（獲取報告請登陸未來智庫）
1、石英：高科技領域不可替代的基礎材料
1.1、石英是用途廣泛的矽酸鹽礦物
石英是主要礦物成分為 SiO2 的重要基礎材料。石英是一種堅硬、耐磨、化學 性能穩定的矽酸鹽礦物，其主要礦物成分是 SiO2，顏色為乳白色、或無色半 透明狀，是國家戰略性產業和支柱性產業發展進步過程中不可替代的基礎材 料。下遊應用從中低端的光源行業向高端領域邁進，逐漸廣泛應用於光伏、 光學、光纖、半導體、新型電光源、冶金、化工、微電子、儀表、雷射、核 科學、天文學、航空航天以及國防軍工等高科技領域。我國的石英礦床包括 巖類礦床和砂類礦床，巖類礦床主要有石英巖、石英砂巖、及脈石英礦；砂 類礦床主要有石英砂礦。其中石英巖、石英砂巖和天然石英砂合計佔我國石 英礦資源的 99.07%，而高品質的脈石英僅佔我國石英礦資源的 0.93%。
1.2、石英產業鏈：從石英砂到終端應用
石英全產業鏈：石英砂→石英材料→石英製品→終端應用：1）石英砂，石 英礦石經物理化學選礦和焙燒後得到高純石英砂，受限於選礦等製備工藝和 高品質礦石少，全球僅 3 家企業具備批量生產高純石英砂的能力；2）石英材 料可通過天然石英加工或者人工合成兩種方法製備，其中天然石英加工有電 熔法和氣熔法兩種工藝，電熔產品主要用在半導體的擴散等高溫區域，氣熔 產品是用在低溫下,如刻蝕等工藝上；3）石英製品企業中，通過 TEL（日本 東京電子）認證的有三家外商獨資企業：賀利氏信越、杭州大和以及瀋陽漢 科半導體；4）終端應用中，半導體、光纖、光學、光伏和電光源行業的佔比 分別為 65%、14%、10%、7%和 4%，其中光纖、光伏和半導體是增長較快的領 域，將成為石英製品業績新的增長點。
2、上遊：高純石英砂，全球僅 3 家具備大量生產的能力
2.1、高純石英砂 SiO2 含量高、雜質低
高純石英砂與普通石英砂的區別在於 SiO2 含量更高（99.5%以上）和雜質含 量更低。石英砂根據其純度可以分成普通石英砂、精緻石英砂、高純石英砂、 熔融石英砂和矽微粉，高純石英砂應用在高新技術產業。普通石英砂是指 SiO2 的含量在 90%-99%，雜質 FeO 含量≤0.06-0.02%的石英砂，主要的應用 領域有冶金、玻璃及玻璃製品、鑄鋼、水過濾、泡花鹼、化工、噴沙等，其 製備簡單，只需對原礦進行分級或者採用簡單的選礦工藝就能達到要求。高 純石英砂是指由天然石英礦物經過一系列物理化學的提純技術生產的具有某 種粒度規格的高純非金屬礦物原料，其 SiO2 含量大於 99.95%、Fe2O3 含量 小於 0.001%、FeO 含量≤0.005%。高純石英砂是半導體行業主要的塑封材料， 它和環氧樹脂、固化劑、各種添加劑等複合使用，可以節約封裝成本；並且 還可用作電子基板材料，用於製備單晶矽和多晶矽，主要應用在高新技術產 業，如航空航天、生物工程、高頻率技術、電子技術、光纖通信和軍工等領 域。
2.2、全球僅三家企業具備批量生產高純石英砂的能力
目前，全球能批量化生產高純石英砂的企業僅有三家：尤尼明、挪威 TQC 和 石英股份。2010 年之前，國內高純石英砂市場基本上為美國尤尼明所壟斷， 目前，國外主要有美國尤尼明 Unimin（現屬於 Covia 公司）、挪威 TQC，國 內能夠批量化生產的只有石英股份。 1）尤尼明是全球最大的高純石英砂廠商， 其擁有優質的花崗質偉晶巖（白崗巖）礦產，礦床規模大、流體雜質少、品 質穩定，具有較大的市場優勢；2）挪威 TQC 是一家由英格瓷 SA 和挪威的挪 威礦業以 50/50 出資創辦的企業，石英礦石來源有二，一是和尤尼明一樣， 來自北卡羅來納州 Spruce Pine 地區的花崗質偉晶巖；二是挪威當地的石英； 3）石英股份是國內生產高純石英砂龍頭企業，所用的礦石基本來自國外採購， 生產的高純石英砂主要應用在自用的高端電光源石英管、光伏等領域，由於 還未通過設備廠認證，在半導體領域的應用較少。
2.3、高純石英砂：選礦和工藝壁壘、優質礦石稀少
2.3.1、 高純石英砂選礦和製備工藝有壁壘
高純石英砂一般通過石英礦石加工法製備。高純石英砂是由天然石英礦物經 過一系列的物理和化學提純技術生產的粒度集中分布在 0.1-0.45mm 的高純 非金屬礦物原料，被廣泛應用於高端電光源、大規模及超大規模集成電路、 太陽能電池、光纖、雷射、航天、軍工等領域。獲得高純石英砂方法有二：1） 通過人工合成，此方法能耗大、成本高，不適合大規模生產；2）通過石英礦 石加工，此方法對石英礦石品相及加工工藝要求較高，而石英礦石在世界範 圍內雖儲量豐富，但是純度高、品質好以及儲量大的石英礦石資源較為稀缺。
高純石英砂對選礦以及製備工藝要求高。高純石英砂的製備是一個系統工程， 一方面依賴於製備技術的改進；另一方面是對原料產出地的地質條件的研究 程度，礦石開採程序、製備工藝以及檢測與質量控制等工藝的把握。高純石 英原料評價與選擇的技術壁壘較高，目前國內對於高純石英原料選擇及其加 工工藝還存在較大的盲目性。
高純石英砂加工過程涉及使用 HF、氯氣、HCl 等，對企業環保投入要求高。 對高純石英砂的加工工序，即為了去除石英原礦中伴生脈石、包裹體雜質及 晶體結構雜質，通常包括煅燒、水淬、磨礦、分級、水洗脫泥、擦洗、電選、 磁選、浮選、酸浸、鹼浸、高溫（氣氛）焙燒等工序。根據加工目的不同將 其分為選前準備作業、預先選別作業、礦物分選作業及深度提純作業 4 個階段。國內諸多小的石英砂生產企業環保投入上不達標 存在因汙染問題而停工 減產的現象：
選前準備：對入磨前的石英進行 1000℃左右的煅燒並水淬，高溫煅燒下，石 英與脈石發生晶型轉變。雜質與石英的膨脹率不同，在水淬的作用下，溫度 急劇下降，顆粒內部產生大量裂紋。破碎磨礦後包裹體雜質易暴露在石英礦 粒表面，強化石英與脈石礦物單體解離的效果；
預先選別：石英原礦磨礦過程中部分易泥化礦物形成微細粒的礦泥，會對後 續選別造成不利影響。通過預先水洗、脫泥能夠有效脫除黏土性礦物，且除 雜效果顯著；
礦物分選：磁選和浮選是分離石英砂與伴生脈石最常用的工序。磁選是通過 多段弱磁—強磁選去除赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦、鈦鐵礦、黑雲母等磁性雜 質礦物，也可除去帶有磁性礦物的包裹體和連生體。浮選能有效除去石英砂 中的長石、雲母等非磁性伴生雜質礦物，是石英常規選礦中最重要的工藝， 也是最難把控的一道工序；
深度提純：通過添加氯氣、HCl，在 800-1600 ℃條件下高溫焙燒，包裹體受 熱急劇膨脹、破裂，使其中的雜質暴露至表面。在此過程中，雜質伴隨石英 晶體結構轉變過程遷移至石英表面；或者在高溫氣氛（如 HCl）的作用下， 與晶格中的雜質發生反應，使得雜質轉移至石英表面，最後通過化學浸出使 雜質脫除。
2.3.2、 高純石英原料分布不均，國內優質石英礦石不到 1%
石英礦分布廣泛，我國礦石儲存量接近 40 億噸。中國保有石英礦產儲存的 187 處，礦石儲存量（B+C+D 級）共有 39.1 億噸，其中，廣東河源、江蘇新 沂、江蘇東海、安徽鳳陽、河南洛陽、河北靈壽是石英礦石的主產區。石英 巖礦多分布於青海及遼寧、山西等地；石英砂巖礦多分布於四川、湖南、江 蘇、浙江及山東等地；石英砂主要分布於福建、廣東、廣西的南部和海南西 北部及山東北部這些沿海地帶，還有西遼河東部、黃河中遊及潘陽湖、駱馬 湖畔：脈石礦則散布於西川、黑龍江、湖北等地的變質巖區。
高純石英原料分布不均，國內高品質礦石佔比不到 1%。高純石英原料，即能 被現有成熟加工技術將二氧化矽含量提純至 99.9%及以上的天然石英礦石。 製備高純石英砂最好的是原料是天然水晶，但其儲量稀少，且隨著採掘，資 源逐步枯竭，分布不均，除了巴西、馬達加斯加、南非等少數國家和地區外， 其他國家的天然水晶儲量少、規模小、產地雜、性能不穩定，難以大量生產。 另一方面，高純石英原料對成礦條件要求嚴苛，在石英礦物種類中，脈石英 品質最佳，其顏色是純白色，油脂光澤，純度極高，礦物組成基本上是石英， 二氧化矽含量達到 99%以上，但在我國石英礦資源中僅佔 0.93%，我國石英礦 資源真正能作為高純石英玻璃原料的使用礦物儲量少，規模小，而美國尤尼 明的高純石英砂原礦為北卡羅來納州 Spruce Pine 地區的花崗質偉晶巖，是 全球唯一受到阿樂漢尼綠片巖運動影響的高純石英礦床，具有礦體規模大、 石英中流體雜質少、礦石品質穩定等優點，是尤尼明公司生產石英砂佔據全 球高純石英砂市場份額具有絕對性壟斷優勢的原因之一。由於以上原因，石 英股份由全球範圍尋找優質礦源，供應量、礦源品質等波動較大，2017、2018 年石英礦石年平均採購單價變動率分別為 14.23%、38.96%。
2.3.3、 石英股份、菲利華都需要外購石英礦石或石英砂
半導體石英材料用石英砂需要向國外廠商購買。石英股份的高純石英砂的來 源主要包括三個方面：1）公司採購石英礦石自行生產高純石英砂，2）採購 石英砂進行二次提純加工製成高純石英砂，3）直接採購少量的高純石英砂； 其中，採購石英礦石自行生產高純石英砂佔比最大。半導體石英材料製備所 用石英砂需通過半導體設備商的認證，目前，全球主要半導體石英玻璃材料 供應商均使用尤尼明和挪威 TQC 公司生產的高純石英砂。據公告披露，石英 股份和菲利華都通過美國 Unimin 公司中國獨家代理商北京雅博進口高純石 英砂，由於中美貿易摩擦的影響，逐漸減少對尤尼明的採購量，菲利華逐漸 加大對挪威石英砂的採購。
2.4、高純石英砂處於高景氣周期
環保因素制約導致小型高純石英砂廠商存在關停和減產現象，而需求端又處 於逐步提升的趨勢，高純石英砂價格當前處於易漲難跌。一方面，酸是石英 砂生產過程中所用到的關鍵原料，且對環境汙染嚴重；現在國家在環保治理 方面比較嚴厲，國內諸多小的石英砂生產企業環保投入上不達標，存在因汙 染問題而停工減產的現象，高純石英砂供給量呈現較為緊張的趨勢。另一方 面，因中美貿易摩擦和環保治理，海外高純石英砂進口成本有所抬升，高純 石英砂的國內的替代需求逐步出現，疊加 2019 年下遊的光伏單晶市場比較熱 門，單晶對高純石英砂的需求也處於高景氣向上周期，高純石英砂價格當前 處於易漲難跌的趨勢。
特別是，單晶 PERC 電池仍處於擴產潮，短期單晶矽片形成供需缺口，此將 為高純石英砂下遊需求提供有力支撐。單晶產品技術進步顯著，行業需求持 續提升，產業龍頭受益於新增及替代需求共振。預計 2019 年單晶滲透率達到 62%，成為市佔率過半的絕對主流產品。光伏產業公司用腳投票，選擇擴建及 配套單晶產能，下遊 PERC 電池產能增長顯著。 2019Q3 起單晶矽片與單晶 PERC 產能存在缺口，矽片供不應求，持續偏緊。
國內旺季啟動在即，海內外旺季高景氣。2019 年上半年，由於國內政策尚未 落地，處於需求淡季，上半年裝機不足 12GW。但因增效降本，光伏在全球多 個市場平價，海外需求爆發。競價項目 7 月公示，8-9 月集中開工建設，12 月預計大部分項目完成併網，2019 年全年裝機有望達到 40GW 以上，即 70% 需求集中在下半年。同時，海外需求旺盛，組件廠商海外訂單飽和，四季度 為海外旺季，國內外旺季疊加，產業鏈有望迎來量利齊升，高純石英砂需求 端有望再次釋放。
3、中遊：石英玻璃行業下遊主要應用為半導體，國內企業受限於認證
3.1、石英玻璃性能優越，半導體是下遊主要應用
石英玻璃是由二氧化矽(SiO2)單一組分構成的特種工業技術玻璃，具有一系 列優良的物理化學性能：耐溫性高達 1100-1200℃，比普通玻璃高 800℃，是 透明的耐火材料；熱膨脹係數小，僅為 5.5 × 10-7/℃，相當於普通玻璃的 1/20，理論上可以到零膨脹；具有極佳的透光性能，紫外線、可見光、紅外 線等都可以良好地透過；具有良好的電絕緣性，20 ℃時電阻率為 1018Ω/cm， 絕緣強度為 250kV/cm，真空度可達 10～6Pa；化學穩定性好，除氫氟酸和熱 磷酸外，不溶於其他任何酸。
石英玻璃材料及製品是耗材，下遊應用從中低端的光源行業向高端領域邁 進，同時半導體石英行業佔主要份額。 2015 年全球石英玻璃市場規模接近 250 億元，而半導體和光纖應用佔比分別為 65%和 14%左右，其中半導體、光伏和 光纖行業受政策和新興技術的拉動，發展迅猛。同時，石英玻璃有著高於普 通玻璃的機械性能，是近代尖端技術中空間技術、原子能工業、國防裝備、自動化系統以及半導體、冶金、化工、電光源、通訊、輕工、建材等工業中 不可缺少的優良材料之一。
傳統電光源增長較為穩定
根據 Technavio 報告《全球通用照明市場 2015~2019》報告，2014 年全球 通用照明市場規模為 807 億美元，2015 年為 849 億美元，同比增長 5.2%。隨 著未來全球經濟的發展和發展中國家城市化建設的進一步推進，Technavio 預計 2019 年全球通用照明市場總體規模將突破 1000 億美元，2014-2019 年 的年均複合增長率為 5.3%，全球照明市場保持平穩增長趨勢。石英股份光源 級石英管棒市佔率約 33%，2018 年光源級石英管棒營收為 2.6 億元，同比下 降-1%，較為平穩。
由於政策和新能源產業發展的帶動，光伏行業發展迅猛
石英玻璃所製造的石英坩堝是生產單晶矽所必需的石英容器，屬於拉制單晶 矽的消耗性器皿，每生產一爐單晶矽就用掉一隻石英坩堝。隨著新能源產業 發展和國家宏觀政策的支持，光伏行業在過去幾年得以快速發展，GTM 研究數據顯示，2017年全球光伏行業新增裝機容量約99GW，國內新增裝機量53.06 千兆瓦，佔全球新增容量的 53.6%，中國已成為全球最大的光伏市場。2013 年以來，中國光伏企業依託國家「一帶一路」的政策引導，產業規模不斷壯 大，產業集中度與技術水平不斷提升，多家光伏企業開始布局海外市場，光 伏行業的快速發展直接刺激和帶動了石英坩堝產品的市場需求。
受政策以及 5G 技術的影響，光纖前景廣闊
石英製品中的石英延長管、石英棒、光纖石英套管等主要應用在光纖預製棒 製成和光纖拉絲工藝中。根據 CRU 報告，2017 年全球和中國光纜需求量分 別為 4.92 億芯公裡和 2.86 億芯公裡，較上年分別增長 14.95%和 17.70%， 中國市場需求增長對全球市場的需求增長貢獻為 67.19%。受到各國政府對光 纖光纜行業持續的政策支持、移動網際網路高速增長和 5G 技術實施應用以及光 纖到戶等因素的影響，全球光纖光纜行業將繼續保持穩健增長，市場對光纖 預製棒、光纖和光纜的需求將會進一步提升，行業將迎來新一輪發展機遇。
新興應用發展+國產替代，半導體行業持續發展
石英製品（石英片、石英環等電子級石英製品）應用在半導體集成電路的基 本原料：晶圓生產過程中的矽片擴散、氧化、刻蝕等環節。隨著物聯網、區 塊鏈、汽車電子、無人駕駛、5G 等的發展，半導體行業有望保持高景氣度， 根據 ICinsights 數據，2015 年我國半導體自給率僅為 13.5%左右，國產替代 空間大。近年來，國家層面陸續出臺產業政策大力支持集成電路行業的發展， 整體規劃、國家集成電路產業投資基金和所得稅優惠政策將引導並加快我國 半導體行業的發展，也將驅動電子級石英產品市場規模進一步增長。
3.2、石英玻璃材料製備：電熔、氣熔產品分別用於擴散、刻蝕工藝
目前製備石英材料的方法主要有使用天然結晶石英（水晶或者純矽石）的電 熔法、氣熔法，以及通過 SiCl4 經過化學氣相沉積（CVD）合成的合成法。 電熔法分為連續電熔和真空電熔，相比氣熔石英材料，電熔石英材料耐溫性 更好，被廣泛用於生產半導體晶片製造所需要的石英玻璃部件，並且成本更 低，同時氣熔法羥基含量較高，電熔產品主要用在半導體的擴散等高溫區域, 氣熔產品是用在低溫下,如刻蝕等工藝上。合成法中直接合成法羥基含量極 高，但雜質含量低，適用於光學材料；間接合成和等離子體化學氣相沉積 （PCVD）能製備低羥基含量的石英材料。
羥基主要影響石英材料的鹼金屬以及熱穩定性： 1）高羥基材料中的羥基在高 溫環境中會形成羥基團，有效的將半導體工藝中危害較大的鹼金屬包裹起來， 阻止其汙染晶圓；2）羥基因為改變了 SiO2 的鍵合結構，降低了材料的熱穩 定性，造成石英製品的耐溫性能大幅降低，通常羥基含量超過 200ppm 的石英 材料，1050℃即開始軟化變形，低於低羥基產品超 100℃。氣熔法製取的石英材料也可以通過真空電阻爐加熱的方式進行脫羥，低溫區間的半導體工藝， 可以無視羥基的存在；高溫半導體工藝（1000℃以上）應考慮羥基對於材料 造成的實際影響，選擇經過脫羥處理的材料來使用。
3.3、海外企業佔主導，行業集中度高；受限於認證，國內高端產品不足
全球高端石英玻璃市場（尤其是以半導體、光通訊為主的電子級石英玻璃市 場），主要還是由賀利氏、邁圖、東曹、昆希等海外龍頭企業掌握。據 IBISWorld 統計，賀利氏、邁圖、東曹 2013 年的全球市場份額佔比合計超過 60%，市場 集中度較高，且海外龍頭企業皆在相應領域有得以立足的技術優勢、市場分 布較廣，普遍涉及歐洲、亞洲、美洲。國內的石英龍頭即為菲利華、石英股 份：
美國邁圖石英是全球石英行業龍頭企業之一。邁圖主要製備工藝是電熔法， 而且已經通過全球主要的半導體設備商 TEL 的認證，是高純度熔融石英製品 的全球領軍企業，市場主要集中在北美、歐洲和亞太地區。公司 2018 年石英 玻璃收入為 2.1 億美元；
德國賀利氏歷史悠久，成立於 1851 年，技術積累雄厚，採用氣熔及合成法制 備石英玻璃材料，是高純熔融石英的技術領導者，在高端合成石英玻璃材料 供應市場處於寡頭壟斷地位；
日本東曹採用氣熔、電 熔和合成法，主要產品為不透明 OP 系列熔融石英玻璃， 主要應用於半導體，佔下遊應用的 67%；
菲利華是國際第五家，國內唯一一家獲得國際主要半導體設備製造商（東京 電子）認證的石英玻璃材料企業，認證領域為低溫的刻蝕領域，公司石英制 品的下遊應用為半導體和航天航空（54%）、光通信和太陽能（45%），在半 導體領域應用相比其他國際性大企業較少。但在軍工領域，菲利華是國內石 英纖維獨家供應商；
石英股份是全球 3 家能批量生產高純石英砂的企業之一，目前正在 TEL 進行 全流程的認證，認證領域為高溫的擴散領域，相比低溫的技術難度更大；由 於暫未通過認證，目前石英玻璃製品用於半導體領域較少。
國內行業集中度較高，CR2 接近 80%；受限於認證，國內產品用於半導體行 業的較少。國內石英玻璃材料企業中，目前僅石英股份、菲利華在 A 股上市， 兩家公司 2018 年收入分別達到 6.33 億和 7.22 億；在石英玻璃加工企業中， 億仕達、凱德石英（石英股份參股 22.76%）、路博石英（已退市）三家企業 在新三板掛牌，規模較小；另外石英行業內還有眾多更小規模的生產中低端 產品的企業。受限於設備廠認證，石英股份和菲利華的產品用於半導體領域 的較少，2015 年，菲利華半導體用石英玻璃材料營收佔比僅為 28.82%；2018 年，石英股份光纖和半導體行業用石英材料營收佔比合計為 43.61%，都低於 2015 年全球石英玻璃下遊半導體佔比（65%）。
3.4、 通過半導體設備商的認證後，才能進入主流供應體系
認證是進入主流供應體系的 PASS 卡，流程複雜。石英產品屬於半導體工藝中 的關鍵耗材，半導體設備廠商會對高純石英砂、石英玻璃材料廠商和石英器 件加工商進行資質認證，只有通過資質認證的供應商產品，才有資格進入對 方供應鏈採購目錄，所以石英廠商只有通過 AMAT、LAM Research、TEL 等半 導體設備商的認證之後，才有可能進入主流半導體供應鏈系統。產品認證通 過與否為下遊是否能夠大規模放量，提升滲透率的核心要素。
石英玻璃材料企業 TEL 認證流程包括：1）體系認證：耗時半年到一年，認證 後直到整改通過才能進入現場審核階段；2）現場審核；3）產品測試：產品 測試階段通常耗時 3-4 周，測試後進行晶圓片分析，通常耗時兩周左右，產 品測試全流程通常在 2 個月左右，若數據指標能夠通過且波動不大，就會提 交給 TEL 總部，進行綜合判定。
石英玻璃製品企業（加工廠）產品 TEL 認證流程包括：1）備料環境：需要 向通過檢測的材料廠（邁圖、賀利世等）購買合格原材料，預計 2-3 個月；2） 改造合規：包括生產環境改造、設施改造、廠房改造等；3）產品檢測，通常 周期在 1 個月左右。
據 VLSI Research 統計，半導體設備市場集中度高，2018 年 CR5 達 65%。美 國的 AMAT（Applied Materials）憑藉在沉積、刻蝕、離子注入、熱處理等 設備領域的領先技術獲得高市佔率,2018 年市場份額為 17.27%，全球第一； 總部位於荷蘭的 ASML（阿斯麥）是全球最大的半導體光刻機設備及服務提供 商，在高端光刻機市場的佔比超 80%，處於壟斷地位；TEL（Tokyo Electron Limited）是日本最大的半導體設備廠商，公司主要產品包括半導體設備和平 板顯示設備，其中半導體設備包括刻蝕機、CVD、塗布/顯影機和清洗劑等。
目前，全球僅 5 家石英玻璃材料企業通過日本東京電子技術認證（TEL）； 菲利華、石英股份認證的分別是低溫、高溫領域。1）菲利華是全球第五家、 國內首家獲得國際半導體設備商認證的石英材料企業，也是目前國內唯一通 過國際三大半導體原產設備商認證的石英材料廠商，認證的是用於低溫領域 （刻蝕）的氣熔。2）石英股份正在全產業鏈環節認證（包含自給的高純石英 砂認證）中，認證的為高溫領域（擴散）的電熔，難度高於低溫領域的認證。 石英股份在日本東京電子認證（TEL 認證）的時間比較早，已經歷經 4 年之久，當前半導體產品的國際認證進入最後階段（刻蝕環認證已經通過，正在 進行擴散環節認證，預計在 2019 年底-2020 年初會最終落地），認證通過後 將大幅提升公司電子級石英管棒產品在下遊半導體行業的應用空間和市場份 額。相比石英玻璃製品企業，石英股份的認證難度較大，材料認證需要找合 格認證的加工廠進行加工（石英股份找的加工廠是大和），存在二次「汙染」 的情況，難度較高；再者，其主要認證的是高溫領域，採用連續電熔工藝制 備石英管/棒規模較大，技術壁壘更高，全球主要有賀利氏和邁圖兩家企業通 過高溫的認證。
4、石英材料應用在半導體行業最關鍵的矽片和晶圓製造環節
4.1、大尺寸矽片製造壁壘高，晶圓製造是核心
半導體製造在晶片設計流程後，可分為三個階段：1）單晶矽片製造，2）晶 圓製造，3）封裝測試。其中最為核心、難度最高、對相關材料要求最嚴苛的 為單晶矽片製造和晶圓製程環節，這也是半導體產業中價值含量最高的領域。 石英材料在半導體產業的應用正處在這兩個環節，石英玻璃鐘罩、石英玻璃 坩堝和石英玻璃舟支架等分別用於單晶矽片製造過程中的多晶矽還原、清洗、 矽片清洗；高精度石英玻璃基片是光掩模基板的主要基礎材料，在光刻流程 中使用，技術壁壘較高，是限制最小線寬的瓶頸之一；石英玻璃擴散管和石 英玻璃坩堝用於晶圓製造和加工過程。
1) 矽片製造：石英砂在溫度超過兩千攝氏度的並有碳源的電弧熔爐中，在高溫 下發生還原反應得到冶金級矽，然後將粉碎的冶金級矽與氣態的氯化氫反應， 生成液態的矽烷，然後通過蒸餾和化學還原工藝，得到了高純度的多晶矽； 多晶矽熔化物在坩堝中旋轉，把一顆籽晶浸入其中，並且由拉制棒帶著籽晶 作反方向旋轉，同時慢慢地、垂直地由矽熔化物中向上提拉後得到單晶矽錠/ 棒；之後通過外徑研磨、切片、拋光、清洗後就得到矽片。大尺寸矽片技術 壁壘高，目前 12 寸矽片的技術僅有少數廠家突破，在以下 4 方面存在較強技 術壁壘：大直徑帶來的熱場設計、磁場設計、控制技術和導流筒設計難度； 氧雜質帶來的製造缺陷；拋光工序；表面金屬雜質濃度的降低和檢測等。
2) 晶圓製造: 晶圓即擁有集成電路的矽晶片。據集成電路（IC）設計，進行晶 圓製造。該環節是整個半導體工業的核心。主要包括氣相外延、氧化、化學 氣相沉積（CVD）、濺射、光刻、刻蝕、離子注入/擴散、清洗等工藝。用於 矽片和晶圓製造的石英器件可以分為高溫區器件和低溫區器件兩大類：1)高 溫區器件主要是擴散氧化等環節使用的爐管、擴散管、玻璃舟架等，需要在 高溫環境中直接或間接與矽片接觸，主要採購電熔石英玻璃材料，通過熱加 工生產；2)低溫區器件主要是刻蝕環節的石英環等，還包括清洗過程中的花 籃、清洗槽等，主要在低溫環境中使用,主要採購氣熔石英玻璃，通過冷加工 生產。其中高溫區器件消耗速度較快，但是類似多片機（一個承載器具承放 多個矽片），低溫區器件消耗速度較慢，但屬於單片機（一個承載器具承放 一個矽片）；因此兩者整體市場規模相對比較接近。
光刻工序決定光掩膜版質量，光掩模版佔半導體材料成本達 14%
光掩模版工作原理類似於相機的「底片」，是下遊行業產品製造過程中 的圖形「底片」轉移用的高精密工具，是承載圖形設計和工藝技術等知 識產權信息的載體。光掩膜主要由兩部分組成:基板和不透光材料。據清 溢光電招股書，基板的採購成本佔光掩膜版原材料採購成本的 90%。依 據所需要的圖形，用光刻機在原材料上光刻出相應的圖形，將不需要的 金屬層和膠層洗去，即得到掩膜版產成品。掩膜版的原材料掩膜版基板 是製作微細光掩膜圖形的感光空白板。通過光刻製版工藝，將微米級和 納米級的精細圖案刻制於掩膜版基板上製作成掩膜版。針對下遊半導體 晶片的主要產品有半導體集成電路凸塊（IC Bumping）掩膜版、集成電 路代工（IC Foundry）掩膜版、集成電路載板（IC Substrate）掩膜版、 發光二極體（LED）封裝掩膜版、微機電（MEMS）掩膜版。掩膜版對下遊 行業生產線的作用主要體現為利用掩膜版上已設計好的圖案，通過透光 與非透光的方式進行圖像（電路圖形）複製，從而實現批量生產。
光刻工序是決定光掩膜版質量的最重要的環節。掩膜版的主要生產工藝 流程包括圖形設計、轉換、圖形光刻、顯影、蝕刻、脫膜、清洗、尺寸 測量、缺陷檢查與修補、清洗、貼膜、檢查以及出貨。
i. 圖形光刻：是決定質量最重要的環節，通過光刻機進行雷射光束直 寫完成客戶圖形曝光。掩膜版製造都是採用正性光刻膠，通過雷射 作用使需要曝光區域的光刻膠內部發生交聯反應，從而產生性能改 變。
ii. 顯影：將曝光完成後的掩膜版顯影，以便進行蝕刻。在顯影液的作 用下，經過雷射曝光區域的光刻膠會溶解，而未曝光區域則會保留 並繼續保護鉻膜。
iii. 蝕刻：對鉻層進行蝕刻，保留圖形。在蝕刻液的作用下，沒有光刻 膠保護的區域會被腐蝕溶解，而有光刻膠保護的區域的鉻膜則會保 留。
據 SEMI 數據，在半導體原材料的總成本中，光掩膜版佔比為 14%，僅次於佔 比 32%的矽片，兩者總成本佔比 46%。光掩膜版的主材料是掩膜基版，菲利華 是國內首家具備生產 G8 代大尺寸光掩膜版基材能力的企業，目前已推出從 G4 到 G8 代的系列產品，是國內唯一可以生產大規格光掩膜基板的企業。但目前國內光掩模基板產業鏈沒有打通，菲利華產品需在日韓經過精磨、鍍膜 等精加工流程後，才能返回國內光掩膜版廠商進行光刻。
集成電路刻蝕環節必須使用耐腐蝕性的石英玻璃材料及製品
刻蝕可以分為溼法刻蝕和幹法刻蝕，幹法是主流。溼法刻蝕各向異性較差， 側壁容易產生橫向刻蝕造成刻蝕偏差，通常用於工藝尺寸較大的應用，或用 於幹法刻蝕後清洗殘留物等。幹法刻蝕是目前主流的刻蝕技術，其中以等離 子體幹法刻蝕為主導。刻蝕的目的是把圖形從光刻膠轉移到待刻蝕的薄膜上。 集成電路製造工藝繁多複雜，其中光刻、刻蝕和薄膜沉積是半導體製造三大 核心工藝。薄膜沉積工藝是在晶圓上沉積一層待處理的薄膜，勻膠工藝是把 光刻膠塗抹在薄膜上，光刻和顯影工藝是把光罩上的圖形轉移到光刻膠，刻 蝕工藝即把光刻膠上圖形轉移到薄膜，去除光刻膠後，即完成圖形從光罩到 晶圓的轉移。
在需求增長較快的刻蝕設備領域，行業集中度較高，泛林半導體佔據刻蝕設 備市場份額半壁江山。據 The Information Network 統計，LAM Research 在需 求增長較快、行業集中度較高的刻蝕設備領域佔據半壁江山，2017 年市佔率達 55%。因為刻蝕環節需要去掉鏤空的薄膜，因此集成電路刻蝕環節必須使 用耐腐蝕性的石英玻璃材料及製品。刻蝕環節石英材料使用量較大；主要產 品包括石英環、石英玻璃反應腔和樣品支架等。另外在矽片酸洗和超聲波清 洗工序也需要使用擁有極高化學穩定性的石英玻璃材料，主要產品包括石英 玻璃花籃（矽片酸洗、超聲波清洗）、清洗槽（洗滌液的承載器）等。
擴散屬於高溫領域，要求石英材料耐高溫
擴散的主要用途是在高溫條件下對半導體晶圓進行摻雜,即將元素磷、硼擴散 入矽片,從而改變和控制半導體內雜質的類型、濃度和分布,以便建立起不同 的電特性區域。採用不同的摻雜工藝,通過擴散作用，將 P 型半導體與 N 型半 導體製作在同一塊半導體矽片上。半導體中的擴散屬於三種輸送現象（質量 傳輸、熱傳遞和動量傳輸）中的質量傳輸，需要在 850℃以上的高溫環境下， 效應才夠明顯；而據賀利氏披露，臥式爐的擴散、氧化和退火工序需要在高 溫環境下（>1150℃）也能保持溫度穩定性能的特種石英材料。
擴散流程分為前擴散和後驅入兩個步驟：1）前擴散：當高溫爐管升至工作 溫度後，把待擴散晶圓推入擴散爐中，然後開始釋放擴散源進行擴散；2） 後驅入：又稱為高溫退火工序，用於決定摻雜量的邊界條件，基本上只維 持爐管的驅入工作溫度，擴散源不再釋放。
3) 封裝測試：完成封裝測試後即可進行組裝，完成晶片製作。
4.2、IC 佔半導體市場 83.9%，矽片市場高度集中
2018 年，半導體市場中，集成電路銷售額佔比達 83.9%。半導體是導電性介 於導體（金屬）與絕緣體（陶瓷、石頭）之間的物質，包括矽、鍺、砷化鎵。 半導體分為四類產品：集成電路（IC）、光電子器件、分立器件和傳感器。 其中銷售額規模最大的是集成電路，2018 年全球半導體和集成電路市場規模 分別為 4688 億和 3933 億美元，同比增長分別為 13.7%和 14.6%，集成電路 銷售額佔半導體總銷售額的 83.9%，同比上升 0.64pct。
集成電路產業分為設計、製造和封裝測試三大環節。設計處於集成電路產業 上遊，毛利率較高，以美國為主的公司處於領先地位，國內起步較晚，目前 仍然處於追趕地位；石英製品參與集成電路的製造環節的矽片和晶圓製造， 行業壁壘高，資本投入大，中國臺灣、美國和韓國企業處於領先地位；封裝 測試的技術壁壘相對較低。據中國半導體行業協會統計，2019 年 1-6 月中國 集成電路產業銷售額為 3048.2 億元，同比增長 11.8%，其中，設計業同比增 長 18.3%，銷售額為 1206.1 億元；製造業同比增長 11.9%，銷售額為 820 億 元；封裝測試業銷售額 1022.1 億元，同比增長 5.4%。2014-2018 年，中國集 成電路年均複合增長率為 21.32%，設計、製造和封裝測試業的 CAGR 分別 為 24.55%、26.41%和 14.96%。2018 年，封裝測試業的銷售佔比相比 2014 年下降 8.1pct，設計和製造業分別上升 2.8pct 和 4.2pct。
矽片市場高度集中。半導體矽片又稱為矽晶圓，是製作集成電路的重要材料， 通過對矽片進行光刻、離子注入等手段，可以製成集成電路和各種半導體器 件。半導體矽片產品主要有三大類構成，包括拋光片、外延片、絕緣體上矽 SOI：
拋光片：用量最大的產品，其他的矽片也都是在拋光片的基礎上二次加工產 生的。單晶矽棒經過裁切、外徑研磨、切片後得到矽片，然後通過物理磨削 和拋光後，得到拋光片；
外延片：拋光片在外延爐中加熱到 1200℃左右。通過汽化的四氯化矽（SiCl4） 和三氯矽烷（SiHCl3）生長氣相外延。它具有拋光片所不具有的某些電學特 性並消除了許多在晶體生長和其後的晶片加工中所引入的表面/近表面缺陷；
絕緣體上矽 SOI：SOI 最上面是頂層矽，中間是掩埋氧化層，下方是矽襯底。 SOI 優勢在於可以通過氧化層實現高電絕緣性，這將大大減少矽片的寄生電 容以及漏電現象。
大尺寸矽片具有規模效應。根據 Gartner 的數據，預計 2020 年全球矽片市 場規模將達 110 億美元。2018 年全球半導體矽片（包括拋光片、外延片、SOI 矽片）行業銷售額前五名企業的市場份額分別為：日本信越化學 28%，日本 SUMCO25%，中 國臺灣環球晶圓 14%，德國 Siltroni14%，韓國 SK Siltron10%， CR5 接近 90%，市場呈現壟斷局面。隨著半導體行業的發展，矽片的尺寸逐 步增大。從 1965 年誕生的 2 英寸（50mm）直徑矽片，到 4 英寸（100mm）、 5 英寸（125mm）、6 英寸（150mm）、8 英寸（200mm），再到 2000 年的 12 英寸（300mm）矽片。矽片直徑越大，在一個矽片上經一次工藝循環可製作的 集成電路晶片數越多，具有顯著的規模效應。在 12 英寸矽片領域，前五家 廠商的市佔率更是達到了 97.8%。2011 年，全球五大半導體廠商 IBM、英特 爾、三星電子、臺積電和 Global Foundries 共同成立全球 450mm 聯盟 （G450C），用於推動 18 寸矽片發展。
晶圓代工市場高度集中，前四大代工廠市佔率穩定。據拓墣產業研究院數據， 2019Q3，晶圓代工廠市佔率排名前四位的分別是臺積電、三星、格芯 （GlobalFoundries）和聯電（UMC），市佔率分別為 50.5%、18.5%、8.3%、 6.7%，前四大代工廠市佔率排名穩定。晶圓代工企業大多為中資公司，國內 企業通過認證後，接入供應鏈放量會比較快捷。
5、2019 年，半導體石英市場空間約為 212 億元
5G、物聯網、人工智慧崛起，半導體市場空間廣闊
隨著 5G、物聯網、人工智慧等市場的迅速崛起，半導體行業迎來更多發展機 遇和空間。未來存儲器、汽車電子和工業用半導體晶片是帶動半導體市場成 長的最直接因素，5G 網絡、NB-IoT 也將積極推動半導體產業步入黃金期。 而 PC 和智慧型手機等傳統半導體市場的增長將持續放緩。物聯網將成為發展最 快的領域，2015- 2020 年 CAGR（複合年均增長率）高達 13.3%，IC（集成電路）整體市場的增長率約為 4.9%。同時，汽車電子領域也呈現出高速增長的 態勢，增長率達到 10.3%。
政策環境寬鬆 助力行業發展
半導體行業是技術壁壘和資金壁壘較高的行業，也是我國發展高端製造等戰 略性新興產業的重要方向。據海關總署的數據顯示，我國集成電路貿易逆差 逐年增大，2018 年達 2274 億美元，同比增長 17.7%。
近年來，國家層面陸續出臺產業政策大力支持集成電路行業的發展。2012 年 工信部出臺了《集成電路產業「十二五」發展規劃》，規劃指出到「十二五」末， 我國集成電路的產業規模再翻一番，關鍵技術和產品取得突破性進展；2014 年，國務院出臺《國家集成電路產業發展推進綱要》指出，到 2020 年，集成 電路全行業銷售收入年均增速超過 20%，同時將設立國家產業投資基金，吸 引各類資金，重點支持集成電路製造領域；2018 年，財政部、稅務總局、國 家發展改革委和工信部聯合出臺了《關於集成電路生產企業有關企業所得稅 政策問題的通知》，頒布了一系列免稅、減稅的稅收優惠政策。國家集成電路 產業投資基金和所得稅優惠政策將引導並加快我國半導體行業的發展，也將 驅動電子級石英產品市場規模進一步增長。
半導體行業或將迎來進口替代需求，半導體石英市場空間較大
國內石英材料價格更低，國產替代有空間，中國半導體市場同比增超 20%。 2014 年 H1，國產和進口石英錠用石英砂價格分別為 17.7 和 66.6 元/公斤，進口 料價格是國產料的 3.8 倍，國產石英材料具有明顯的價格優勢。據 WSTS 數據， 2018 年全球和中國市場的半導體銷售額分別為 4688 億和 1579 億美元，分別 同比增長 13.7%和 20%；國內半導體銷售額佔全球銷售額比例逐年增加，2018 年達 34%，同時，2017/2018 年中國半導體市場同比增速達 22%/20%,國產替 代迎來更大的空間。
電子級石英產品是半導體領域中不可或缺的原材料。晶圓作為半導體集成電 路的基本原料，其生產中的矽片擴散、氧化、刻蝕等環節均需要消耗大量的 石英片、石英環等電子級石英製品；而電子級石英製品因其高純度、耐高溫、 低熱膨脹性、化學穩定性強等優良性能，亦在半導體晶片製造加工中被廣泛 應用。因此，電子級石英製品與半導體行業之間密切的關係，半導體行業的 高速發展將直接帶動電子級石英產品的發展。據世界半導體貿易統計機構 （WSTS）預計，2019 年全球半導體銷售額有望達到 4090 億美元，據興證有 色團隊草根調研結果，半導體石英市場規模約為 212 億元，電熔法、氣熔法 的市場空間分別為 20-30 億元、10-20 億元。
6、推薦國內上市公司：石英股份和菲利華
6.1、石英股份：全產業鏈布局，認證通過在即
6.2、菲利華：國內唯一通過認證，半導體和航空航天是未來增量
……
（報告來源：興業證券）
獲取報告請登陸未來智庫