暫停天然砂對台出口能打擊台灣的半導體產業嗎？澄清一些關於晶硅和高純石英砂的誤解_風聞

马氏体-2022-08-08 14:03

2022-08-08

8月3日，商務部宣佈暫停天然砂對台灣地區出口。

天然砂主要用於建築行業中的混凝土，也被用於玻璃、陶瓷、耐火材料、金屬鑄造等。天然砂由岩石經年累月風化破碎、被河流和海水搬運堆積而成，是一種稀缺的自然資源。暫停天然砂對台灣地區出口，主要目的是保護天然砂資源，針對的是台灣地區的建築業。但因為“從沙子到芯片”的説法太過深入人心，很多人認為，這也是對台灣的優勢產業——半導體產業的打擊。事實果真如此嗎？

（韓國SK海力士公司在無錫生產的存儲器晶圓）

硅片是半導體生產的基石，也是金額佔比最高的原料。

所以，我們倒過來看這個問題。首先查一下，台灣半導體產業的龍頭——台積電的硅片從哪兒來？

根據台積電提供給美國證券交易監督委員會（U.S. Securities and Exchange Commission）的年報“Form 20-F”（因為台積電在美國紐約證券交易所上市），近幾年台積電的主要硅片供應商為：

這六家供應商總計佔到台積電硅片供應量的90%以上。

目前半導體硅片市場的集中度很高，五大巨頭市場佔有率近90%。我國大陸的半導體硅片實力還比較弱小，最大的半導體硅片企業——上海硅產業集團在國際巨頭面前也相形見絀，且大陸的硅片產能主要是8英寸、6英寸及以下的小尺寸硅片，用於生產先進半導體的12英寸大尺寸硅片的自給率很低。

那麼，我們就繼續往上追溯台灣地區自產半導體硅片的廠家——台塑勝高（由台塑集團和日本勝高合資建立）和環球晶圓。

先來看看硅片是如何生產的：

生產硅片的原料是多晶硅（上圖為單晶硅生長設備的坩堝，其中放入小塊狀的多晶硅原料，另外還要添加微量的摻雜劑）。

多晶硅加熱熔化後，把一小塊硅晶種浸入熔融的硅液中，邊旋轉、邊提拉，硅液在晶種上結晶，長成下圖所示的單晶硅大棒（這是一根光伏行業的單晶硅棒），再切割成硅片。

硅片廠只負責以多晶硅為原料生產出硅片，因此多晶硅原料是從外部供應商採購的。

台塑勝高和環球晶圓這兩家都是上市公司，可以嘗試從其年報中窺探多晶硅供應商的信息。

環球晶圓的年報裏供應商都用代號表示，而台塑勝高列舉了幾家主要的多晶硅供應商：

雖然台塑勝高年報中各家供應商的具體份額仍然是用代號表示的，但是查閲上海硅產業集團的招股書可知2016-2019年9月向瓦克集團（德國）、Hemlock（美國）、丸紅株式會社（日本）採購的多晶硅佔總金額的75%~95%。所以有理由推斷，台灣企業的多晶硅主要也是向國外巨頭採購的。

生產多晶硅（上圖）的原料是石英砂，在電爐中用焦炭還原為工業硅（下圖）。

用於生產多晶硅的工業硅的純度一般在99%以上，進一步提純主要採用改良西門子法，即用氯化氫（HCl）將硅轉化為三氯氫硅（SiHCl3）。這是一種低沸點的液體，通過蒸餾提純。

在還原爐裏，用H2在1000℃以上的高温中把純化後的三氯氫硅還原為硅，沉積在硅棒表面。

硅棒越來越粗，一段時間以後取出來敲碎，得到高純度的多晶硅。

雖然我國擁有非常發達的晶硅太陽能電池產業，多晶硅產能佔全世界的69%，硅片產能佔93.7%，但這些大多是純度稍低的太陽能級的產品（純度在99.9999%以上，即6個9），半導體行業所用的電子級多晶硅對純度要求更高，要達到99.999999999%（即11個9）。

近年來我國已建成不少電子級多晶硅項目，如國家電投黃河水電公司產能3300噸/年，江蘇鑫華半導體公司產能5000噸/年，但國產電子級多晶硅的實際供貨量很少（2020年的數據是不超過800噸）、市場份額較小（國內率先實現突破的黃河公司在國內集成電路用多晶硅市場佔有率約20%，鑫華半導體的電子級多晶硅已在上海硅產業集團進行了生產與使用論證）、12英寸硅片所用的電子級多晶硅幾乎完全依賴進口、產品一致性和穩定性相比於國外巨頭仍有差距、國產設備的水平有待提高。目前全球電子級多晶硅年產量約三四萬噸，國內需求量在2000噸以上且隨着國內大量硅片項目建設而快速增長，電子級多晶硅仍然需要大量進口。

查詢硅片的進出口數據可知，2021年，中國硅片（直徑＞15.24cm的單晶硅切片，即6英寸以上硅片，税號38180019）出口數量51071.59噸，進口數量5010.54噸，出口均價為6.11萬美元/噸，進口均價為46.88萬美元/噸。巨大的出口量主要是太陽能級硅片，但高價值的半導體硅片仍然需要大量進口，主要來源有日本、中國台灣、韓國等地，與半導體硅片巨頭的分佈相吻合。顯然，這是因為電子級多晶硅和大硅片的自給率不足。

所以，回到一開始的問題，同樣以二氧化硅（也就是石英）為主要成分，生產半導體和太陽能電池所用的石英砂原料，和建築用的天然砂有什麼區別嗎？

（砂在地質學中指粒徑在0.074~2mm的礦物或岩石顆粒，在建築行業指粒徑小於4.75mm、滿足各項要求的岩石顆粒）

答案已經呼之欲出了——純度。

與雜質含量高、顏色一看就不乾淨的天然河砂、海砂不同（也有長石等礦物組成的天然砂），生產高純度硅產品需要用到純度在99%以上的石英砂，這就不是隨隨便便什麼沙子能夠滿足的（上圖是江蘇連雲港市東海縣的高品質石英石礦）。新疆是我國工業硅的主產區，產量佔全國的三分之一以上，就是因為新疆有豐富的優質石英礦，同時能夠提供充沛而廉價的電力。而且，冶煉所用的石英砂主要由石英質岩石開採破碎而來，與河湖海洋中挖出的砂不是一回事。

工業硅的生產成本大頭是電弧爐冶煉所需的電力和還原劑，新疆恰好不缺煤碳和電力，又能提供石英礦。工業硅的主要應用領域包括有機硅（生產硅橡膠等）、鋁合金和光伏。

純度達到99.9%以上的石英砂被稱為高純石英砂，其中又分為三六九等。純度達到99.999%****（5N）的高純石英砂被用於生產半導體行業的石英坩堝，光伏行業的石英坩堝對純度要求稍低，為99.998%（4N8）。另外，各種中高端（4N及以上）高純石英砂被用於半導體和光伏工業的各種石英器具、精密光學儀器、光纖等。也可以用化學合成的方法從其他高純硅化合物製備高純石英砂，但成本比提純天然石英砂更高。

石英坩堝用於加熱多晶硅製取單晶硅，直接與熔融硅液接觸，所以對純度和品質要求極高，否則其中的雜質就會混入辛辛苦苦提純好的多晶硅裏。

自然界中最好的高純石英來源是天然水晶，但隨着天然水晶資源日漸枯竭，目前主要的供應來源是白崗巖（二氧化硅含量達75%的花崗岩）、花崗偉晶岩、石英脈、石英砂堆積物（自然產物或尾礦）等。從頂級的石英礦中直接分離出的石英砂的純度可達99.9%以上，之後再經過焙燒、酸浸、磁選、浮選等多種處理，才能進一步把石英砂的純度提高到99.999%以上。

氧和硅是地殼丰度排前兩位的元素，地球上不缺二氧化硅，但天然的二氧化硅裏往往摻混有很多雜質，可用生產5N高純石英砂的原料礦牀極為稀缺，主要分佈在美國、挪威、澳大利亞、俄羅斯、毛里塔尼亞、中國、加拿大等7個國家，其中美國的供應量曾佔全球的90%以上。

我國硅質資源豐富，保障了光伏行業的晶硅原料供應；在高純石英方面，4N石英砂已國產化，5N石英砂技術也已突破，但缺乏最頂級的高純石英資源，用於生產高純石英坩堝的4N8和5N石英砂仍然需要大量進口。隨着光伏行業的飛速發展，光伏坩堝用高純石英砂供不應求（全球年需求量達六七萬噸），價格飛漲（今年初達到5萬元/噸），成為光伏行業的一大熱點。我國是世界最大的高純石英進口國，2019年進口量達14.45萬噸，國產高純石英資源的勘探和提純利用仍然有待大力發展。

雖説建築用砂的要求遠遠不如半導體，但是天然砂是在漫長的時間內由水流沉積而成，屬於不可再生資源，且挖掘天然砂對河湖海洋生態有嚴重的破壞，還會威脅堤壩的安全。商務部、海關總署早在2006年第四批《禁止出口貨物目錄》中就禁止了天然砂的出口，但為了滿足台灣地區對天然砂的迫切需求，於2008年恢復了對台灣地區的天然砂出口，如今再度暫停。

淮河上曾經非法採砂氾濫，把河道挖得千瘡百孔

在進出口税則中，天然砂涉及到25051000、25059000兩個税號，分別為硅砂及石英砂、其他天然砂；作為硅礦石應用於半導體行業的石英砂，税號是25061000.00，即“石英（天然砂除外）”，是兩種不同的商品，並不在限制之列。所以，暫停對台灣地區的天然砂出口並不會對台灣的半導體產業造成衝擊（除非是新建廠房時缺少建築材料）。

根據我查到的公開信息，台灣地區的半導體產業主要以進口多晶硅（來自美、日、德等企業）為原料生產硅片，另有進口硅片，並不需要採購大陸的石英砂來冶煉硅，生產半導體工業石英器具所用的高純石英砂原料（主產國是美國）對大陸也無依賴，更不會被天然砂供應短缺所限制。

半導體是台灣地區的優勢產業，也是我們在產業升級過程中的一大難關。這是一個技術含量很高、涉及非常廣的產業鏈，沒有捷徑可走，只能從每一項關鍵技術、關鍵設備、關鍵材料出發，紮紮實實攻關，才能把半導體產業鏈牢牢把握在自己手中。

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