高純度氟化氫突圍記
高純度氟化氫突圍記
來(lái)源：中國(guó)電子報(bào)
2019年7月，日本政府宣布對(duì)出口韓國(guó)的半導(dǎo)體工業(yè)材料加強(qiáng)審查和管控，并將韓國(guó)排除在貿(mào)易“白色清單”以外，這些半導(dǎo)體材料包括含氟聚酰亞胺、光刻膠、氟化氫。為應(yīng)對(duì)這一局勢(shì)，韓國(guó)政府牽頭，鼓勵(lì)韓國(guó)半導(dǎo)體材料企業(yè)加快研發(fā)，全力突破日本企業(yè)的壟斷，并最終成功突圍。2023年3月，日本政府決定解除限制向韓出口上述三種關(guān)鍵半導(dǎo)體材料的措施，將韓日出口貿(mào)易恢復(fù)至2019年7月之前的狀態(tài)。至此，日韓之間的這場(chǎng)“貿(mào)易戰(zhàn)”接近尾聲。
發(fā)生在日韓半導(dǎo)體領(lǐng)域的壟斷與反壟斷、管制與反管制的故事，反映出濫用出口管制措施的巨大破壞性，以及維護(hù)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈穩(wěn)定的重要性。在長(zhǎng)達(dá)三年的這場(chǎng)“貿(mào)易戰(zhàn)”中，上述三種半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)也發(fā)生了相應(yīng)的變化，高純度氟化氫、含氟聚酰亞胺、光刻膠三種半導(dǎo)體材料的產(chǎn)業(yè)故事，值得深思。
高純度氟化氫被稱(chēng)為半導(dǎo)體制造的“血液”，在芯片制造的用途極其廣泛，是保證芯片質(zhì)量的關(guān)鍵材料。生產(chǎn)一款芯片大概需要500至1000個(gè)步驟，其中大約10%的步驟都會(huì)用到高純度氟化氫，包括晶圓表面清洗、雜物清除、刻蝕、基板切割等。高純度氟化氫作為一種關(guān)鍵性基礎(chǔ)化工材料，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)線停擺。
“干式蝕刻”和“濕式蝕刻”是目前半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)兩種主流的蝕刻技術(shù)，高純度氟化氫最主要的用途就是濕式蝕刻。濕式蝕刻即使用酸或堿的水溶液快速除去大量材料或完全去除特定材料，高純度氟化氫的用途是去除氧化硅。物以稀為貴，高純度氟化氫是在氫氟酸的基礎(chǔ)上加工生產(chǎn)的，制造難度非常大。而氟化氫技術(shù)的提升與改進(jìn)是不斷提升純度的過(guò)程，難度隨著制程工藝的迭代持續(xù)攀升。
記者了解到，IC制程中電子氣體純度通常要求在6N（99.9999%）以上。12英寸、90納米制程的IC制造技術(shù)需要電子氣體純度達(dá)到99.999%~99.9999%（5N-6N），氣體雜質(zhì)需要控制在10。28nm及6~10nm制程工藝，電子氣體雜質(zhì)要達(dá)到ppb（10-12）級(jí)別。
并且，高純度氟化氫還具有不可替代性和非標(biāo)準(zhǔn)化性。因?yàn)闊o(wú)論是清洗還是刻蝕，每個(gè)制造商都有各自的理解和流程，對(duì)氟化氫產(chǎn)品的要求也不一樣，選材和配比的數(shù)值，都需要漫長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)才能得到最佳結(jié)果，因此，很多都需要專(zhuān)門(mén)定制。
洛陽(yáng)森藍(lán)化工材料科技有限公司總工程師崔武孝向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示：“傳統(tǒng)含氟電子特氣還沒(méi)有合適的替代品，今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期，仍將是電子行業(yè)必不可少的主流材料。隨著集成電路制造技術(shù)快速更迭，制程節(jié)點(diǎn)不斷減小，晶圓尺寸不斷變大，對(duì)電子特氣純度和精度要求持續(xù)提高。而電子氣體純度每實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)量級(jí)的提高，都會(huì)推動(dòng)半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。因此，高純度氟化氫的需求量和用量還會(huì)逐年增加?！?/span>
目前，日本是氟化氫最大的供應(yīng)國(guó)，全球約90%的氟化氫市場(chǎng)被日本企業(yè)占據(jù)，代表企業(yè)有Stella Chemifa、瑞星化工、大金和森田化學(xué)。
賽迪顧問(wèn)集成電路中心首席一級(jí)研究員、高級(jí)工程師池憲念指出，日本作為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中的原材料主要供應(yīng)國(guó)，完整掌握了提取高純度氫氟酸的技術(shù)，能夠制備幾乎無(wú)雜質(zhì)的氫氟酸，在全球處于壟斷地位。加工螢石所生產(chǎn)的氫氟酸，是制造有機(jī)或無(wú)機(jī)氟化材料的關(guān)鍵原材料，也是發(fā)展氟化工行業(yè)的基礎(chǔ)，而目前的氟化工行業(yè)，在世界上呈現(xiàn)出高集中和高度壟斷的特點(diǎn)，主要分布在美國(guó)、日本、西歐等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)。
韓國(guó)的部分企業(yè)依靠自身FAB等平臺(tái)布局了少量產(chǎn)能，但純度仍無(wú)法達(dá)到日本企業(yè)小數(shù)點(diǎn)后10個(gè)9的水平。半導(dǎo)體材料研究分析師溫旭認(rèn)為，造成上述情況的原因有兩點(diǎn)：一是半導(dǎo)體材料環(huán)節(jié)是半導(dǎo)體領(lǐng)域最上游環(huán)節(jié)，材料的研發(fā)不僅是科學(xué)的計(jì)算，更多的是試驗(yàn)的結(jié)果和know-how的積累。半導(dǎo)體材料最核心的是上游化工產(chǎn)業(yè)的支撐和精細(xì)化工提純能力，日本化工巨頭眾多，重視基礎(chǔ)科學(xué)，下游應(yīng)用便有了更好的“底牌”。二是客戶(hù)驗(yàn)證難度大、周期長(zhǎng)、粘性強(qiáng)。因此，即便研發(fā)出高純度氟化氫，還有長(zhǎng)達(dá)一年的測(cè)試周期，不僅要接受直接客戶(hù)的檢驗(yàn)，也要接受終端客戶(hù)的檢驗(yàn)。更先進(jìn)的工藝驗(yàn)證通常需要測(cè)試3年以上，難度可想而知。
崔武孝指出，當(dāng)前全球大部分氟化氫市場(chǎng)被幾大國(guó)際巨頭所占據(jù)，進(jìn)口價(jià)格昂貴，且進(jìn)口手續(xù)繁瑣、周期長(zhǎng)，此外，氟化氫本身屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，性質(zhì)不穩(wěn)定、容易自發(fā)分解，長(zhǎng)時(shí)間放置會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)含量提高。因此，加緊研發(fā)高純度氟化氫產(chǎn)品非常重要。
2019年，日本高純度氟化氫產(chǎn)量占據(jù)全球的70%，而韓國(guó)對(duì)日本材料企業(yè)的依賴(lài)幾乎達(dá)到了100％。高純度氟化氫的特性比較特殊，無(wú)法做到長(zhǎng)期保存，韓國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)一直是就近找日本材料企業(yè)小批量進(jìn)口，韓國(guó)本土企業(yè)不僅無(wú)法生產(chǎn)高純度、無(wú)雜質(zhì)的氟化氫，甚至連氟化氫的儲(chǔ)存技術(shù)也要依仗日本。三星曾表示，在日本出口管制實(shí)施時(shí)，其庫(kù)存中高純度氟化氫的余量?jī)H夠維持幾周時(shí)間，如果不能及時(shí)解決供應(yīng)問(wèn)題，估計(jì)只能采取減產(chǎn)、甚至停產(chǎn)措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)。
想要拋開(kāi)日本去別的國(guó)家尋求替代品，也幾乎是不可能的，因?yàn)闊o(wú)法達(dá)到所需的純度。LG相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，半導(dǎo)體原材料在投入量產(chǎn)前需經(jīng)過(guò)1~6個(gè)月左右的測(cè)試，特別是氟化氫的純度對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品的品質(zhì)影響極大，世界上氟化氫提純度最高的國(guó)家僅有日本。據(jù)悉，當(dāng)時(shí)LG已經(jīng)以最快速度從其他國(guó)家購(gòu)入氟化氫進(jìn)行測(cè)試，但短期內(nèi)其他產(chǎn)品很難立即填補(bǔ)日產(chǎn)氟化氫的空缺。自從日本發(fā)布禁令之后，韓國(guó)日均虧損近5萬(wàn)億韓元。2019年年末，韓國(guó)269家中小型半導(dǎo)體公司聯(lián)合發(fā)聲，稱(chēng)“一旦日本長(zhǎng)期對(duì)韓國(guó)實(shí)行制裁，那么六成以上的企業(yè)撐不過(guò)半年的時(shí)間”。
但韓國(guó)并沒(méi)有坐以待斃，韓國(guó)政府牽頭一口氣投入了6萬(wàn)億韓元的預(yù)算，鼓勵(lì)韓國(guó)的材料企業(yè)加快研發(fā)進(jìn)度。三星集團(tuán)更是投資了數(shù)十家韓國(guó)本土半導(dǎo)體設(shè)備和材料廠商，從化學(xué)材料供應(yīng)商，到陶瓷材料供應(yīng)商，再到前驅(qū)體材料供應(yīng)商，全力突破日本企業(yè)的壟斷。
韓國(guó)的投入很快獲得了回報(bào)，2020年年末，韓國(guó)化學(xué)材料供應(yīng)商Soul brain就已經(jīng)完全擁有了獨(dú)立生產(chǎn)高純度氟化氫的能力，可將液體氟化氫的雜質(zhì)減少至“一萬(wàn)億分之一”。甚至憑借一己之力，滿(mǎn)足了韓國(guó)2/3氟化氫的需求量。
目前，SK Materials、Ram Technology、ENF Technology等韓國(guó)廠商也已成功開(kāi)發(fā)出高純度的氟化氫，部分產(chǎn)品已被半導(dǎo)體廠商用于量產(chǎn)。根據(jù)韓國(guó)工業(yè)部的數(shù)據(jù)，從2019年到2021年，韓國(guó)氟化氫的進(jìn)口量下降66%，可以說(shuō)，已經(jīng)打破了“卡脖子”的禁錮。
三星方面表示：“雖然日本方面的禁令給我們很大的困擾，但是每一次的挑戰(zhàn)，都是技術(shù)革新的開(kāi)始。盡管投資的成本會(huì)成倍的增加，但是在風(fēng)險(xiǎn)面前，三星一往無(wú)前。”這樣的速度和魄力令人欽佩。
2023年3月16日，日本政府決定解除限制向韓出口含氟聚酰亞胺、光刻膠、高純度氟化氫三種關(guān)鍵半導(dǎo)體材料的措施。將韓日出口貿(mào)易恢復(fù)至2019年7月之前的狀態(tài)。
但實(shí)際上，韓國(guó)對(duì)高純度氟化氫的進(jìn)口需求量已經(jīng)大大減少。禁令解除后，韓國(guó)市場(chǎng)日本高純度氟化氫的占比將回到何種水平，讓我們靜待年底的數(shù)據(jù)。
