在半導體生產制造領域，如今可以說是沒有光刻機寸步難行。即便如此，有了制造設備，沒有材料的支撐也是造不出芯的。今天，我們就來講講半導體材料中的高純石英。

石英作為一種天然礦物，擁有化學性質穩定、熔化溫度高等特性。高純石英是高端石英制品的原料，也是半導體行業的基礎材料之一。但并不是每個石英都能用于半導體領域，還必須得做到雜質低于10ppm的純度，這意味著其二氧化硅含量要做到99.999%（5N）或99.998%（4N8）以上。

高純石英對半導體意味著什么？

在半導體行業中，高純石英是最重要的材料之一，尤其是在晶圓生產制造階段。比如半導體單晶硅的制備就要用到柴可拉斯基法，首先將半導體多晶硅放在坩堝內，加入摻雜物加熱至熔融狀態。接著放入晶種，開始晶體生長的過程，通過直拉法，得到圓柱狀的單晶硅晶錠，最終切割成一片片的晶圓。在這個過程中，這個坩堝通常就是用高純石英玻璃材料制成，因為要想為這一步驟提供足夠高的純度和和抗熱性，不引入雜質和高熔點的高純石英正是首選。

刻蝕機 / LamResearch

其次是除光刻外，還有擴散和刻蝕這兩道冰火二重天的前道工序，也要用到高純石英材料。比如低溫刻蝕工藝就要用到高純石英環和石英保護罩，而高溫擴散工藝則要高純石英管、石英舟等。也正因如此，半導體設備公司，尤其是刻蝕設備的公司，比如應用材料、LamResearch和東京電子等廠商，都要先對高純石英材料進行認證后才能使用。

高純石英砂全球儲備

全球能制備高純石英砂的產地不算多，只有美國、挪威、中國、俄羅斯和澳大利亞等少數國家有著一定的儲備。但在這些石英原產地中，也有產量和純度之分，要想量產5N級別的石英砂，對材料產地本身就有一定需求，世界上也只有少量礦脈能滿足需求。比如世界上最高純度且出貨量最大的石英礦產地，是美國的斯普魯斯派恩。

TQC高純石英砂的雜質含量 / TQC

該地區的礦床不僅規模大，而且流體雜質少，礦石品質穩定，目前主要由兩大公司負責開采，分別是TQC和Covia/矽比科。不少半導體公司也堅持使用來自斯普魯斯派恩的石英砂，因為更少的雜質可以確保晶圓本身的純度，從而實現理想的電導率。

國內的高純石英砂現狀

我國的江蘇等省份也擁有部分石英礦，然而我國的石英礦在純度和規模上都不比美國的斯普魯斯派恩，所以對于用于半導體的高純度石英砂來說，就存在著兩大困難。一是本身石英純度不夠，做到半導體用的5N石英砂需要更復雜的提純工藝；其次，石英礦的規模限制了產量，致使絕大多數高純石英砂還是依賴從美國、挪威等國家進口。

全球高純石英主要產地 / Stratum Resources

就拿石英集團和Covia/矽比科來說，這兩家美國廠商就占據了亞太地圖近80%的高純石英砂份額，美國也成了全球最大的高純石英砂出口國，而缺少豐富高純石英砂資源的半導體大國，也成了此類資源的主要買家，所以國內一些廠商以高價購買高純石英砂來生產高純石英制品。

但國內也不是毫無量產5N石英砂的能力，還有太平洋石英這個全球為數不多的高純石英砂供應商。太平洋石英位于國內最大的石英砂產地連云港，掌控了國內最大的高純石英砂產量。而且太平洋石英已經連續通過了東京電子在擴散、刻蝕石英材料上的認證，也通過了LamResearch的刻蝕石英認證。由于半導體需求的持續擴張，太平洋石英也計劃在2022年完成6000噸/年的半導體石英制品的產能擴張。

不過國內，4N級別的石英砂量產已經初具規模，這類石英砂主要用于光伏領域，其制成的高純石英坩堝同樣可以用于太陽能單晶硅的制備。而且國內石英砂的成本大頭在材料成本上，制造成本占比不高，因此可以創造不小的價格優勢。

總的來說，高純石英材料在總材料成本中的占比并不算最多的，但的確是那筆不得不花的錢。要想節約成本的話，最好的方法無疑是從供應鏈上下手，將供應鏈牢牢把握在自己手中才是明智之舉。所以加快相關提純技術的研發，與國內外設備廠商一起做好相關的認證，加強高純石英礦床找礦工作持續擴大產能，才是讓國產高純石英在半導體領域崛起的先決條件。