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6DP1120-8BA銷售中心郭，下面是近期工控相關(guān)熱點事件：自 2015 年以來，中國努力成為半導(dǎo)體市場*的*，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直處于上升軌道，目標是晶圓廠產(chǎn)能翻番。
中國的目標是在 2020 年之前，將中國在晶圓廠產(chǎn)能中占據(jù)的份額從 12% 提高到 20%。事實上，為支持“中國制造 2025”這一戰(zhàn)略，中國zui近承諾將加大對制造創(chuàng)新促進型行業(yè)的財政支持，例如物聯(lián)網(wǎng) （IoT）、智能電器和消費電子產(chǎn)品。[1]
目前，中國在消費電子產(chǎn)品市場上占據(jù)了大份額，約80%的智能手機、70%的筆記本電腦/平板電腦和60%的平板電視在國內(nèi)制造。但是，這些產(chǎn)品所采用的大多數(shù)集成電路 （IC） 都是進口的，本地 IC 供應(yīng)和本地制造需求之間的缺口持續(xù)擴大。這種貿(mào)易失衡被視為影響中國戰(zhàn)略地位的一大關(guān)鍵問題，具體體現(xiàn)在經(jīng)濟、地緣安全保護等方面。因此，中國正積極推進構(gòu)建本地半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)，包括無晶圓廠的集成器件制造商 （IDMS）、代工廠、半導(dǎo)體和測試 （OSAT）外包供應(yīng)商，目標是到 2020 年創(chuàng)收 1,430 億美元。中國目前在這一領(lǐng)域的進展表明這一目標并不遙遠，自 2015 年以來，中國在新建半導(dǎo)體制造廠（晶圓廠）方面的增速超過任一半導(dǎo)體市場，目前有 24 個晶圓廠在建，其中 19 個項目來自本土廠商。[2]
來自私募和中國的大量投資紛紛涌入中國半導(dǎo)體市場，流向短期人才招募和*研發(fā)投入。目前，內(nèi)存市場是一大重點領(lǐng)域，因為它沒有*邏輯器件復(fù)雜，市場準入門檻不高。因此，相較于三星、臺積、英特爾等邏輯器件制造商，中國半導(dǎo)體制造商給 SK海力士和美光 等公司帶來的挑戰(zhàn)會來的更快。
中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的投資，特別是對內(nèi)存產(chǎn)品的重點投資，意味著需要消耗大量的特殊氣體和化學(xué)品。這既提供了巨大的機遇，也帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。本文將闡釋為何要建立一條本地供應(yīng)鏈，以專注于提供高純度的高質(zhì)量特殊化學(xué)品，為什么確保供應(yīng)可靠性、遵守中國嚴格的安全和環(huán)保要求至關(guān)重要。
為什么材料對下一代 IC 器件而言至關(guān)重要
新半導(dǎo)體技術(shù)要取得成功，必須達到預(yù)期的晶體管性能目標和很高的良率。在過去幾代制程制程中，材料在提高器件性能的作用日益重要，超過了設(shè)備和工藝優(yōu)化。隨著 IC 尺寸不斷縮小，制造工藝中所用材料的質(zhì)量和純度將對良率產(chǎn)生直接影響。隨著行業(yè)從 28 nm 向更*制程遷移并引入高 k 電介質(zhì)，這一點將愈加明顯。例如，在物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用方面，下一代晶體管將偏重能效、速度和連接性等關(guān)鍵要素，而要實現(xiàn)這些目標，新材料對*。
新品速度
半導(dǎo)體制程的發(fā)展帶來了新的機遇，因此需要快速開發(fā)新的解決方案和新的化學(xué)品，以解決新出現(xiàn)的問題，或者快速推動制程升級。首先要從供應(yīng)鏈入手。在中國，供應(yīng)鏈問題極其復(fù)雜，原因如上文所述：安全性、供應(yīng)可靠性以及如何應(yīng)對不斷提高的純度要求。
事實證明，要找到一家*符合上述具體標準的供應(yīng)商具有很大的挑戰(zhàn)性。因此，如果可以找到一家深入了解這些挑戰(zhàn)并與原材料供應(yīng)商已有合作關(guān)系的供應(yīng)商，會很有幫助。此類供應(yīng)商不僅需要能夠開發(fā)新的化學(xué)品和氣體，并快速用于大批量制造，還需要具備純化或合成材料以達到半導(dǎo)體制造需求的能力。供應(yīng)商越緊跟晶圓廠技術(shù)升級的步伐，就能越快地采購各種化學(xué)品，快速進行純化和組合以達到晶圓廠的規(guī)格要求，并打入供應(yīng)鏈?；蛘?，他們可能需要進口原材料，然后在中國工廠進行組合。靈活而有實力的供應(yīng)商能夠快速完成這些工作，從而將為晶圓廠帶來競爭優(yōu)勢。
質(zhì)量/可預(yù)測性
半導(dǎo)體制造環(huán)境對高純度的要求*，為追求*制程，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對材料純度和穩(wěn)定性提出了更嚴格的要求。在 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）推進下，過去幾十年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)制定了原材料、元器件、分析方法的有關(guān)標準，旨在確保整個行業(yè)都可以穩(wěn)定享用高純度化學(xué)品。[3] 大多數(shù)情況下，這些標準比其他行業(yè)對污染控制的要求要嚴格幾個量級，哪怕是制藥行業(yè)（圖 1）。因此，業(yè)界可以根據(jù)這些標準為半導(dǎo)體器件制造選擇合適的使用材料，并通過其提供的測試方法，鑒定化學(xué)品是否合格。
下一代半導(dǎo)體制造對污染物的容忍度僅為萬億分之一。雖然特定材料的純度可能在制造商規(guī)定的范圍內(nèi)，但也可能存在無法分析到的未知污染物。這些未知污染物可能導(dǎo)致偏差，干擾機臺設(shè)備，擾亂工藝控制，導(dǎo)致制造中斷，并且影響器件良率。
出于這個原因，此外，制造商相信“如果控制了已知雜質(zhì)，必然也已控制未知雜質(zhì)”這一理論，因此進一步收緊了對規(guī)格的要求。但是，要測試這些規(guī)格，所需分析能力也變得更加復(fù)雜。（看不到就無法測量。）因此，材料供應(yīng)商必須超越當前的技術(shù)純度規(guī)格，確保這些材料是可預(yù)測和可控的，并確保純度的不穩(wěn)定性非常小。要確保材料供應(yīng)既符合批量制造的要求又將不穩(wěn)定性降至zui低，挑戰(zhàn)非常大。特別需要注意的是，外購材料時要切記，在化學(xué)品運輸?shù)骄A廠的途中，很多環(huán)節(jié)上都可能發(fā)生污染。
這一難題直到近期才在中國引起關(guān)注，因為傳統(tǒng)制造占據(jù)了主導(dǎo)地位，對微污染的容忍度較高。但無論是跨國公司，還是中國本土的半導(dǎo)體制造商，都將制造*器件作為他們的目標，這就需要純度非常高的*化學(xué)品等等。
內(nèi)存市場在中國和范圍都在持續(xù)擴張，特別是 3D NAND。中國新建了很多晶圓廠，以增加 3D NAND 的產(chǎn)能。云計算帶來了數(shù)據(jù)爆炸，存儲照片庫、音樂和視頻導(dǎo)致個人計算機固態(tài)硬盤的容量日益增大，這些都推動著3D NAND市場的迅猛發(fā)展。特殊化學(xué)品在 3D NAND 技術(shù)中扮演了非常重要的角色。例如，隔離 3D NAND 堆疊的不同電介質(zhì)將對 3D NAND 金屬前體提出新的需求。
供應(yīng)可靠性
中國對半導(dǎo)體制造材料的各項要求非常嚴格。從根本上說，在對的時間獲得對的材料，對于保持晶圓廠正常運營至關(guān)重要。誰都不想讓晶圓廠停產(chǎn)。如果某種關(guān)鍵的*化學(xué)品供應(yīng)不足，可能導(dǎo)致產(chǎn)值達數(shù)十億美元的工廠停產(chǎn)。在中國，要確保供應(yīng)可靠性，需牽涉到多個相互關(guān)聯(lián)的因素，包括特殊化學(xué)氣體和化學(xué)品的安全性、法律監(jiān)管問題，以及是否擁有多個*材料和原材料供應(yīng)源。
由于特殊化學(xué)品制造所需的設(shè)備成本非常高，因此量少的情況下進口更成本經(jīng)濟。但是，很多化學(xué)品不能空中運輸?；瘜W(xué)品供應(yīng)鏈仍由美國、日本和歐洲化學(xué)品公司主導(dǎo)。[4] 從這些地區(qū)海運至中國導(dǎo)致供應(yīng)鏈很長。因此，對于大批量的關(guān)鍵化學(xué)品和氣體，投資建立本地生產(chǎn)供應(yīng)鏈可減少物流挑戰(zhàn)，降低成本和供應(yīng)不確定性。因此，供應(yīng)商必須在本地運營，好是建立本地制造基地和配送渠道。
安全*
注入氣體、沉積和蝕刻用的特殊化學(xué)品以及潔凈品等材料毒性高且易燃。這些材料如發(fā)生泄漏，會導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸和重大人身傷害，給員工、當?shù)厣鐓^(qū)和晶圓廠造成很大的干擾和損害。
據(jù)報道，國內(nèi)工業(yè)化學(xué)品基地曾因爆炸遭受嚴重損失，引起了各界對化學(xué)品處理的高度關(guān)注。[5] [6].為此，中國加強了對進口材料和運輸方法的監(jiān)管，如今只有經(jīng)過認證的供應(yīng)商才能運輸易揮發(fā)的材料。
為了解決這個問題，有些性材料制造商與當?shù)毓?yīng)商展開合作，避免材料通關(guān)延遲，確?？s短供應(yīng)鏈。此外，這些公司還與經(jīng)過認證的當?shù)剡\輸公司合作，將易揮發(fā)性材料從工廠或倉庫運往晶圓廠。那些不僅能夠滿足材料安全性要求，還能證明他們的輸送系統(tǒng)具有良好的過往記錄，并在業(yè)界享有盛譽的供應(yīng)商將競爭優(yōu)勢。與這些供應(yīng)商開展合作可以大大減少從海外進口材料可能帶來風(fēng)險和延遲。
環(huán)境問題
除了安全之外，在中國制造特殊化學(xué)品還面臨著一個重大挑戰(zhàn)，那就是近期出臺的環(huán)境法規(guī)嚴控空氣污染。自 2018 年 1 月起，違反污染限制新規(guī)的化學(xué)品制造工廠將依據(jù)污染類型、地點和違規(guī)嚴重程度繳稅?？諝馕廴径悶槊课廴井斄?1.2 元至 12 元。[8] 例如，污染企業(yè)每排放 0.95 公斤的氮氧化物或二氧化硫，需繳納 1.2 元和 12 元。[9]
很多化工廠因此停產(chǎn)，嚴重影響了制藥和半導(dǎo)體制造行業(yè)的原材料供應(yīng)。在需求增長的同時，當?shù)毓?yīng)商數(shù)量減少，可能導(dǎo)致供應(yīng)短缺和成本上漲。
材料來源
目前，在中國制造的很多半導(dǎo)體材料來自于工業(yè)化學(xué)品生產(chǎn)商，他們必須根據(jù)半導(dǎo)體制造規(guī)格對一部分配方進行純化。這項要求非常嚴格，特別對于缺乏專業(yè)知識的小型公司而言更是如此，而且由于這些產(chǎn)品通常只在他們的產(chǎn)品組合中占據(jù)很小比例，他們中的大多數(shù)會選擇*退出半導(dǎo)體行業(yè)。因此，當?shù)夭牧现圃焐虩o法隨時供應(yīng)*半導(dǎo)體制造中所需的很多化學(xué)品和氣體，從而影響了材料供應(yīng)可靠性。
有些情況下，原材料的供應(yīng)工廠可能位于地緣環(huán)境不利的地點。材料供應(yīng)商不僅要認識到 * 的供應(yīng)可靠性對確保晶圓廠取得成功至關(guān)重要，還必須清除原材料的來源地，并制定供應(yīng)策略，包括戰(zhàn)略備貨，儲備具有相同特性的貨源，以防由于某些偏差、自然災(zāi)害或其他潛在的災(zāi)禍而導(dǎo)致主貨源中斷。
選擇特殊氣體和化學(xué)品供應(yīng)商時，應(yīng)重點考慮那些針對上述情況進行了相應(yīng)規(guī)劃、并與原材料供應(yīng)商保持著*密切關(guān)系的材料制造商。
安全運送
離子注入、化學(xué)氣相沉積 （CVD）、原子層沉積、外延 （EPI） 和其他半導(dǎo)體制造工藝中所用的很多特殊化學(xué)品和氣體劇毒且易燃。雖然這些化學(xué)品和氣體本身通常隨時可供，但能否安全高效地將這些材料輸送到機臺也至關(guān)重要。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有一系列*的安全標準。SEMI S2 這一重要的化學(xué)品輸送標準就規(guī)定了特氣柜或液體輸送系統(tǒng)等設(shè)備的zui低安全要求。企業(yè)可將該指導(dǎo)原則納入設(shè)備采購規(guī)格，并根據(jù)需求進行增添。此項標準的范圍包括危險警告標簽、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、緊急關(guān)閉、火災(zāi)保護、危險能源隔離、地震防護、環(huán)境考量、排氣通風(fēng)、化學(xué)品、聲壓級別等參數(shù)。
除了運營期間的安全之外，運輸和安裝過程中的安全也至關(guān)重要。例如，氣瓶存儲和氣體輸送的方式大不相同。氣體的危害程度越大，越發(fā)需要使用氣瓶來存儲和運輸氣體，以確保晶圓廠內(nèi)部的安全。為了解決這個問題，2009年，美國國家消防協(xié)會 （NFPA）針對在大氣壓以下存儲和/或輸送氣體的氣瓶制定了專門定義，并命名為負壓氣體系統(tǒng) （SAGS） I 和 SAGS II包裝。此后，美國規(guī)范委員會（International Code Council, ICC）將其納入其規(guī)范的第 2703.16 節(jié)，規(guī)定與這些包裝相關(guān)的更高安全級別。
SAGS I 包裝用于在大氣壓以下存儲和輸送氣體。通常，氣瓶充滿多孔的吸附劑，讓氣體的特性更類似于固體。SAGS II包裝可在高壓下存儲氣體，但在大氣壓以下輸送氣體。這些包裝在氣瓶內(nèi)部通常配有一個機械裝置，例如一個調(diào)節(jié)器或幾組調(diào)節(jié)器。這兩類包裝的氣瓶出口必須抽取真空，才能取用氣體。
由于 SAGS I 包裝在大氣壓以下存儲和輸送氣體，它們可以大大降低致命泄漏的概率，這與標準高壓氣瓶（即 SAGS II 氣瓶）迥然不同。
由于 SAGS I 和 II包裝可將氣體的輸送壓力降到大氣壓以下，因此可以顯著降低員工面臨的風(fēng)險，避免暴露在晶圓廠使用的一些高危險性材料下。此外，由于這些系統(tǒng)在大氣壓以下輸送氣體，它們還可以減少氣體輸送途中的腐蝕或泄漏。這不僅提高了安全性，還降低了晶圓廠機臺的停工率，從而節(jié)省成本。
很多安全問題都是氣瓶、液態(tài)前體安瓿、化學(xué)品桶等化學(xué)品容器安裝或拆卸不當導(dǎo)致的。很多工業(yè)用途的化學(xué)品會與大氣發(fā)生反應(yīng)。若大氣未經(jīng)過適當清潔，這些反應(yīng)可能導(dǎo)致化學(xué)品輸送系統(tǒng)污染和組件損壞，或者在拆卸之后的輸出接頭上殘留毒物，給員工帶來危害。晶圓廠員工必須接受適當培訓(xùn)，以確保遵守有關(guān)規(guī)章制度。
結(jié)論
中國半導(dǎo)體市場正在迅速擴張，對材料的依賴性很大，同時面臨嚴格的安全和環(huán)境法規(guī)，而且缺乏本地供應(yīng)商，這就導(dǎo)致中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高純度、可預(yù)測特殊化學(xué)品可靠供應(yīng)不足，這些化學(xué)品包括注入氣體、沉積材料、潔凈品以及化學(xué)機械研磨 （CMP）、后 CMP 工藝和蝕刻化學(xué)品。
中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)需要確保國外的材料供應(yīng)商充分了解如何應(yīng)對半導(dǎo)體制造基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的挑戰(zhàn)。若要成功打入中國市場供應(yīng)鏈，材料供應(yīng)商必須了解中國特定的法律法規(guī)和地緣問題，能夠在本地采購原材料，并精通在快速擴張的中國市場開展業(yè)務(wù)的細枝末節(jié)。此外，材料供應(yīng)商還必須了解易揮發(fā)材料相關(guān)的安全風(fēng)險，并且提供安全可靠的密閉和輸送系統(tǒng)。他們還必須提供支持服務(wù)，好是現(xiàn)場服務(wù)，或者隨時通過會議/網(wǎng)絡(luò)互動提供服務(wù)。
選擇材料供應(yīng)商時必須考察的重要標準包括：擁有可靠、可預(yù)測的供應(yīng)鏈，了解風(fēng)險，提供安全的輸送機制等。另外，要與*制程商展開競爭，材料供應(yīng)商必須能夠開發(fā)新型化學(xué)品和樣品，通過靈活的方式擴大生產(chǎn)，以確?？焖俳桓缎庐a(chǎn)品。
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