眾所周知，芯片制造流程非常復(fù)雜，需要上百種設(shè)備，上百種材料，上千道工序。

目前全球沒有一個國家能夠獨立自主制造出芯片，不管是成熟芯片，還是先進(jìn)工藝都不行，包括美國、中國、日本等所有半導(dǎo)體強國。

目前大家基本上都是整合全球供應(yīng)鏈，比如找荷蘭買光刻機，找日本買材料，找美國買IP、設(shè)備、EDA等。

荷蘭的光刻機占全球85%的份額；美國的EDA、IP占全球80%+的份額，另外在半導(dǎo)體設(shè)備方面，美國占50%左右份額；

而日本在半導(dǎo)體設(shè)備上占30%左右份額，而在半導(dǎo)體材料上，則處于壟斷地位，占60%左右的份額。

最重要的是，19種關(guān)鍵的半導(dǎo)體材料，日本壟斷了其中的14種，何謂壟斷？就是占了至少50%以上的份額。

如上圖所示，這就是半導(dǎo)體領(lǐng)域19種關(guān)鍵材料中，其中14種日本企業(yè)的占比超過50%，像EUV光刻機，日本更是拿下100%的份額。

EUV光刻膠，是與EUV光刻機搭配，用于7nm以下芯片的，也就是說一家芯片制造企業(yè)要想進(jìn)入7nm以下工藝，除了要找ASML買EUV光刻機外，還要打日本買EUV光刻膠，否則也進(jìn)入不了7nm，可以說是雙重卡著。


國產(chǎn)光刻膠實現(xiàn)量產(chǎn)

上海八億時空先進(jìn)材料有限公司（以下簡稱“上海八億時空”）宣布了KrF光刻膠樹脂量產(chǎn)成功的好消息，并首次交付客戶量產(chǎn)級產(chǎn)品，標(biāo)志著八億時空光刻膠樹脂開發(fā)工作邁出了具有里程碑意義的重要一步。

此前，八億時空聚焦KrF光刻膠樹脂的研發(fā)和量產(chǎn)，并取得重大突破。

截至2023年5月，公司研發(fā)團隊成功實現(xiàn)KrF光刻膠樹脂50公斤級別的量產(chǎn)，能滿足國內(nèi)光刻膠客戶的需求，并正式向客戶出貨。

該樹脂各項指標(biāo)優(yōu)異，在金屬離子殘留控制（<1ppb/個）、樹脂分子量分布（PDI=1.40~1.50）等關(guān)鍵指標(biāo)方面達(dá)到了較高水平,并且批次穩(wěn)定性良好（重均分子量批次偏差±1.5%），產(chǎn)品主要應(yīng)用于高溫工藝，高分辨率KrF光刻膠，同時，其高的Tg、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，也契合KrF厚膜光刻膠的應(yīng)用。

上海八億時空表示：“鑒于目前國際形勢，國家大力倡導(dǎo)發(fā)展高端制造業(yè)，半導(dǎo)體高端制造材料的國產(chǎn)替代，刻不容緩。亟需國內(nèi)公司在此領(lǐng)域做出突破，打破國外公司的壟斷，實現(xiàn)半導(dǎo)體材料的供應(yīng)鏈自由。”


進(jìn)口替代挑戰(zhàn)重重

高純氨廣泛運用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、 LED、太陽能光伏（PV）等領(lǐng)域，主要通過物理提純獲得，通過先進(jìn)的檢測設(shè)備、完善的檢測流程進(jìn)行檢測，純度可達(dá)99.99999%。長期以來，國外企業(yè)在這個領(lǐng)域中占據(jù)著絕對的優(yōu)勢。

浙江英德賽半導(dǎo)體材料股份有限公司副總經(jīng)理趙曉蘭告訴記者，2010年以前，由于國內(nèi)對高純氨技術(shù)還未完全突破，國內(nèi)幾乎很少有涉足這個領(lǐng)域的企業(yè)。

“高純氨的生產(chǎn)，在設(shè)備選型、過程調(diào)試、運行、工藝的細(xì)節(jié)把控上，都有著嚴(yán)格要求，比如純度能否達(dá)到，因為產(chǎn)品中的雜質(zhì)跟空氣當(dāng)中的組分是相同的，比如氮氣、氫氣、一氧化碳、二氧化碳等這些空氣中的成分，如果設(shè)備運行密封性差一些，純度就很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。”趙曉蘭表示。

2013年，英德賽高純氨第一條生產(chǎn)線量產(chǎn)，第一步就達(dá)到了國標(biāo)6N4，即99.9999%的標(biāo)準(zhǔn)；第二步就做到了99.99999%，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

技術(shù)達(dá)到了，但是進(jìn)口替代的挑戰(zhàn)才剛剛開始。

據(jù)了解，國產(chǎn)化替代進(jìn)口，在初期的推廣很難，因為高純氨在整個制程上起到很關(guān)鍵的作用，如果使用以后做出來的芯片，或者外延片有問題，那將承擔(dān)巨大的風(fēng)險，不僅產(chǎn)品報廢，嚴(yán)重的甚至?xí)p壞生產(chǎn)線的機器。

因此，怎樣讓下游企業(yè)放棄技術(shù)已經(jīng)十分成熟的國外產(chǎn)品，轉(zhuǎn)而使用國內(nèi)產(chǎn)品，前期的推廣充滿了困難。

趙曉蘭至今還記得，2015年，她和技術(shù)人員一起到某下游廠商推廣高純氨。甫一到達(dá)，廠商就來了一個“下馬威”，指著前端純化器說，看到這個了嗎？上一個高純氨企業(yè)弄出故障，導(dǎo)致大量的機臺受損，這是他們買新的賠給我們的，所以你們對產(chǎn)品有沒有信心？

為了保障萬無一失，趙曉蘭領(lǐng)著技術(shù)人員，在下游廠商的生產(chǎn)線外守了7天，每半小時巡檢一次記錄數(shù)據(jù)。最終的結(jié)果，上線數(shù)據(jù)和下線數(shù)據(jù)都十分優(yōu)異，這也成為日后進(jìn)口替代的一個成功樣板。

“真正做到進(jìn)口替代，過程是非常艱辛的，不僅是技術(shù)要過硬，管控也要好，對方方面面的要求都很高。同時，也需要大量的前期交流磨合。目前，我們合作的客戶包括美光、 華星光電、三安光電、隆基、惠科、晶科等，都是上市企業(yè)，還算達(dá)到了一個比較完美的結(jié)局。”趙曉蘭表示。

一個亮點是，隨著國內(nèi)平面顯示和半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，我國對于高純氨的需求前所未有地增長，給了國產(chǎn)替代進(jìn)口更多的機會。盡管近年來國際上以美國為代表的國家對中國實行半導(dǎo)體技術(shù)封鎖，但恰恰是這個時候，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)迅速崛起，據(jù)行業(yè)交流，最初外企1000噸的生產(chǎn)線產(chǎn)能，以為已經(jīng)是很大的產(chǎn)能了，而現(xiàn)在我國高純氨企業(yè)產(chǎn)線的規(guī)模也從最初年產(chǎn)1000多噸到年產(chǎn)幾千多噸。

作為國產(chǎn)高純氨的主要競爭對手，美國空氣化工、美國普萊克斯、德國林德集團、法國液化空氣和日本大陽日酸株式會社等企業(yè)入局早，市場認(rèn)可度較高，但由于布局生產(chǎn)線時候過于謹(jǐn)慎，導(dǎo)致產(chǎn)能偏低，對于國內(nèi)上萬噸的市場需求來說，九牛一毛。也正是因為如此，目前，國外企業(yè)在國內(nèi)市場幾乎沒有很強的競爭力。

而龐大的市場需求，也讓企業(yè)對于產(chǎn)品種類、規(guī)模等做了進(jìn)一步的布局，下一步，英德賽將繼續(xù)提升高純氨產(chǎn)品品質(zhì)，研發(fā)更多的高純產(chǎn)品，將成為中國企業(yè)更高層次的技術(shù)研究。


以技術(shù)強勢破局

以技術(shù)強勢破局，打破國外壟斷的還有PVD納米涂層技術(shù)。

2002年，PVD納米涂層技術(shù)剛剛進(jìn)入中國， 震驚了不少工業(yè)企業(yè)，一個小小的PVD涂層，卻能使材料的耐久性、硬度增加數(shù)倍，這在當(dāng)時不可想象。

“PVD表面感性技術(shù)，是在原有材料的基礎(chǔ)之上，做了幾微米的一個薄膜，但能把整個產(chǎn)品的性能提高幾十倍，是翻天覆地的變化。”朱國朝告訴《華夏時報》記者。

比如，風(fēng)電里邊的滾珠、軸圈、軸承，更換一次十分困難，需要將風(fēng)電扇整個拆下來，特別是海中的風(fēng)電，還需要面臨水和鹽的侵蝕，磨損率更高。使用金剛石涂層之后，不僅耐用程度大大增加，耐腐蝕、抗?jié)駳庑砸裁黠@提高。

而生活中常見的，比如光學(xué)鏡頭，使用減反模后，不僅不沾指紋，對平常下雨也有很好的防水效果，同時，還能增強鏡頭的透光率。

小投入換來大產(chǎn)出，這讓不少制造業(yè)企業(yè)怦然心動。然而，伴隨著新技術(shù)而來的，還有國外企業(yè)市場壟斷。對剛剛起步的中國PVD納米涂層企業(yè)來說，和國外產(chǎn)品差的是整整幾十年的技術(shù)積累。

不過，國外產(chǎn)品價格高、交貨期不穩(wěn)定、服務(wù)不佳，這給了國內(nèi)新興的企業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了機會。

也是在2002年，納獅成立，然而，這個國內(nèi)首家PVD納米新材料企業(yè)，首先感受到的卻是被國外壟斷企業(yè)環(huán)伺的壓力。

“前幾年特別是壓力很大，那時候我們跟國外的技術(shù)永遠(yuǎn)都是，國外先推出來一個技術(shù)，然后我們再慢慢再跟上。比如， 我們通過薄膜材料成分的晶格取向、結(jié)構(gòu)排布，一點一點優(yōu)化，慢慢來縮短跟國外技術(shù)的差距，在這個過程中，我們發(fā)現(xiàn)裝備在領(lǐng)先性上可能還有一定的差距，就反過來升級裝備，這樣針對某一個核心技術(shù)，一直形成良性循環(huán)，慢慢迭代優(yōu)化。經(jīng)過這幾年的發(fā)展，目前PVD技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入一個平穩(wěn)期，不會像前幾年那樣存在巨大的技術(shù)差距。目前，我們的技術(shù)跟國外差不多，甚至在某一些技術(shù)方面我們還領(lǐng)先于他們。”朱國朝表示。

通過不斷地技術(shù)追趕和創(chuàng)新研發(fā)，國內(nèi)技術(shù)逐步達(dá)到國際頂尖水平。作為龍頭的納獅，自此成功將國際制造業(yè)巨頭歐瑞康巴爾查斯壟斷的高端納米涂層材料全面推廣到國內(nèi)，讓上萬家制造業(yè)客戶產(chǎn)品擁有國際競爭力，填補了國內(nèi)空白，解決了中斷多年納米材料卡脖子問題，實現(xiàn)了進(jìn)口替代。

一個亮點是，在技術(shù)追趕中，中國企業(yè)也慢慢發(fā)現(xiàn)了彎道超車的優(yōu)勢品類。

朱國朝介紹，比如，新加坡用彎管直過濾，能做出表面粗糙度十分光滑的薄膜，但是沉積速率特別低，一個小時僅能沉積0.3個微米。抓住這個痛點，納獅自主研發(fā)了高光弧，在表面粗糙度、沉積速率方面都有優(yōu)勢，技術(shù)全球領(lǐng)先。

不僅如此，針對核心技術(shù)，最關(guān)鍵一點的是怎么去應(yīng)用它，在應(yīng)用方面，國內(nèi)也領(lǐng)先于國外。比如，國內(nèi)企業(yè)與客戶共同開發(fā)、量身定制，交貨期穩(wěn)定，賬期短，都成為國內(nèi)企業(yè)的競爭優(yōu)勢。

“面對日益激烈的國際競爭，我們必須加快推進(jìn)新型技術(shù)、實現(xiàn)高水平的科技自立自強，提升產(chǎn)業(yè)鏈的韌性和安全水平，提高制造業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)分工中的地位和競爭力，確保我國大國博弈中贏得主動。”李子彬表示。

突破材料制造工藝的瓶頸

半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域中，ITO靶材的制造技術(shù)堪稱是核心技術(shù)之一，也是半導(dǎo)體工業(yè)中的支柱，沒有ITO靶材的支撐，那么如今的半導(dǎo)體工業(yè)就會陷入到困境之中。

除了半導(dǎo)體工業(yè)本身以外，ITO靶材的適用范圍非常廣泛，就連光伏發(fā)電都少不了它，可見它在當(dāng)今工業(yè)體系中的地位之高。

認(rèn)識到ITO靶材的重要性后，這項技術(shù)就一直在重點突破中。不過即便如此中國在ITO靶材領(lǐng)域也只做到了攻克中低端領(lǐng)域中ITO靶材的制造工藝，高端ITO靶材的制造工藝，中國一直都沒有實現(xiàn)突破，這導(dǎo)致中國的ITO靶材市場份額中，有48%都要依賴于進(jìn)口，在進(jìn)口企業(yè)中，基本都被美國和日本企業(yè)占據(jù)，這兩個國家也被稱為西方國家的ITO靶材產(chǎn)業(yè)核心。

這等于說在ITO靶材領(lǐng)域，中國已經(jīng)被西方技術(shù)大國卡了脖子，因此在ITO靶材制造工藝中的瓶頸，就成了急需要攻克的技術(shù)瓶頸。

高端領(lǐng)域中的ITO靶材，在制造上顯得格外困難，沒有一定的工業(yè)基礎(chǔ)支撐是非常難以實現(xiàn)突破的，于是這也讓中國在ITO靶材的制造工藝探索上只能摸著石頭過河了。在ITO靶材專用的稀土材料中，對金屬純度要求非常高，幾乎接近于100%，因此在制造中這樣的提純環(huán)境只能在真空中實現(xiàn)，可見技術(shù)難度之大。

金屬材料的提純工藝中，最為重要的還是提純設(shè)備，這讓中國因為缺乏合適的提純設(shè)備，于是在最初的材料準(zhǔn)備上就吃了虧。進(jìn)入新世紀(jì)后，中國在金屬材料提純設(shè)備上屢屢實現(xiàn)了突破，這使得中國具備了在ITO 靶材制造的基礎(chǔ)，開始逐步實現(xiàn)了在技術(shù)瓶頸上的突破。

僅僅只是突破金屬的提純工藝，可謂是邁出了第一步。真正要實現(xiàn)ITO 靶材的工藝全覆蓋，中國需要突破的還有很多，從整體工藝上來看，靶材制造和濺射鍍膜這兩類工藝在技術(shù)上最為困難。

中國在材料制備工藝和生產(chǎn)設(shè)備上都是處于起步狀態(tài)，于是在不少西方國家看來中國離真正脫離西方國家的供應(yīng)還很遙遠(yuǎn)。

于是僅僅占據(jù)中國全部市場份額48%的進(jìn)口ITO 靶材，卻占據(jù)了市場利潤的70%以上，這讓ITO 靶材的市場利潤大部分都流向了國外企業(yè)，在這種情況下中國選取了關(guān)鍵材料進(jìn)行靶材制造工藝上的實驗。以何季麟院士為代表的科研人員，經(jīng)過反復(fù)的實驗，終于在鉭鈮材料領(lǐng)域中取得了突破，這使得中國開始突破靶材制造工藝。

整個生產(chǎn)工藝中，難度系數(shù)最高的濺射鍍膜，可謂是在ITO 靶材制造工藝中的攔路虎。濺射鍍膜工藝盡管在原理上很簡單，可關(guān)鍵的制造設(shè)備卻很少有國家能夠獨立制造，這讓中國如何突破濺射鍍膜就成了問題。

為了突破鍍膜設(shè)備的制造，中國組織了數(shù)十家企業(yè)進(jìn)行了聯(lián)合研發(fā)，在日以繼夜的實驗中，中國國產(chǎn)的鍍膜設(shè)備終于達(dá)到了技術(shù)要求，這讓國產(chǎn)鍍膜設(shè)備開始走上了濺射鍍膜的工業(yè)生產(chǎn)線。有了濺射鍍膜這一步工藝上的成功突破，中國終于有了打破西方國家壟斷的底氣。

隨著中國的ITO 靶材產(chǎn)品漸漸在性能上追趕上了進(jìn)口產(chǎn)品，打破西方國家的壟斷也成了事實，于是進(jìn)口的ITO 靶材產(chǎn)品出現(xiàn)了價格大幅降水，這有利于中國發(fā)展芯片和屏幕的制造工業(yè)，大量利潤開始回流到國內(nèi)企業(yè)中。不僅如此中國還實現(xiàn)了在ITO 靶材產(chǎn)品上的出口，實現(xiàn)了出口創(chuàng)匯，這對于中國經(jīng)濟來說是有非常重要的推動意義的，同時也證明了中國科研能力之強。