始晶体生长的过程，通过直拉法，得到圆柱状的单晶硅晶锭，最终切割成一片片的晶圆。在这个过程中，这个坩埚通常就是用高纯石英玻璃材料制成，因为要想为这一步骤提供足够高的纯度和和抗热性，不引入杂质和高熔点的高纯石英正是首选。
刻蚀机 / lam research
其次是除光刻外，还有扩散和刻蚀这两道冰火二重天的前道工序，也要用到高纯石英材料。比如低温刻蚀工艺就要用到高纯石英环和石英保护罩，而高温扩散工艺则要高纯石英管、石英舟等。也正因如此，半导体设备公司，尤其是刻蚀设备的公司，比如应用材料、lam research和东京电子等厂商，都要先对高纯石英材料进行认证后才能使用。
高纯石英砂全球储备
全球能制备高纯石英砂的产地不算多，只有美国、挪威、中国、俄罗斯和澳大利亚等少数国家有着一定的储备。但在这些石英原产地中，也有产量和纯度之分，要想量产5n级别的石英砂，对材料产地本身就有一定需求，世界上也只有少量矿脉能满足需求。比如世界上最高纯度且出货量最大的石英矿产地，是美国的斯普鲁斯派恩。
tqc高纯石英砂的杂质含量 / tqc
该地区的矿床不仅规模大，而且流体杂质少，矿石品质稳定，目前主要由两大公司负责开采，分别是tqc和covia/矽比科。不少半导体公司也坚持使用来自斯普鲁斯派恩的石英砂，因为更少的杂质可以确保晶圆本身的纯度，从而实现理想的电导率。
国内的高纯石英砂现状
我国的江苏等省份也拥有部分石英矿，然而我国的石英矿在纯度和规模上都不比美国的斯普鲁斯派恩，所以对于用于半导体的高纯度石英砂来说，就存在着两大困难。一是本身石英纯度不够，做到半导体用的5n石英砂需要更复杂的提纯工艺；其次，石英矿的规模限制了产量，致使绝大多数高纯石英砂还是依赖从美国、挪威等国家进口。
全球高纯石英主要产地 / stratum resources
就拿石英集团和covia/矽比科来说，这两家美国厂商就占据了亚太地图近80%的高纯石英砂份额，美国也成了全球最大的高纯石英砂出口国，而缺少丰富高纯石英砂资源的半导体大国，也成了此类资源的主要买家，所以国内一些厂商以高价购买高纯石英砂来生产高纯石英制品。
但国内也不是毫无量产5n石英砂的能力，还有太平洋石英这个全球为数不多的高纯石英砂供应商。太平洋石英位于国内最大的石英砂产地连云港，掌控了国内最大的高纯石英砂产量。而且太平洋石英已经连续通过了东京电子在扩散、刻蚀石英材料上的认证，也通过了lam research的刻蚀石英认证。由于半导体需求的持续扩张，太平洋石英也计划在2022年完成6000吨/年的半导体石英制品的产能扩张。
不过国内，4n级别的石英砂量产已经初具规模，这类石英砂主要用于光伏领域，其制成的高纯石英坩埚同样可以用于太阳能单晶硅的制备。而且国内石英砂的成本大头在材料成本上，制造成本占比不高，因此可以创造不小的价格优势。
总的来说，高纯石英材料在总材料成本中的占比并不算最多的，但的确是那笔不得不花的钱。要想节约成本的话，最好的方法无疑是从供应链上下手，将供应链牢牢把握在自己手中才是明智之举。所以加快相关提纯技术的研发，与国内外设备厂商一起做好相关的认证，加强高纯石英矿床找矿工作持续扩大产能，才是让国产高纯石英在半导体领域崛起的先决条件。
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其次是除光刻外，还有扩散和刻蚀这两道冰火二重天的前道工序，也要用到高纯石英材料。比如低温刻蚀工艺就要用到高纯石英环和石英保护罩，而高温扩散工艺则要高纯石英管、石英舟等。也正因如此，半导体设备公司，尤其是刻蚀设备的公司，比如应用材料、lam research和东京电子等厂商，都要先对高纯石英材料进行认证后才能使用。
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该地区的矿床不仅规模大，而且流体杂质少，矿石品质稳定，目前主要由两大公司负责开采，分别是tqc和covia/矽比科。不少半导体公司也坚持使用来自斯普鲁斯派恩的石英砂，因为更少的杂质可以确保晶圆本身的纯度，从而实现理想的电导率。
国内的高纯石英砂现状
我国的江苏等省份也拥有部分石英矿，然而我国的石英矿在纯度和规模上都不比美国的斯普鲁斯派恩，所以对于用于半导体的高纯度石英砂来说，就存在着两大困难。一是本身石英纯度不够，做到半导体用的5n石英砂需要更复杂的提纯工艺；其次，石英矿的规模限制了产量，致使绝大多数高纯石英砂还是依赖从美国、挪威等国家进口。
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总的来说，高纯石英材料在总材料成本中的占比并不算最多的，但的确是那笔不得不花的钱。要想节约成本的话，最好的方法无疑是从供应链上下手，将供应链牢牢把握在自己手中才是明智之举。所以加快相关提纯技术的研发，与国内外设备厂商一起做好相关的认证，加强高纯石英矿床找矿工作持续扩大产能，才是让国产高纯石英在半导体领域崛起的先决条件。
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