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日本半导体材料的神话与现实

来源: 北崎国际贸易(北京)有限公司 >> 进入该公司展台 2023/05/28 18:54:51 已浏览:
导读:被限制出口的半导体材料共有三种,首当其冲的是氟化聚酰亚胺。这个念起来有些费嘴的化学物质,是部分OLED面板的原材料。一旦掐断供给,OLED电视等拳头产品将面临无货可出的窘境。

2021年6月,日本众议召开了一场主题为“复兴日本半导体产业”的研讨会,时值在疫情中遭遇重创的铠侠半导体(即东芝存储芯片部门)四处寻找接盘侠,日本存储芯片*后的火种奄奄一息,日本邀请了五位*学者畅所欲言,为产业复兴出谋划策,**发言的是一个名叫汤之上隆的人。

汤之上隆曾任职于日立、尔必达的一线研发部门,亲历了日本半导体产业从辉煌走向没落的整个过程。

2015年,他将自己的经历与思考写进了《失去的制造业》一书,抛开其中对老东家和老领导的冷嘲热讽,《失去的制造业》堪称研究日本芯片产业的必读书目。

相比日本高举复兴大旗,汤之上隆在研讨会上建议大家以*快的速度躺平,让在场议员们大跌眼镜:“失去的半导体产业已无法挽回,继续投入就是浪费纳税人的钱。

他认为,由于日本的半导体公司一直难以适应产业变化,早已错失历史机遇;如今与其瞎折腾,不如守护好*后一点家底:位于半导体产业链*上游的设备与材料[1]。

一块芯片封装前,会经历薄膜沉淀、光刻、蚀刻、清洗等多项工艺,每一步都需要特定的加工设备与原材料。过去数十年,日本企业一直是部分半导体设备的主要提供商。

而日本公司对半导体材料近乎垄断的地位更是威名在外:前段工序常用的材料有19种,其中14种都由日本企业主导。

2019年7月,随着日韩矛盾加剧,日本政府对韩国企业发起制裁,限制半导体核心材料的出口。铁锤刚砸下三天,三星掌门李在镕如坐针毡,专程赶赴日本恳求松口。

后来众议员的研讨会结束不久,汤之上隆就写了篇文章,标题叫“日本半导体设备和材料为何那么强?”,自豪之情溢于言表[2]。

渺小的霸权:日本半导体材料的神话与现实

极其夸张的市场份额

结果文章发出去没多久,日本就吃了一场败仗。2021年,韩国的SEMES强势崛起,越日本企业SCREEN成为全球第六大半导体设备公司,其母公司正是在材料上被卡的翻白眼的三星。同一时期,三星一口气投资了十几家材料公司,希望在材料环节绕开日本。

另一个有趣的现象是,相比舆论对日本半导体材料垄断地位的艳羡,以及日本在化学、材料学等领域长期耕耘的赞誉,日本产业界却对这一成就评价复杂:

汤之上隆一边高度认可材料环节的强势地位,但一边称日本对韩国的断供“极其愚蠢”。另一位学者西村吉雄则在《日本电子产业兴衰录》中说,日本芯片产业衰落的原因,就是做了太多基础研究,反而忽视了应用和模式层面的**。

日本的半导体材料常常是一个被舆论神化的产业,它实际上并不复杂,但也没有那么简单。

渺小的霸权:日本半导体材料的神话与现实

卡脖子

对韩国芯片公司而言,日本的贸易制裁,其威力不亚于往京畿道工厂丢一颗炸弹。

被限制出口的半导体材料共有三种,首当其冲的是氟化聚酰亚胺。这个念起来有些费嘴的化学物质,是部分OLED面板的原材料。一旦掐断供给,OLED电视等拳头产品将面临无货可出的窘境。

但对三星等韩企来说,更棘手的其实是另外两件“战略核武器”。

**件是EUV光刻胶,打击目标是韩国半导体的“未来”。

光刻胶是光刻工艺的关键材料,而光刻又是芯片制造的核心工艺。目前**的光刻工艺是EUV(极紫外线),用于生产7nm以及更*制程的芯片。

过去几年,三星一直在努力迭代的手机处理器Exynos,即便三星自己拥有7nm和5nm制程工艺,但也绕不开光刻胶这一环。此时,作为原材料的光刻胶遭到制裁,本就不富裕的日子变得更加雪上加霜。

另外,三星、SK海力士对下一代DRAM的研发也将被迫暂停。当前,市场上的DRAM产品仍在努力逼近10nm制程,尚且用不上EUV光刻这样的*技术;但未来DRAM的制程大概率会提升至5nm,这便踏进了EUV光刻的领域。

渺小的霸权:日本半导体材料的神话与现实

EUV光刻

相比之下,**把利器杀伤力更甚。这款名叫高纯度氟化氢的材料,足以扼住韩国半导体的“现在”。

氟化氢是一种清洗用的化学材料。清洗工艺能够去除芯片生产所带来的杂质,是影响芯片品质的关键环节。生产一款芯片大概需要500至1000个步骤,其中大约10%的步骤都得用到氟化氢进行清洗,堪称是半导体的“血液”。

一旦氟化氢库存告急,逻辑半导体(如CPU)、DRAM等主流半导体芯片均无法生产,能否开展日常业务都将打上一个问号[7]。

面对日本的咄咄逼人,危机感爆棚的韩国人使出了浑身解数,先是跑去WTO伸冤打官司,与此同时,政府牵头大搞国产替代,一口气投入了6万亿韩元的预算,三星也跟着投资了一批韩国本土的半导体材料企业。

在“打倒日本帝国主义”的号召下,同仇敌忾的韩国企业*研发出了国产版本的高纯度氟化氢和EUV光刻胶。文在寅卸任前的新年致辞中,曾重点提及了上述成就。

渺小的霸权:日本半导体材料的神话与现实

文在寅视察韩国产氟化氢

然而,故事的走向却没有发生太多逆转:直到如今,日本依旧高度垄断着高纯度氟化氢和EUV光刻胶。

其地位之所以屹立不倒,和上述半导体材料的一大特质有关:日本垄断的材料,多是不能即插即用的非标准化产品。

其中氟化氢尤为典型——清洗并不是一项标准化的工艺,每个制造商都有各自的理解和流程。因此,关于氟化氢的使用,实际上有稀释、与氯化氢混合、与过氧化氢混合等多种完全不同的方案。而每种方案对氟化氢产品的要求又不太一样,均需要专门定制。

另一方面,大多数产品的理论原理和工艺技术都是公开的,但选材与配比的数值,甚至生产车间合适的温度和湿度,都需要漫长的实验才能得到*佳结果。材料的非标特质,会带来两方面影响:

(1)企业难以轻易更换解决方案以及相关供应商,一旦合作就是长期绑定。

在这方面,日本自己就吃过亏。1999年,日立和NEC两家企业合资成立了存储企业尔必达,准备向领跑的三星发起进攻。但在公司成立的头两年,却爆发了严重的生产问题,市场份额也迅速下跌,而“罪魁祸首”正是日立和NEC的清洗方案不兼容。

因此,哪怕韩国企业出了高纯度氟化氢,依旧不能立刻摆脱日企的垄断,*快也需要至少1年时间做测试;而EUV光刻胶的更换周期则更久,通常需要测试2-3年才能搬上产线。

“有国产材料”和“用国产材料”,实际上是两件事。

渺小的霸权:日本半导体材料的神话与现实

氟化氢

(2)非标材料的制造工艺多且繁杂,甚至存在部分只可意会不可言传的隐性知识,需要企业有长期相关的积累。在这方面,向来以“匠人精神”自居、发力较早的日本同样有先天优势。

正如汤之上隆在书中写道:日本半导体材料的竞争力核心,正是日本的匠人文化。

不可否认,这种“一生做好一件事”的匠人文化,确实在氟化氢这类具备延续性的领域颇有成效。氟化氢技术的迭代,本质是不断提升纯度,将小数点后面的9越做越多的过程,主打一个精益求精。

韩国虽实现了氟化氢的国产化,但其纯度只有99.99999999%(小数点后8个9),日本企业却能做到小数点后10个9。看上去相差无几,但如果乘上几十上百道工序,*终结果会千差万别。

但问题是,难道隔了个日本海,匠人文化就失传了吗?日本半导体材料的强势,显然不能只用文化来解释。


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