遏制芯片 (制约中国芯片发展的因素)

近些年,在以芯片为核心的半导体领域中,可谓是热闹非凡。

中国、美国、日本等,纷纷下场争夺芯片的制高点。在这场“龙争虎斗”中,有一种核心材料成为了焦点。

中国原材料产量最多,但为何却被日本垄断了市场?

中国掌握世界芯片原材料,遏制芯片

氢氟酸有多重要?

芯片生产工艺中,有一种不可或缺的材料叫做氢氟酸。在解释氢氟酸之前,我们先来说说其原材料——萤石。

如它的名字一样,萤石是一种会在紫外线下发出蓝绿色荧光的石头,是一种非金属矿产。

萤石还有个外号叫氟石,因其内部含有氟化钙而得名。萤石位于氟化工产业链的上游,可以为工业生产提供数量较多的氟元素。

不管是化工、建材,亦或是半导体领域,萤石都是重要的基础原料。

用萤石提取氟元素后,接下来就到了氟化工产业链的中游。提取的氟元素,在经过一系列复杂的提取之后,就可以得到氢氟酸。

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氢氟酸是一种混合物,是氟化氢气体的水溶液,别看它白白净净的,却会冒烟,危险系数高,腐蚀性极强。

而氟化氢是一种纯物质,由单一的氟和氢组成。同时,它是无色且含有毒性的。

如果你想用它“杀人于无形”,那么就大错特错了,氢氟酸虽然无色,但有刺激的味道;虽然有毒,但不至于立马致死。

一些不能被酸所溶解的“王者”段位的玻璃在氢氟酸面前简直是小菜一碟,更不要说是“青铜”级别的金属了。

也因为这样,氢氟酸备受因微电子行业喜爱。

国内将之作为一种蚀刻剂,以及清洗剂来使用,当然也用来合成多种含氟的有机物。

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而在芯片制作中,氢氟酸通常被用来清洗晶圆表面。而且,氢氟酸对萤石需求最大,约占一半左右。

得到氢氟酸后,就来到了氟化工产业链的下游。

具体来说,氟化氢在芯片制造过程中起着关键作用,主要用于半导体衬底的切割。

同时,在制造半导体产品的600多个过程中,氟化氢被使用了十几次。

此外,还有一种高纯度的氟化氢,它在晶圆表面清洗,以及芯片生产过程中的刻蚀,和杂物清除等方面,都发挥了不小的作用,主要被用作半导体用刻蚀气体。

可以说,氟化氢在芯片工艺中的重要性不言而喻。

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日本为何能垄断氢氟酸?

依托于广袤、多样的地形,我国位于氟化工产业链上游的资源,拥有储量非常丰富的萤石。

根据美国地质调查局发布的数据显示,2019年,我国萤石的储量具有4200万吨,占全球当时萤石总探明储量的13.55%。

而当时的美日韩以及欧盟和印度等国的萤石储量几乎为零。

然而,我国萤石资源的规模优势没有得到充分发挥,资源利用效率不高。

一方面是因为,我国萤石资源的平均品位较低,企业不想费力不讨好。有数据显示,我国萤石资源的平均品位仅有34.7%。

另一方面,国内萤石企业以民营企业为主,一般规模不大,经营管理简单、粗糙,行业集中度低。

2014年,中国萤石矿山总数为1229个。以2014年我国萤石产量380万吨为基础,平均每矿产量不足4000吨。

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于是乎,自2017年4月提出《矿产资源权益金制度改革方案》后,我国开始大力整治。

无论是在其资源配置,亦或是财政投入方面都得到了合理的管理,以提高资源安全供应能力和开发利用水平。

经过这一系列的操作,我国的萤石产量波动不大,逐渐归于平稳。

在美国地质调查局的报告中,2019年中国萤石产量占全球700万吨萤石产量的一半以上,成为全球最大的萤石生产国。

然而,在氟化工产业链的中下游,我国做得就不尽如人意了。

从我国的氢氟酸产业分布来看,其上下游大多集中在萤石资源多的地区。

最主要是在华东地区,产能分布较散,规模不大。由于容易产生污染的现象,氢氟酸的利用率极低。

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而在岛国的日本却是另一番作为。

我们知道,日本在2019年对韩国实施了经济制裁,禁止出口用于半导体工业的三种基本原材料:光抗剂、氟聚酰亚胺以及我们现在在讨论的氢氟酸。

是什么使得日本能够做出如此“豪横”的作为?

有数据显示,日本的氟化氢占全球份额的60%,光刻胶占全球份额的87%,氟聚酰亚胺占全球份额的90%。

从中我们可以看出,日本在全球半导体原料产业中可谓是独占鳌头,独领风骚,甚至是处于垄断地位!

值得注意的是,尽管中国原材料产量世界第一,但是我国氢氟酸工业受限,现在垄断世界的却是日本!

日本本就是一个缺乏资源的国家,萤石这样的矿产资源跟日本也搭不上边,为何日本还能垄断氢氟酸?

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在历史上,在由美国所主导的全球半导体产业链上,美国将半导体生产的各个环节分工下去让“小弟”干,有负责半导体制造的,也有负责材料生产的。

当然最重要的核心技术,也就是半导体设计和研发自然是掌握在美国这个“老大哥”手中了。

如此一来,美国既能高效地运转整个全球产业链,又能确保自己的核心地位。

作为马前卒的日本,自然也是被“老大哥”委以重任,那就是负责半导体原材料的生产。于是,日本的机会来了。

日本自然不愿意平白放弃这么好的机会。但是,作为一个弹丸小国的日本,其境内单个势力又如何能够“吞”得下来自全球如此庞大的产业?

日本可谓是举国之力来发展本国的氢氟酸工业。

1960到1969年间,日本的无机非金属材料行业蓬勃发展,并得到了政府的大力推动。

1980年,对于这种新的材料的基础性研究,被纳入“高技术方案”。

进入2000年,材料和材料科学再次被视为一个关键的投资领域。

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与此同时,日本成立了物理材料研究所,专门从事材料科学的研究和开发。

在如此长的时间里,日本加强材料研发的努力在世界上是罕见的。经过一系列努力之后,日本的氟化氢不仅纯度高,而且使用成本低,居世界第一。

有数据显示,日本以绝对的优势成为世界上最大的氟化氢货源国。全球90%的氟化氢市场被日本所占据。

不但如此,日本生产的氢氟酸的纯度最高,实际上达到了99.9999999999%,这一水平的氢氟酸完全是为最先进的芯片生产量身定制的,没有其他国家能够达到或者接近这一水平。

一些公知喜欢吹捧日本的“工匠精神”,大概就是这样的原因。

可以说,日本可以在芯片产业上称霸世界,不是靠一个巨头,某一种产品,而是靠一组业务。而是一种集团化的作战。

作为被卡了脖子的对象,韩国是如何应对的呢?

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韩国能否打赢“翻身仗”?

韩国的半导体企业,几乎或者某种程度上来说,都在以日本生产出的高纯度氟化氢为生。

而氟化氢的特性使得其很难进行长期保存。

这就意味着,韩国不能够进行大批量的进口,只能按需分小批进口。

举个例子,如果日本断供,韩国最大的三星电子公司储存的氢氟酸,也只够维持区区几周时间。

面对如此窘境,韩国人自从脖子被日本人狠狠卡了一次之后,幡然醒悟。韩国意识到,唯有自力更生才能决胜未来。

在梳理本国产业资源的同时,韩国给予相关企业大量支持,以期望加强本国在高纯度氢氟酸上的研发,以及向其他短板行业进军。SK集团旗下的子公司SK Materials就被韩国政府选中。

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我们都知道SK原本就以38%的份额,成为韩国化工行业的巨头。

旗下的子公司SK Materials也不赖,在气态高纯氢氟酸方面获得巨大突破,自然成为此次韩国的最佳人选。

在今年年中,相关样品被运往三星及其姊妹公司SK Hynix。

而韩国自己的液体高纯氢氟酸,将于2022年开始大规模生产。可算是走出了关键一步,能够逐渐摆脱日本的卡脖子。

但你以为这样就结束了?不不不。韩国这次的醒悟是醍醐灌顶的,是全方位的。

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针对日本在半导体产业链上的另外几个核心竞争力上,韩国都展开了有针对性的攻关。

比如说在高纯度晶圆和光刻胶上。

近日有消息称,光刻机巨头阿斯麦预计2025年将在韩国建成工厂。

这意味着韩国未来可以拥有自己境内的光刻厂,在光刻胶上也能够大展手脚。

韩国现在的半导体战略很明确,就是要一步步吸引外资来补全自身短板,逐步脱离日本的掌控,甚至是与日本一较长短。

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对中国有何借鉴意义?

在经济高速发展、流通的现在,如何进行相关工业产业的不断升级换代,如何沟通并且激活市场和经济这两大主体,如何形成完整的内外大循环,将会是提高本国在未来市场的竞争优势,决胜未来的关键所在。

韩国人给出了一个非常好的模板。可以说,这对于华为、中芯国际、甚至是中国来说,都是非常有借鉴意义的。

继承了苏联衣钵的俄罗斯,即便占有当初苏联80%的国土面积和人口规模,以及90%的油气资源和85%的GDP,还掌握着苏联留下的大部分军工企业,以及核威慑力量。

但发展情况远远不如尚未崩溃之前的苏联,GDP只有美国的7%,要知道苏联巅峰时国内GDP曾经达到美国的60%。

可以说,近三十年来,俄罗斯的经济在崩溃的深坑中爬都爬不出来。究其根源,不过是选择了一种错误的发展模式,带歪了国内民用制造业的产业升级的路。

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反观德国。人口不足俄罗斯的二分之一,领土也只是俄罗斯的百分之二。在两次世界大战失败以及军工业衰败的背景下,国内的制造业却如火如荼的发展起来。

这是因为德国很好地利用了欧洲这个有着7亿人口的外延市场,通过庞大的欧洲市场,德国通过制造业不断赚取利润,再用赚取的利润升级国内产业,

如同一个循环,不断反哺自身,拉动本国经济更好更快发展。

在当下,在我国制造业高速发展,市场经济平稳运转下,国内、国际双循环体系日益完善起来的时候。

日本和韩国之间半导体战争的戏剧性,对于我们这些处于风暴中心的人来说,具有非常重要的启迪意义。

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别忘了,我们以前、现在、乃至未来都面临着与韩国同样的窘境。

芯片就是当下我们面临的最严重的的卡脖子危机。华为、中芯国际等如何面对这场危机,直接影响到未来中国工业发展的方向。

所谓“吃一堑,长一智”。

幸运的是,无论我们面对什么样的困境,我们总能攻坚克难,不断突破。

近年来,中国从国家层面推动材料信息的进步,如今的技术积累已经能够挑战日本企业。

虽然在芯片制造的技术角度来看,我国可能有所欠缺,并没有掌握相关领域的核心技术。

但是,我国敢打敢拼,一直推动“集团化作战”,不仅在上游进行芯片核心材料的把控,而且在下游也积极布局。

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从国家到企业再到科研工作者个人,共同努力攻坚,“卡脖子”问题将会越来越少,中国制造必将日益强大。