很多人谈到芯片制造被卡脖子，第一反应都是光刻机、刻蚀机这些动辄上亿美元的大型设备。
但很少有人注意到，在晶圆厂里生产芯片，还有一类材料片刻都不能少，这就是电子特种气体和超净高纯湿电子化学品。
在过去40多年里，这类关键材料几乎被日本和美国的企业完全垄断。
如果断供，就算手里有顶级的设备，整条晶圆产线也只能立刻停摆。
一、从原料到工艺，为什么日美能在这个领域封锁我们四十年？
要搞明白这件事，得先看看这些材料在芯片制造过程里到底是干什么用的。
在芯片的实际生产过程中，一张硅晶圆要变成最终的芯片，需要经过几百道甚至上千道工序。
这中间包括清洗硅片表面、光刻图案、刻蚀电路、沉积薄膜以及注入离子等步骤。
在每一个步骤里，都需要用到不同种类的气体和液体化学品。
比如用特定气体去除不需要的硅层，或者用高纯度酸液洗掉纳米级别的微小颗粒。
这就是为什么行业内把电子特种气体和湿电子化学品称为芯片制造过程中的基础材料。
问题在于，这些材料的技术门槛高得离谱，最难解决的就是纯度。
日常工业生产用到的气体，纯度达到99%或者99.9%就已经完全够用了。
但是芯片制造所需要的电子特气，纯度必须达到99.9999%，也就是行业里常说的六个9甚至七个9。
湿电子化学品的杂质控制要求更加极端，在最高的G5级标准下，液体里的金属离子杂质含量必须控制在万亿分之十以下。
万亿分之十是什么概念，就是在每一升液体里面，杂质的重量不能超过一百亿分之一克。
如果纯度达不到这个标准，哪怕只有极其微量的金属原子残留在芯片表面，就会直接导致电路短路或者漏电，整批晶圆就会全部报废。
除了提纯难度极大以外，这些材料的生产过程还伴随着极高的高危属性。
很多电子特气要么具有极强的腐蚀性，要么极度易燃易爆，还有一些属于剧毒气体。
在提纯、混合、充装和输送的过程中，不仅对设备的密封性和内壁平整度要求极高，而且只要接触到外界的一丝空气或者管道壁上的微量杂质，气体就会被污染。
更让本土企业难以逾越的是晶圆厂的认证壁垒。芯片制造工厂投资极大，一条先进制程产线的建造成本高达上百亿美元。
对晶圆厂的工程师来说，更换材料供应商的风险极高。
如果新引进的材料出现一点质量波动，造成的损失可能是几千万美元甚至整条生产线的停工。
因此，晶圆厂对新供应商的验证流程非常漫长，通常需要经历工厂审查、样品检测、小批量试用以及大批量长期稳定性测试等多个阶段，整个过程往往要耗费两到三年的时间。
在过去40多年里，全球电子特气和高纯湿化学品的市场几乎被几家外国巨头垄断。
日本的关东电化、昭和电工、森田化学和斯泰拉，以及美国和欧洲的空气化工、林德等跨国公司，合计控制了全球85%以上的市场份额。
在相当长的一段时间里，国内晶圆厂哪怕明知道依赖进口存在巨大风险，也很难在市场上找到可以替代的国产供应商，只能接受外国企业定下的高价和漫长的供货周期。
二、不声不响啃下最硬的骨头，这三家本土企业到底做对了什么？
面对这样严密的封锁和技术壁垒，国内材料企业并没有放弃。
随着本土晶圆产能的扩张以及供应链安全需求的提升，一批专注于细分领域的企业开始在技术研发和工厂认证上持续投入。
在这个过程中，有三家企业脱颖而出，在各自的细分赛道上做到了全球领先。
第一家企业是华特气体。
这家企业攻克的是光刻机运行所必需的准分子激光气体和光刻混合气体。
光刻机在工作时，需要依靠特定配比的混合气体产生特定波长的激光。如果气体纯度或者配比精度有微小偏差，激光器产生的光源波长就会发生偏移，光刻镜片也会受到不可逆的损伤。
华特气体经过多年的技术攻关，掌握了超高纯度气体的提纯与精准配制技术，成功打通了从单质气体到复杂混合气的全套生产工艺。
更重要的是，华特气体成为了国内第一家、也是全球少数几家获得全球高端光刻机龙头企业阿斯麦认证的气体供应商。
拿到这份认证意味着其产品技术指标达到了全球顶尖水平。
目前华特气体在光刻气体领域的国内市场占有率已经超过60%，产品不仅进入了中芯国际、长江存储等国内头部晶圆厂，还成功打入了台积电、英特尔、美光和三星等全球半导体巨头的供应链。
第二家企业是多氟多。
家企业在湿电子化学品领域实现突破，重点解决的是高纯氢氟酸的国产化问题。
高纯氢氟酸是晶圆制造中用量极大、同时也是清洗和刻蚀环节不可或缺的化学品。
在2019年的时候，日本曾经对韩国实施过高纯氢氟酸的出口限制，导致韩国半导体企业面临停产风险，这让整个行业看到了这种基础化学品的关键作用。
多氟多依靠在氟化工领域积累的技术背景，攻克了氟硅酸回收提纯、超纯过滤以及微量金属离子在线检测等多项核心技术，成功研发并量产了达到国际最高标准G5级的电子级氢氟酸。
目前多氟多拥有每年五万吨的电子级氢氟酸产能，产品的金属离子杂质含量稳定控制在万亿分之一的级别。
凭借稳定的产品质量，多氟多不仅实现了国内晶圆厂的批量供货，还成功打入了台积电、三星和SK海力士的供应链，实现了产品的大规模出口。
第三家企业是中船特气。
这家企业在电子特气领域属于产品线最全的龙头企业之一，其代表性产品是三氟化氮和六氟化钨。
三氟化氮主要用于芯片制造设备反应腔室的清洗，六氟化钨则是芯片内部金属互连线沉积的关键原料。
这两类气体的提纯难度大，且大规模生产时对反应器的设计和安全控制有着极高的要求。
中船特气依靠多年的技术积累，实现了大规模电解合成与超纯精馏技术的完全自主控制。
目前中船特气的三氟化氮年产能达到数万吨，在全球市场占有超过20%的份额，在国内市场的占有率更是超过了50%。
同时，它的六氟化钨在全球市场也占据了25%以上的份额，规模跻身全球前三名。
中船特气的产品已经全面覆盖了中芯国际、合肥长鑫、京东方等国内一线晶圆制造和显示面板生产线。
这三家企业之所以能够突破垄断，关键在于没有选择抄捷径，而是从最底层的提纯工艺、容器钝化技术和检测手段做起，一步一步通过了最严苛的客户端验证，最终用技术指标和产品稳定性赢得了市场份额。
三、杀入决胜局之后，真正的考验和未来出路在哪里？
随着这批本土隐形冠军企业的崛起，中国半导体材料领域的国产化进程已经进入到了关键阶段。如果对比几年前的数据，就能看到极其明显的改观。
在2018年之前，国内晶圆厂使用的光刻气体国产化率还不到5%，含氟特种气体的国产化率也不足20%，G5级高纯氢氟酸更是几乎完全依赖进口。
而到了今天，光刻气体的国产化率已经提升到了70%以上，含氟特种气体的国产化率达到了60%到80%，G5级高纯氢氟酸的国产化率也超过了50%。
此外，用于成膜工艺的超高纯硅烷和磷化氢等材料，国产化率也突破了50%，为本土晶圆厂的稳定生产提供了有力保障。
不仅如此，过去晶圆厂验证一家新供应商需要两到三年的时间，现在为了保证供应链安全，国内晶圆厂建立了更加高效的验证通道，验证周期已经缩短到了6个月到1年左右。
这种上下游产业链的紧密配合，大大加快了国产材料的迭代升级速度。
但如果从整个产业的长远发展来看，杀入决胜局并不意味着可以松懈，接下来的挑战反而更加严峻。
一方面是上游高纯原材料和母气的自给率问题。
虽然我们在气体的精馏提纯和混合配制环节实现了国产化，但某些极其特殊的稀有气体原料，比如高纯氪气、氙气，或者部分高纯度氟碳中间体，在资源分布和粗提纯环节依然受到国际市场供求关系的影响。
如果上游粗气体原料无法做到完全自主可控，供应链依然存在不确定因素。
另一方面是超微量检测分析仪器的高度依赖。
要检验气体或者液体纯度是否达到万亿分之一级别，离不开高精度的质谱仪和色谱仪等分析设备。
目前用于这类极限纯度检测的顶尖分析仪器，绝大多数依然由日本岛津、美国赛默飞等国外设备厂商提供。
检测手段如果受制于人，就会影响到研发和生产过程中的质量控制。
此外，半导体制造技术本身还在不断向前演进。
当芯片制程向更先进的节点推进，以及三维堆叠结构变得越来越复杂时，对电子特气和湿电子化学品的纯度要求、配比精度以及蚀刻选择性提出了更高级别的要求。
例如在极紫外光刻技术的配套材料以及超高层数闪存芯片的制造中，都需要研发出全新分子结构和更高纯度的特种化学品。
总体来看，在电子特气和高纯湿电子化学品这两个被日美封锁了40年的领域，中国本土企业已经完成了从无到有、从有到优的转变。
以华特气体、多氟多和中船特气为代表的企业，打破了国外巨头的长期垄断，建立了属于自己的技术体系和生产能力。
面对未来的先进制程演进和更严苛的技术标准，产业界依然需要保持理性和耐力，在基础研发、检测设备和原料自给上持续补齐短板，才能真正实现整个产业链的全面自主可控。
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