今年 7 月，日本宣布限制高純氟化氫、氟聚酰亞胺和光刻膠向韓國(guó)出口。這三種材料都是高精尖半導(dǎo)體行業(yè)使用的，掐中了韓國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的命脈。今天我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)，這個(gè)高純氟化氫，生產(chǎn)起來(lái)有多難。

　　一、氟化氫和氫氟酸

　　氟化氫是一種有毒氣體，溶于水形成氫氟酸。氫氟酸是一種弱酸，具有特殊腐蝕性，所謂特殊腐蝕性，是指它能腐蝕其他強(qiáng)酸所不能腐蝕的玻璃、單晶硅等半導(dǎo)體材料。在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中有重要應(yīng)用。

　　氫氟酸的生產(chǎn)并不困難，其主要原料是螢石，而我國(guó)螢石的探明儲(chǔ)量與南非并列世界第一位，按說(shuō)是具有得天獨(dú)厚優(yōu)勢(shì)的。但應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)的氫氟酸可不是普通的氫氟酸，是超凈高純的電子級(jí)氫氟酸。普通工業(yè)級(jí)氫氟酸，洗個(gè)玻璃還行，用來(lái)洗半導(dǎo)體，基本上只能生產(chǎn)出廢品來(lái)。因?yàn)槠胀üI(yè)級(jí)氫氟酸，含有大量雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對(duì)芯片生產(chǎn)是致命的。

　　那高純氟化氫有多純呢?以前我們都聽說(shuō)過(guò)千足金的說(shuō)法，也就是純度為 99.9%，含有 0.1% 的雜質(zhì)，后來(lái)又有人提出萬(wàn)足金，就是 99.99%，含有 0.01% 的雜質(zhì)。而日本產(chǎn)的最高純度的氫氟酸純度為 99.9999999999% 甚至更高，這個(gè)在目前最先進(jìn)的芯片生產(chǎn)工藝中都可以放心使用。而中國(guó)目前能生產(chǎn)的最高純度也比這個(gè)純度低十倍左右，而這只是其中一個(gè)指標(biāo)，此外還有控制粒徑、顆粒個(gè)數(shù)等指標(biāo)。

　　二、生產(chǎn)工藝

　　如前所說(shuō)，氟化氫的生產(chǎn)并不困難，只需要讓螢石跟硫酸進(jìn)行反應(yīng)，就可以制得氟化氫。再用水溶解掉氟化氫，就變成了氫氟酸。這個(gè)生產(chǎn)過(guò)程技術(shù)含量并不高，工藝也不復(fù)雜。但生產(chǎn)出來(lái)的只是工業(yè)級(jí)的氫氟酸，要想應(yīng)用到電子行業(yè)，必須做非常精密的提純。難就難在了提純上。

　　嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，提純的工藝流程也不是很復(fù)雜。主要是利用氟化氫的揮發(fā)性以及不同物質(zhì)沸點(diǎn)不同，采用精餾、蒸餾、亞沸蒸餾、減壓蒸餾、氣體吸收等技術(shù)對(duì)氟化氫進(jìn)行純化。在此過(guò)程中，要把三價(jià)砷的氟化物氧化成五價(jià)，以免它跟著氟化氫一起蒸餾出來(lái)。然后用高純水溶解氟化氫，再過(guò)超濾膜過(guò)濾雜質(zhì)，最后進(jìn)行檢驗(yàn)和無(wú)塵灌裝。我們國(guó)家相關(guān)的純化工藝專利有很多。隨著我國(guó)化學(xué)工藝研究水平的提高，一套合格的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)并不難，難就難在生產(chǎn)廠房和設(shè)備上了。

　　先說(shuō)生產(chǎn)廠房，雖說(shuō)我國(guó)已經(jīng)發(fā)展成為基建強(qiáng)國(guó)，但對(duì)于超凈高純氫氟酸廠房這樣的特殊基建還沒(méi)有成熟經(jīng)驗(yàn)。這樣的廠房要求與外界嚴(yán)密隔離，要設(shè)置多重的過(guò)濾系統(tǒng)，爭(zhēng)取不讓任何灰塵進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)。廠房不僅要有雙層的門窗和多重的通風(fēng)過(guò)濾系統(tǒng)，而且要精打細(xì)算到每個(gè)工作區(qū)都用小的隔斷隔開，設(shè)置獨(dú)立的過(guò)濾系統(tǒng)，保證外來(lái)的“新鮮空氣”，經(jīng)過(guò)多重過(guò)濾和殺菌以后達(dá)到萬(wàn)級(jí)以上的凈化度(具體標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)參考百度百科)，灌裝車間甚至要求達(dá)到百級(jí)以上。

　　由于氟化氫的腐蝕性，對(duì)廠房裝修也提出了很高的要求，要使用完整的幾乎沒(méi)有拼接的裝修材料，表面光滑整潔，邊角要易于清潔。所有的裝修材料包括工作臺(tái)、隔層、器皿等都要使用防靜電的材質(zhì)。因?yàn)殪o電吸附灰塵，會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)干擾。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高純氟化氫，往往會(huì)出錢顆粒不達(dá)標(biāo)的情況，正是生產(chǎn)車間建設(shè)不達(dá)標(biāo)帶來(lái)的問(wèn)題。穿著乞丐服生產(chǎn)高檔美食，其結(jié)果可想而知。

超凈室

　　然后再說(shuō)設(shè)備問(wèn)題。其實(shí)設(shè)備的設(shè)計(jì)不存在太大的困難，難就難在設(shè)備的制作材料和生產(chǎn)工藝。由于氟化氫和氫氟酸的腐蝕性，一般的金屬設(shè)備是不能用來(lái)生產(chǎn)高純氟化氫的。要么使用鉑、金等貴金屬材質(zhì)，要么使用增加防腐蝕內(nèi)襯的不銹鋼設(shè)備。內(nèi)襯材料往往是氟塑料，如聚四氟乙烯、PFA 等塑料材質(zhì)。

　　但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的氟塑料，往往摻入碳酸鈣、二氧化硅、滑石粉等材料，這些物質(zhì)對(duì)氟化氫生產(chǎn)工藝帶來(lái)新的污染。還有就是塑料表面的光滑整潔度，也影響產(chǎn)品的質(zhì)量，這些往往是我國(guó)材料生產(chǎn)和加工的薄弱環(huán)節(jié)。再有，國(guó)外能夠生產(chǎn)噸級(jí)方桶和儲(chǔ)罐，方便儲(chǔ)運(yùn)氫氟酸，而國(guó)內(nèi)只能生產(chǎn)幾十升的容器。

　　此外，高純氟化氫所用的分析測(cè)試儀器往往很貴，一般生產(chǎn)車間難以承擔(dān)。同時(shí)，制備過(guò)程中的原料質(zhì)量、人為因素、膜過(guò)濾、分析測(cè)試和灌裝等環(huán)節(jié)都會(huì)影響高純氟化氫的純度。因此要想提高我國(guó)高純氟化氫的生產(chǎn)水平和質(zhì)量，要求全產(chǎn)業(yè)鏈的提升，而不是每一個(gè)生產(chǎn)廠自己努力就能解決的問(wèn)題。

　　最后，補(bǔ)充一點(diǎn)，即使我國(guó)克服了所有困難生產(chǎn)出符合要求的高純氟化氫，想替代日本公司也是很難的，因?yàn)樾酒a(chǎn)企業(yè)需要重新調(diào)試生產(chǎn)工藝，以便測(cè)試新原料對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)的影響。據(jù)估算調(diào)試工藝的時(shí)限大概是兩個(gè)月的時(shí)間。一般的芯片企業(yè)不被逼到一定程度，不會(huì)下定決心更換原料的。

　　三、氟化氫的其他用途

　　1. 中低端電子產(chǎn)品

　　我國(guó)也是氟化氫的銷售大國(guó)，雖然暫時(shí)不能搶占高端芯片領(lǐng)域的氟化氫市場(chǎng)。但我們?cè)谥械投穗娮赢a(chǎn)品用高純氟化氫領(lǐng)域占有很大的市場(chǎng)份額，未來(lái)還有擴(kuò)大的趨勢(shì)。需要努力的是高端領(lǐng)域，目前日本公司的份額接近 90%，這是利潤(rùn)很高的一塊大蛋糕。

　　2. 氟碳化合物生產(chǎn)

　　氟化工產(chǎn)業(yè)，是利用氟化氫很重要的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。用氟化氫可以生產(chǎn)各類氟碳化合物，比如其溶解、冷凍劑、發(fā)泡劑等。這些工業(yè)需要消耗大量氟化氫，至少在十萬(wàn)噸級(jí)以上。

　　3. 冶金工業(yè)

　　像煉鋁工業(yè)，還有特殊金屬，如鈮、鉭、鎢、鈾、釔等金屬，甚至不銹鋼行業(yè)，也都需要氟化氫。當(dāng)然這些工業(yè)對(duì)氟化氫的純度要求并不像電子工業(yè)那樣高。

　　4. 石油化工

　　石油烷基化工業(yè)，也會(huì)用到一些氟化氫作催化劑。
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