石英坩堝屬于石英玻璃制品中的細分產品，具有潔凈、同質、耐高溫等性能，是拉制單晶硅、制作單晶硅片及發展大規模集成電路必不可少的載體容器，主要用來裝放多晶硅原料或單晶回收料。1、半導體石英坩堝的結構及特點

石英坩堝具有良好的透光性能、耐熱性能、電學性能及化學穩定性。從物理熱學性能上看，它的形變點約為1,100℃左右，軟化點為1,730℃，其最高連續使用溫度為1,100℃，短時間內可為1,450℃。基于單晶硅片純度的要求，石英坩堝一次或幾次加熱拉晶完成后即報廢，需要購置新的石英坩堝用于下次拉晶，因而在單晶硅產業鏈中具備較強的消耗品屬性特征[1]。

長晶是硅片生產最核心的環節，單晶制備階段決定了硅片的直徑、晶向、摻雜導電類型、電阻率范圍及分布、碳氧濃度、晶格缺陷等技術參數。高純多晶硅原料在石英坩堝中熔化成硅液后，通過引晶、長晶，最后拉制出單晶硅棒，再經過切片、拋光等一系列工序后，最終成為半導體或者太陽能硅片。半導體石英坩堝工藝流程圖目前市場主流的是用電弧法制備的半透明石英坩堝。電弧法制備的石英坩堝有內外兩層結構，外層是高氣泡密度的區域，稱為氣泡復合層。氣泡復合層受熱較均勻，保溫效果較好；內層是一層3-5mm的透明層，稱為氣泡空乏層。氣泡空乏層的存在使坩堝與溶液接觸區的氣泡密度降低，從而改善單晶生長的成功率及晶棒品質。石英坩堝外形2、石英坩堝在半導體領域的應用2.1半導體用石英坩堝的要求半導體石英坩堝行業產業鏈的下游客戶以半導體硅片廠商為主，少量半導體石英坩堝供應給半導體分立器件、半導體硅部件等企業。

芯片制造對原材料硅片的品質，尤其純度、缺陷密度、位錯、雜質(氧、碳、金屬離子)含量等方面要求極為嚴苛。作為承載多晶硅熔融料的石英坩堝，其與硅料及其熔融液直接接觸，特別是在高溫(1420℃)生產環境下，其本身的純度、強度、熱學性能、氣泡含量、表面狀態等方面的性能水平對半導體硅片的品質、良率、一致性影響較大，屬于半導體硅片原材料生產環節的關鍵耗材[2]。

高純度：適用于集成電路行業的半導體硅片對產品質量有極高的要求，純度必須達到99.9999999%（9個9）以上，最先進的工藝則需要達到99.999999999%（11個9），光伏行業對單晶硅片的需求是99.9999%（6個9），制備難度遠遠小于半導體硅片。故作為拉制單晶硅的載體容器石英坩堝，在拉制過程中對于純度、氣泡及雜質的控制要求更高。特別是對金屬元素含量的要求達到了ppb級（10億分之一級），微小的雜質污染都有可能導致晶棒的重大缺陷。

高強度：硅棒的拉制一般在1420℃左右的高溫環境下進行。在該溫度下，石英材料會出現軟化。若石英坩堝強度不足，在拉晶過程中可能發生變形、塌陷，將直接導致長晶停止，造成嚴重損失。因此，在高溫環境下保持石英坩堝形態和強度十分關鍵。

除純度及強度外，石英坩堝的生產特性（熱學性能、表面狀態、氣泡狀態等）也會影響單晶硅棒的成品率和品質。

2.2石英砂雜質元素含量要求高純石英砂是石英坩堝核心原材料，其純度顯著影響拉晶效果。石英坩堝的原材料大體分為兩種：一種是以天然石英為原料的石英砂，一種是高純合成原料。

石英坩堝原料要求純度高、一致性好、粒度分布均勻。有害成分高時會影響坩堝的熔制，影響其耐溫性，還會出現氣泡、色斑、脫皮等現象，嚴重時造成石英坩堝軟化漏硅。例如：當Al含量過高時會對拉制單晶硅的純度產生影響，當Na、K、Li等元素含量高時會使石英坩堝軟化溫度降低，當Cu、Mn、Fe等元素含量高時會產生色斑。有害元素總含量高還會產生一些氣泡、白斑等缺陷，造成石英坩堝透明度下降，嚴重時還影響坩堝成形[3]。我國對石英原料純度一般是以Al等十三個有害元素來衡量的，要求它們的總和要小于20×10-6，半導體級石英坩堝13種雜質元素含量之和小于17ppm。

《單晶硅生長用石英坩堝》行業標準對于石英坩堝的雜質元素含量要求如下：

單晶硅生長用石英坩堝的雜質元素含量要求[4]（單位為微克每克）由內蒙古歐晶科技股份有限公司、江西中昱新材料科技有限公司、錦州佑鑫石英科技有限公司為主要起草單位編制的團體標準《半導體單晶硅生長用石英坩堝生產規范標準》，對石英砂雜質元素含量要求如下：

半導體單晶硅生長用石英坩堝石英砂雜質元素含量[5]（單位為微克每克）3、半導體用石英坩堝的發展趨勢3.1向大尺寸方向發展為提高生產效率并降低成本，向大尺寸演進是半導體硅片制造技術的發展方向。硅片尺寸越大，在單片硅片上制造的芯片數量就越多，單位芯片的成本隨之降低。同時，在圓形的硅片上制造矩形的芯片會使硅片邊緣處的一些區域無法被利用，必然會浪費部分硅片。硅片的尺寸越大，相對而言硅片邊緣的損失會越小，有利于進一步降低芯片的成本。

半導體硅片正在不斷向大尺寸的方向發展，從最初的2英寸發展到了目前的12英寸，未來還有可能發展到18英寸，硅片的可利用面積比例將逐步增高。這也促使硅單晶硅材料進一步朝著無缺陷、大尺寸、高均勻度和結構完整性的方向發展[2,6]。

未來，大尺寸硅片需求量持續攀升將推動半導體石英坩堝規模進一步增長。隨著8英寸及12英寸半導體硅片出貨量持續增長，對應24英寸及32英寸半導體石英坩堝的需求持續增加。

3.2拉晶工藝的提升對石英坩堝提出更高要求傳統的直拉法下，石英坩堝只能用一次，一次僅能產出一根晶棒。近年來，為了提高直拉單晶硅的質量和產量，連續加料、多次加料等一爐多根直拉單晶硅生長技術被開發和應用。

多次加料直拉法(Re-chargingCzochralski，RCZ)是目前主流的單晶生長方法。RCZ是在傳統的一爐拉制一根硅棒的工藝基礎上，在拉完第一根棒后，采用二次加料工藝向坩堝內重新裝料，進而拉制第二、第三甚至更多的晶棒。RCZ也是基于石英坩堝等熱場輔材的品質提升上實現的，該工藝的應用，減少了停爐、拆爐時間，同時，也減少了石英坩堝、籽晶使用量，從而降低分攤到單根硅棒上的拉晶時間和坩堝成本，且能源利用率也得到提高[7,8]。

未來連續加料直拉法(ContinuousCzochralski，CCZ)有望成為主流生產方法。CCZ采用特殊直拉單晶爐，可一邊進行單晶拉制，一邊加料熔化，要求硅原料為高品質的顆粒硅。該工藝在坩堝壽命允許的周期內可完成8-10根的晶棒拉制。產出的晶棒品質高，電阻率分布均勻、范圍更窄，相比傳統工藝拉制的單晶硅片，更適用于P型PERC電池工藝及更加高效的N型電池工藝，有利于提高高功率組件產出[7,9]。

單晶技術發展對石英坩堝的綜合性能提出了更高的要求3.3國產石英坩堝正逐漸在各應用領域實現進口替代縱觀半導體行業發展史，全球已發生兩次大規模的產業轉移：第一次是20世紀70年代從美國向日本轉移，第二次是20世紀80年代向韓國與中國臺灣地區轉移。如今，中國大陸則成為半導體產業第三次轉移的核心地區。產業轉移是市場需求、國家產業政策和資本驅動的綜合結果。歷史上兩次成功的產業轉移都帶動產業發展方向改變、分工細化專業化、資源重新配置，并給予了追趕者切入市場的機會，進而推動整個行業的革新與發展[2]。

目前在光伏石英坩堝領域，憑借著價格優勢，我國企業已占據絕大部分的市場份額；在半導體石英坩堝領域，伴隨著國外半導體產業逐漸轉移至國內，作為其重要配套原輔料供應行業，石英坩堝制造領域獲得了較快的發展，產品正逐漸實現進口替代。4、半導體石英坩堝行業競爭格局[2,10]目前中國在18英寸及以下半導體石英坩堝領域本土化程度較高，已經基本實現進口替代。24～32英寸半導體石英坩堝對制造商的技術、參數、工藝及自動化程度要求高，目前仍主要由美國、日本傳統半導體材料頭部廠商所掌握。

石英坩堝的純度、微量元素的控制水平、氣泡層的分部、熱學性能、內表面與硅液的化學反應程度，都將很大程度影響晶體的微觀結構、電學性能以及產品的良率、穩定性和一致性。而高品質的半導體石英坩堝需要在各項技術參數中達到一個完美的平衡，如何控制各項技術參數是先進石英坩堝廠商的核心技術，特別是大尺寸半導體石英坩堝的制備技術，目前仍是行業頭部企業的核心機密。

目前全球主要市場份額集中于Momentive（34%）、信越石英（26%）及勝高JSQ事業部（25.3%）。其中，Momentive于2022年6月宣布收購Coorstek的石英坩堝產品線。國內本土半導體石英坩堝制造商包括盾源聚芯、錦州佑鑫、浙江美晶、江西中昱及歐晶科技等。5、結語相比太陽能石英坩堝，半導體石英坩堝在生產制造過程中對原料石英砂雜質含量要求更為嚴苛，不同內層位置對石墨電極的灰分標準、生產所用的化學藥液、涂層材料及純水的等級要求也更高。

近十年來，國家層面半導體產業扶持力度持續加碼，全方位推動半導體國產化進程。“十四五”規劃更是確定了集成電路前沿領域的戰