芯片制造的核心材料,被美法德日四国垄断,国产替代计划全面加速

芯片制造的核心材料,被美法德日四国垄断,国产替代计划全面加速,第1张

2018 年全球集成电路用电子气体的市场规模达到 45.12 亿美元,同比增长 16%,中国集成电路用电子特气的市场规模约 4.89 亿美元。半导体用电子特气行业增速高,庞大的市场规模,让电子特气的国产替代计划全面加速!

什么是电子特气呢?电子气体是指用于半导体及相关电子产品生产的特种气体。

通常半导体生产行业,将气体划分成常用气体和特殊气体两类。其中,常用气体指集中供给而且使用非常 多的气体,比如 N2、H2、O2、Ar、He 等。特种气体指半导体生产环节中,比如延伸、离子注进、掺和、洗涤、遮掩膜形成过程中使用到一些化学气体,也就是我们现在所说的电子特气,比如高纯度的 SiH4、PH3、AsH3、B2H6、N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCl3、BF3、HCl、Cl2等,

电子特气按其本身化学成分可分为:硅系、砷系、磷系、硼系、金属氢化物、卤化物和金属烃化物七类。按在集成电路中不同应用途径可分为掺杂用气体、外延用气体、离子注入气、发光二极管用气、刻蚀用气体、化学气相沉积气和平衡气。在半导体工业中应用的有110余种单元特种气体,其中常用的有超过30种。

除了半导体产业,电子特气广泛应用于太阳能电池、移动通讯、 汽车 导航及车载音像系统、航空航天、军事工业等诸多领域,所以也被称为电子工业的“血液”。

可以说,如果想要发展半导体产业,电子特气不可或缺。电子特气贯穿半导体各步工艺制程,尤其在半导体薄膜沉积环节发挥不可取代的作用,是形成薄膜的主要原材料之一。又决定了集成电路的性能、集成度、成品率,特气若不合格轻则导致产品严重缺陷,重则导致整条生产线被污染乃至全面瘫痪。

在半导体领域,电子特气在半导体制造的材料成本中占比高达 13%,是仅次于硅片的第二大材料。之所以成本如此高,是因为电子特气的技术难度不低。

电子特气对纯度的要求很高,因为纯度如果没有达到要求的话,电子特气中水汽、氧等杂质组就容易使半导体表面生成氧化膜,影响电子器件的使用寿命,而电子特气中含有的颗粒杂质会造成半导体短路及线路损坏。可以说纯度的提高,对电子器件生产的良率和性能起到了至关重要的作用。

伴随半导体工业的不断发展,芯片制程不断提高,如今已经做到了5nm,快要逼近摩尔定律的极限,,相当于头发丝直径(约为0.1毫米)的二万分之一。所以这也对半导体生产的电子特气纯度亦提出了更高的要求。

电子特气纯度提升的影响因素主要包括“气体的分离和提纯”、“气体杂质检测和监控”、“气体的运输和储存”三个方面,以“气体的运输和储存”为例,高纯特气在储存和运输过程中要求使用高质量的气体包装储运容器、以及相应的气体输送管线、阀门和接口,确保避免二次污染,而且一些电子特气还具有自燃性、腐蚀性、毒性等,所以运输和存储都要特别小心。

目前全球特气市场包括美国空气化工、普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气、日本大阳日酸株式会社等公司占据了全球电子特气90%以上的市场份额。国内市场也被这几大企业控制了85%的份额。

随着中国对半导体产业的扶持加大,芯片国产化率的不断提高,电子特气也要跟上步伐,能够做到自给自足。

以昊华 科技 为例,是国内唯一具有4N高纯硒化氢产品研制及批量生产能力的企业。高纯硒化氢产品填补了国内空白,指标达到国外先进水平。此外,它们企业的特种气体产品还包括绿色四氧化二氮、高纯硫化氢、二氧化碳-环氧乙烷混合气(熏蒸剂)、标准混合气体等。昊华 科技 与韩国大成合作建设的 2,000 吨/年三氟化氮项目,广泛应用于蚀刻、清洗、 离子注入等半导体生产工艺。

目前,昊华 科技 部分产品已实现 进口替代。公司工业级六氟化硫国内市占率约为 30%,电子级六氟 化硫市占率约为 70%,三氟化氮市占率约为 30%。

但目前的难题是,电子特气种类太多,如果要全部做到高端化,难度比较高,目前也缺乏领军型的企业。

2014年,国家集成电路产业投资基金成立,首期募集资金规模达1387亿元。基金二期募资于2019年完成,募资2000亿,也就是目前中国共募资3387亿,对设备制造、芯片设计和材料领域加大投资。

中国也立下了宏伟目标,明确提出在2020年之前,90-32nm设备国产化率达到50%,2025年之前,20-14nm设备国产化率达到30%,而国产芯片自给率要在2020年达到40%,2025年达到70%。

国家目前也开始对电子特气领域进行投资扶持,可以说随着中国对半导体产业的不断重视,国产全面替代计划终会成功!

在中、美、俄三方的半导体贸易当中,有一个很有意思的关联。

中国是世界上最大的半导体市场。美国基本垄断了世界上的半导体技术,但俄罗斯却掌握了美国半导体制造的部分核心材料。

2021年,我国半导体产业的进口额就超过了3500亿美元,同比增长约7%。

根据世界半导体贸易统计组织(WSTS)的数据,2021年全球半导体市场总增长只有3%左右。这意味着,中国不仅是世界上最大的半导体市场,而且它的市场增速是全球的约2倍。

我们虽然经过被美国断供芯片的教训之后,已经在大力发展自己的半导体产业。但根据国内的数据显示,在在闪存、内存、微处理器、现场可编程门阵列、微控制器、图像处理器等技术含量更高的半导体领域,我国半导体公司生产的份额合计仍然不到全球市场的1%。

在全球半导体份额当中,美国占了全球一半以上,依然处于全球领先地位。

2021年,美国半导体的销售额达到了 2575亿美元,而且以每年约7%的速度在增长。

日本在全球半导体市场当中约占了10%的份额,韩国大概是21%,台积电大概占了8%。

但我们不能忽略一个事实,就是美、日、韩联盟。

日本、韩国虽然也占据了一定的半导体市场,但在出口政策上深受美国的约束和影响。

简单地说,就是日本跟韩国的半导体出口到哪个国家,最终的自主权还是掌握在美国人手里。

在半导体制造过程当中,氖气和钯金属是两种主要核心材料。

而美国半导体行业所需的氖气有约90%是要从乌克兰进口,有40%以上的钯金属要从俄罗斯采购。

如果缺乏氖气跟钯金属,那么美国的芯片、 汽车 、电脑、通讯终端、人工智能等多个行业的生产都将会受到严重影响,有的厂商甚至会因此破产。

所以美国的半导体产业的咽喉是掌握在俄乌两国手中的。

但遗憾的是,美国与俄罗斯目前的关系是水火不容,美国带领西方国家在经济上对俄罗斯进行了无孔不入的围剿,甚至不惜冻结了俄罗斯的外汇储备。

乌克兰目前的局势也不容乐观,俄罗斯基本上控制了乌克兰所有的贸易出海口。

如果俄罗斯切断氖气和钯金属对美国的供应,那美国能否能够迅速找到替代者?

答案是很难。

钯金是世界上最稀有的贵金属之一,它的储量是非常少的。

钯金在地壳中的储量大概只有2000万吨,而且世界上只有北美、俄罗斯和南非等少数国家才能产出。

位于加拿大多伦多的钯金公司在2018年一共也只生产了230000盎司的钯金。

美国半导体行业分析师曾发出警告,俄罗斯一旦对美国进行报复,那么这两种材料将可能对美国形成卡脖子,到时候美国的半导体行业只成为受害者,芯片生产将会受到重大打击。

显然,对于美国发起的贸易制裁,俄罗斯还没有选择真正反击,手里还握有多张王牌。


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