你有没有想过,咱们天天说芯片卡脖子,最要命的居然不是光刻机,是这么一瓶不起眼的暗褐色粘稠液体?没错,它就是光刻胶。全球高端半导体光刻胶,快九成攥在日本几家企业手里。一旦人家断供,咱们扛得住吗?为啥连美韩这样的半导体强国都搞不定,没法自己生产?今天咱们就说点圈内实打实的事情。

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这事核心拦着的有三道坎,头一道就是纯度门槛。原料提纯控杂质,全靠化工工艺几十年的细节积累。日本企业连上游的感光树脂、光引发剂这些都攥在自己手里,从头到尾一整条产业链全捂得严严实实。欧美企业算过账,从头建全套生产线,研发加投产等赚钱太熬人,干脆直接买日本货算了,这就给日本让出了整个市场。

第二道坎是试错成本贵到吓人。新光刻胶不能光在实验室看数据,得拿到真的晶圆厂光刻机上实际测试。一台极紫外光刻机好几个亿,晶圆厂天天开机赚钱,谁敢停产给新人试错?良率掉一点点,损失都是实打实的真金白银。新来的玩家拿不到验证机会,没法迭代优化,直接就被卡在门外了。

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第三道坎是全产业链协同。日本把成品到上游原料全垄断了,别人就算摸对了配方,也凑不齐配套原料,更没人家几十年攒的生产经验。而且全球光刻胶整个市场才百亿美元左右,细分渠道太窄,资本都不愿意长期烧钱砸进去。这不,欧美不少大厂干脆直接躺平,掏钱买日本货就完了。连美国韩国这种半导体强国都没法彻底摆脱依赖,日本这垄断稳了几十年。

放到咱们国家来看,2024年公开数据显示,半导体光刻胶对日本进口依赖还高达56%,整个集成电路用的光刻胶,国产化率还不到5%,高端ArF品种几乎是零。现在国内晶圆厂产能扩张快,12英寸产能每月上百万片,光刻胶年需求很快就要突破6000吨。真要是短期遇上日本断供,大厂头一步就是靠恒温仓库里的库存硬扛,争取国产替代的缓冲时间,中长期只能靠咱们自己搞出来。

业内管半导体材料的林健,给出一组行业协会多年跟踪一线攒出来的实打实数据。按行业分类,集成电路制造的前道核心材料里,不少品类咱们追得其实挺快。6英寸8英寸硅衬底基本没问题,12英寸成熟制程国产化已经到九成以上,电子特气12英寸线也做到六成左右。研磨垫现在是真卡脖子,十纳米级的平整度和膜层技术还差不少,国产化率最多也就一成。

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光刻胶得分开看,成熟制程有进展,但EUV光刻胶基本是零,ArF胶先进制程验证周期长,整体占比很低。湿化学品通用款基本解决问题,功能型才做到五六成。抛光材料整体国产化率不超过三成,靶材这块单质的咱们已经做到全球前三,合金靶材也有六成。说白了就是成熟制程追得快,先进制程还在深水区里摸路。

鑫华半导体的田馨聊过他们主做的电子级多晶硅,这块是芯片的核心主材,要求纯度到11个9以上。2015年公司刚成立的时候,国内还没有能规模化用到工业芯片制程的国产产品。摸爬滚打十年,现在成熟制程和小尺寸硅片已经完全搞定,性能纯度都对标国际大厂不输。先进制程还在追,现在已经从过去解决“有没有”,进到拼“领先不领先”的阶段,难度完全不一样。

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现在国内材料企业普遍有个难题,刚做出来合格产品打开市场,马上就面临产能过剩内卷,一边要砸钱搞前沿研发,一边要扛市场价格压力,真的太难了。

做光刻胶的傅志伟,2010年就从光刻胶原料起步,现在他的企业是国内唯一实现从单体到光刻胶全产业链布局的玩家。光刻胶不能笼统说国产化率,得按制程拆分看。14纳米以下的ArF胶还在验证阶段,部分产品已经上线跑数据了。半导体这行就是吃经验,验证动不动要好几年,2019年之后大家才开始重视国产验证导入,现在进度已经在加快了。

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他说最近公司花了三年验证,拿下了国际头部光刻胶公司的大单,做封装领域的特殊胶原料,今年订单就有300吨,后面还要逐年涨到2000吨。这可不是抢存量市场,是新赛道的新需求,说明咱们已经慢慢切进过去根本碰不到的高端原料领域了。

做化合物半导体外延片的罗帅,从中科院出来创业,现在做的产品正好补上硅基材料在发光效率和高压器件上的物理极限短板。现在低速光通信外延片国产化率已经很高,2.5G级别国产占了八九成。2024年之前100G以上高速产品国产化还不到1%,去年5月他们已经批量量产100G,今年需求直接翻了好几倍,200G也在同步推进。

现在AI数据中心的光模块、小卫星抗辐照电池、机器人高压器件这些风口赛道,都在拉涨外延片的需求。他们现在小尺寸已经做出来成绩,大尺寸还在追国外,接下来重点扩4到6英寸的产能。

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一圈聊下来,大家共识很清楚,咱们现在主要差距还是在先进制程。光刻胶这些卡脖子环节,落后大概五年甚至更久,封装胶这类新领域国内基本还没起步,需要全新的配方技术。当然机会也不少,光模块全球前十里七家都是中国的,上游材料企业就能拿到更多合作机会,高阶应用咱们说不定能做到同步甚至领先。

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几位从业者都提了实在的建议,希望能聚焦有基础的本土企业,在资金人才上给足支持,多给点试错容错的空间,让企业一步步慢慢做大。半导体材料突破真的太熬人了,一步一步全靠砸钱砸时间堆出来。但只要咬着牙坚持创新,早晚能把卡脖子的饭碗端到咱们自己手里。

参考资料:人民日报 我国半导体材料产业创新发展访谈