半導體制造會被日本斷血嗎？

日本在半導體界一直以設備和材料笑傲群雄，2019年一則禁令一度扼住韓國半導體喉嚨，涉及材料包括高純氟化氫、氟聚酰亞胺、感光劑光刻膠，直到幾個月前，受傷的雙方才握手言和。

高純氟化氫憑什么與光刻膠并列在一起？它是一種濕電子化學品（Wet Chemicals），與電子氣體相似，作為半導體產品的“血液”，沒有它，芯片將無法生產。

關注濕電子化學品。在本文中，你將了解到：哪些濕電子化學品會用在半導體生產中，有什么特殊要求，國內外發展現狀以及國內發展的前路。

1/液中貴族，全身都是壁壘、

行業中，濕電子化學品有多種稱呼，國際上它被稱為工藝化學品（Process Chemicals），國內則稱其為“電子級試劑”“超凈高純化學試劑”等。

晶圓制造材料里，14%都花費在濕電子化學品上[1]，用于芯片的清洗、腐蝕及晶圓的清洗等，它決定著最終的成品率、電性能和可靠性。[2] 比如說，光刻工藝結束后，刻蝕工藝就需要使用特定的刻蝕液與薄膜發生化學反應；刻蝕后，需要通過剝離液溶解未曝光部分的光刻膠；整個生產過程中，難免會沾染灰塵、顆粒、金屬或離子導電污染物，清洗液便能去除這些雜質；金屬化工藝中，銅電鍍液是銅互連工藝不可缺少的化學品。

除了集成電路，平板顯示、太陽能電池也離不開濕電子化學品，由于其自身功能性強、附加值高，擁有傳導到終端整機產品性能的能力，所以行業也普遍認為濕電子化學品是撬動產業的重要杠桿。



材料是半導體產業的重要支撐[3] 嚴格來說，只要是在半導體生產過程中的液體、糊狀物、粘稠物，都算濕電子化學品，不過行業所說的濕電子化學品一般特指超高純試劑。

芯片制造容不下任何一粒沙，濕電子化學品中的金屬離子和硼、硅、砷、磷、硫、氯及有機碳等非金屬離子雜質也會直接影響芯片的3D結構。[4]



雜質對集成電路的危害[5] 用在半導體行業中的濕化學品號稱化工中的貴族，純度要求是最高的。

在純度方面，全球均執行SEMI國際標準，根據金屬雜質、控制粒徑、顆粒數、IC線寬分為五個等級，G5是最高等級，不同分級適用于不同應用。其中，太陽能光伏一般只需G1水平，顯示面板和LED一般為G2~G3水平，半導體則對應G4~G5，技術壁壘最高。



濕電子化學品SEMI國際標準等級[6] 集成電路用濕電子化學品品種繁多，按成分和工藝，可分為通用濕化學品和功能性濕化學品兩大類：

通用濕電子化學品是制造工藝中被大量使用的液體化學品，一般為單成份、單功能化學品，如氫氟酸、硫酸、硝酸、磷酸、鹽酸、過氧化氫、氫氧化鈉、氫氧化鉀等；

功能濕電子化學品是滿足制造特殊工藝需求的復配類化學品，如顯影液、剝離液、蝕刻液、稀釋液、清洗液等，涉及光刻、刻蝕、離子注入、CMP等工藝。[6]

濕電子化學品的分類與具體產品，制表丨果殼硬科技 參考資料丨格林達招股書[6]，晶瑞電材2022年報[7]

具體而言，通用化學品中硫酸、氫氟酸、硝酸、磷酸、鹽酸、雙氧水、氨水、異丙醇消耗量尤為巨大，功能性化學品中稀釋液、顯影液、刻蝕液、剝離液、緩沖氧化物蝕刻劑（BOE）、清洗液、電鍍液的消耗量隨工藝復雜化而增加。

對芯片來說，制程工藝越先進，濕電子化學品使用量就越大。SEMI統計數據顯示，從28nm到5nm總工藝步驟將由400次增加至1200以上，進一步帶動濕電子化學品用量提升。[3]



部分常用電子級化學品用途，制表丨果殼硬科技 參考資料丨《微納電子與智能制造》[8]《上?；ぁ穂9]，中金公司[10] 當然，不光液體本身要純凈，在包裝、運輸及使用過程中，都要足夠潔凈，可以說，濕電子化學品每個環節都存在技術壁壘：

原料除雜：原料是制備高純濕電子化學品的關鍵，在高效除雜方面，除雜劑的選擇、工藝參數的完善、除雜體系的優化等均需投入；[11]

提純：濕電子化學品的純化重點不在含量，而在去除有害金屬離子含量和顆粒含量，純化方法主要包括蒸餾和精密分餾、離子交換、分子篩分離、氣體吸收和超凈過濾5種方法，幾種提純技術各有所長；[9]

混配：配比和配方是關鍵，就像調配調料一樣，不僅要經驗豐富，還要合乎口味偏好，此外，調配工藝過程溫度、壓力、流量、配比、排氣量等指標都與調配結果息息相關；

副產物應用：大多濕電子化學品生產過程中都存在大量副產物，比如電子級氫氟酸除雜過程中副產的氟硅酸鋇，在經過多次洗滌干燥后可直接外售，因此副產物梯級利用開發是生產企業的重點；

檢測：制造芯片過程中，濕電子化學品污染情況決定著企業的生命線，隨著芯片步入納米級，對金屬及非金屬雜質含量要求已達到10-12數量級，過去傳統的GF-AAS、ICP-OES痕量元素檢測方法已被淘汰，現在常用分析測試手段是ICP-MS、ICP-MS/MS離子色譜法，目前國外分析系統包括美國的ESI、日本的IAS、中國臺灣的金兆益，國內則包括中國杭州譜育科技等；

包裝運輸：濕電子化學品大多屬易燃、易爆、強腐蝕的危險品，運輸過程中既不能泄露，也不能污染，目前最廣泛使用的包裝材料是高密度聚乙烯（HDPE）、四氟乙烯和氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）、聚四氟乙烯（PTFE），對于不同化學品包裝要求也各不相同；

回收：芯片生產中，廢液排放量非常驚人，這些廢液多數具備生物毒性，且污染環境，回收不僅具備環保意義，還能夠減少企業化學品消耗量。迄今為止，濕電子化學品大多用于清洗和干燥，使用后雜質含量并不多，且大多雜質種類已知，定向去除雜質便可重復利用，減少企業開銷。[8]

2/從國產替代奔小康

集成電路用濕電子化學品客戶較專，但也具備一定市場規模。綜合中國電子材料行業協會、TECHCET數據，2022年~2025年全球集成電路用濕化學品市場規模將從56.90億美元增長至63.81億美元，受下游芯片需求量減少影響，2023年全球市場規?？蛇_51億美元，同比略微下降，其中，其中中國總體市場規模將在2025年增長至10.27億美元。[3][12] 從關鍵品類化學來講，硫酸、過氧化氫、Cu PERR（蝕刻后清洗劑）、CMP拋光液是2023年全球濕電子化學品使用量前四，分別占比23%、20%、14%、14%，其次是氨水、磷酸、AI PERR（蝕刻后清洗劑）、氫氟酸、異丙醇、鹽酸、硝酸。



濕電子化學品細分產品市場[12] 一代產品，一代材料，濕電子化學品技術門檻高、投入大、更新換代快，加之中國起步比國外晚幾十年，想在市場上競爭并不容易。

目前，歐、美、日、韓大廠商占據全球濕電子化學品70%以上市場規模，格局相對穩定。數據顯示，歐美約占全球32%市場份額，日本占29%全球市場份額，中國大陸則僅占12%。[13]

具體到產品方面，國產主要集中在太陽能電池等領域的低端產品，技術門檻低，競爭激烈；中端的平板顯示及半導體產品中韓相互競爭；高端產品則由德國、美國和日本主導。[14]



2021年全球濕化學品市場格局（按銷售額計）[13] 歐美老牌化工企業產品等級普遍在G4以上，與半導體芯片制造業發展幾乎保持同一步調，代表企業包括德國巴斯夫（Basf）、德國默克（E.Merck）、美國亞什蘭（Ashland）、美國Arch化學品、美國霍尼韋爾（Honeywell）、美國Mallinckradt Baker、美國Avantor Performance Materials、美國ATMI等。[15] 日本產業發展雖晚于歐美，但發展速度快，目前工藝技術水平基本與歐美企業持平，代表企業包括關東化學、三菱化學、京都化工、日本合成橡膠、住友化學、和光純藥工業 (Wako) 、宇部興產（UBE）、Stella-Chemifa等。[5] 韓國和中國臺灣地區濕電子化學品也在高速發展，其生產技術和工藝水平已可在高端領域與歐美和日本相競爭，代表企業包括韓國東友精細化工、韓國東進世美肯、中國臺灣東應化、中國臺灣聯仕電子化學、鑫林科技等。



國際濕電子化學品代表企業[6] 我國濕電子化學品已取得一定突破，在通用化學品上初步形成產業規模，但在超高純凈試劑上，無論是質量，還是數量都難以滿足電子工業需求。2019年中國大陸企業在超凈高純化學品市場供應上僅占中國市場的9%。[16] 數據顯示，2022年我國濕電子化學品整體需求量增長至261.69萬噸，去年則為213.52萬噸，預計2023年需求量將達到307.03萬噸。其中集成電路、顯示面板、光伏行業需求分別為96.59萬噸、116.6萬噸、93.84萬噸。預計至2025年，國內需求總量可增加至370萬噸，其中集成電路、顯示面板、光伏行業需求量分別為106.94萬噸、149.5萬噸、113.12萬噸。[7] 需求量與市場并非對等，越高端的產品價值才越高。2021年，中國濕電子化學品市場規模為137.8億元，其中集成電路、顯示面板、光伏行業市場規模分別為52億元、62億元和17億元，占比分別為40%、47%和13%，預計2022年~2028年國內市場規?？蓮?63.9億元增長至301.7億元。[7]



我國三大應用市場對濕電子化學品需求規模情況[13] 目前，我國濕電子化學品領域整體國產化率約為35%，集成電路用濕電子化學品國產化率約為23%。其中，高端半導體所需氫氟酸國產率約為30%、硝酸國產率約為50%、鹽酸國產率約為20%、硫酸國產率約為10%、氨水國產率約為40%、過氧化氫國產率約為70%[11]，NMP、四甲基氫氧化銨等產品在高端領域的應用則仍是空白。[17] 話雖如此，我國進步非常迅速，目前已實現集成電路、平板顯示、太陽能電池全線國產替代，換句話說就是每個領域都至少有產品可用。

迄今為止，國內從事濕化學品研究生產的企業已有40多家，并分為濕電子化學品專業供應商、電子材料平臺型企業和大型化工企業三類[18]。包括江陰江化微、江陰潤瑪電子、江蘇艾森、浙江凱盛氟、晶瑞電子、杭州格林達、湖北興福電子、中巨芯科技、多氟多、安集微、上海新陽、滄州信聯、無錫三開、鎮江潤晶等，客戶不乏臺積電、中芯國際、長電科技、華潤微、士蘭微等先進代工廠、封裝廠、IDM公司。

具體而言，電子級硝酸、氫氟酸和磷酸等已取得較大突破，已進入國際供應鏈，電子級硫酸、鹽酸、氨水和雙氧水等在國內實現部分批量應用[16]。比如說，江化微的電子級氫氟酸/硫酸/硝酸、湖北興福的電子級磷酸/硫酸/硅刻蝕液/鋁刻蝕液、晶瑞電材和蘇州晶瑞的電子級雙氧水、上海新陽的電子級硫酸/銅電鍍液/銅刻蝕后清洗液、安集微的銅拋光后清洗液已在8英寸集成電路生產線批量應用，12英寸28nm以上技術節點晶圓制造用濕電子化學品已有少量應用，大多處于體系認證階段，28nm以下技術處于實驗室研發和小試開發階段。[19]



我國濕電子化學品廠商不完全統計，制表丨果殼硬科技 參考資料丨格林達招股書[6]，平安證券[20] 近幾年在國產替代需求與日韓半導體貿易戰驅動下，我國濕電子化學品市場產量不斷增長。2016年~2022年，產量從24萬噸增長至80萬噸，2022年一年便同比增長23.1%[20]。不止如此，到2025年國內將擁有大量新建產能。



2022年~2025年各企業濕電子化學品新增產能規劃[20]

國產替代只是現階段邁出的第一步，走向小康仍然要直面問題：國內企業產品相對單一，缺乏多品種市占率都很高的龍頭企業；盡管部分企業已在多品種產品上實現突破，但拳頭產品依然有限，特別是先進制程上差距明顯。

3/想賺錢，繞著產業鏈走

想做濕電子化學品并不容易，想要靠它賺錢更難。

從國內各家公司財報來看，整體毛利率在20%~50%浮動，功能性濕電子化學品毛利率在30%~60%浮動，高端產品可達到70%，通用濕電子化學品則在5%~30%浮動。

相悖的是，濕電子化學品技術門檻高、研發投入大、研發周期長，因此全球化學品制造商都在謹慎擴張。SIA報告中便提到，美國部分芯片工廠濕電子化學品幾乎每年都會出現供應短缺的情況。[21] 國際龍頭企業大多是材料領域的全能手，造的種類多了，便可避免周期性風險，同時能夠形成產業鏈條和網絡，最大化原料、中間體、副產物等價值。這一點可以在專利上窺探一二。

以半導體和濕電子化學品同時作為關鍵詞在智慧芽上搜索，170個國家/地區中共有19421條專利，專利總價值共13.13億美元。其中，美國申請量排名第一，占全球濕電子化學品相關專利的的35.84%，其次是日本、中國、韓國、歐洲，分別占全球總量的19.75%、19.36%、10.59%、7.6%。需要強調的是，國內缺乏專利出海，而美國、日本相關專利出海情況較為良好。



濕電子化學品技術來源國/地區排名，圖源丨智慧芽

位于專利前列的企業大多是超大型的綜合性化工企業，包括德國巴斯夫、韓國LG化學、日本富士、日本住友化學、美國杜邦等。反觀國內湖北興福、江陰潤瑪、江陰江化微等企業的專利數量也在不斷趕超國外企業。



濕電子化學品典型申請人分析，圖源丨智慧芽

含氟電子氣體、濕電子化學品、光刻膠作為半導體三大材料，具備相似的產業邏輯。

以德國巴斯夫、德國林德、德國默克、日本住友化學、日本三菱化學、美國杜邦6家全球領先企業布局情況來看，5家在濕電子化學品和光刻膠領域有所涉獵，且涵蓋剝離、清洗、顯影、拋光等相關專利。



領先企業基于專利的電子化學品細分領域技術布局對比[22]

龍頭并非一蹴而就，濕電子化學品最早應用在上世紀60年代，國際已經過多輪洗牌和整合。目前全球濕電子化學品處于穩定成長期，預計5~20年后即進入成熟期。



基于專利數據計算的技術成熟度[22]

領先國家化學試劑行業經營模式發展主要分三個階段：第一階段，通過自主經營實現自產自銷；第二階段，向配套設備、試劑、服務方向發展，實現全產品線供應；第三階段，培育研發、營銷網絡，行業開始結盟合作或是重組兼并，迅速提升市場集中度。[23]

越過第三階段，是巨無霸們的鯨吞，集中度與日俱增。比如說，如2004年巴斯夫收購默克電子化學業務[24]，2019年默克完成對美國慧盛（Versum Materials）的并購。[25] 目前，我國仍在發展階段，相比國際上的百年老店，現階段很難實現大規模整合并購，所以圍繞產業鏈發展可能是一路不錯的路。

上游方面，原材料價格和供應是濕電子化學品生產企業的生命線，煉油廠停工會影響異丙醇、硫酸的成本和可用性，隨著環保管控趨嚴，原材料價格波動也影響著產品產量，此外，制造中發電的天然氣和石油價格上漲和限制都會引起化學品價格跟漲。

比如說，氫氟酸一般由螢石中添加硫酸來制造，而全世界年產量700萬噸的螢石六成產自中國，導致日本氫氟酸及其主要原料九成以上從中國進口[26]，我國多氟多、興福電子、濱化股份、中巨芯等企業均擁有G5級氫氟酸，不僅打入臺積電、中芯國際產業鏈，也成為日韓半導體貿易戰中的主要替代品。

中下游方面，濕電子化學品作為危險化工品包裝運輸成本極高，因此濕電子化學品生產商大多環繞芯片制造商建廠。

比如說，臺積電此前宣布計劃在美國亞利桑那州建廠，緊接著，其供應商LCY便宣布計劃在亞利桑那州進行異丙醇重新包裝和純化，另一家供應商長春化工也跟進，計劃在亞利桑那州生產電子級過氧化氫和基于四甲基氫氧化銨的顯影劑、電子級溶液和電鍍液。[12]

可以說，雖然國內濕電子化學品仍有缺口，但上游原料供應充足，為國內生產企業帶來巨大優勢，剩下的，便是繞著產業鏈，不斷增加自己的厚度。

隨著納米制程越來越接近1nm，芯片制造商間工藝差異性越來越大，濕電子化學品定制化需求提升，也許這會成為國內企業的一次轉折點。

審核編輯：劉清