美国芯片，另一个短板

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文章摘要

全球多个地区正在寻求建立具有弹性、可靠且基本自给自足的半导体供应源，美国也不例外。截至2024年，美国已宣布对半导体制造产能的投资将超过4500亿美元。然而，半导体制造不仅依赖于晶圆厂的建设，还需要稳定的化学品和材料供应。前端半导体制造需要100多种化学品和材料，任何一种的缺失都可能严重延迟或扰乱整个生产过程。目前，美国约60%的材料供应链依赖进口，预计到2030年将面临许多材料的重大供应缺口。

半导体化学品和材料的需求预计到2030年将增长两倍以上，从目前的40亿美元增长到约130亿美元。为了支持这一需求增长，美国推出了各种激励措施，包括补助金、税收抵免和贷款，以刺激私人对本土晶圆厂的投资。自2022年以来，28个州已宣布了17个项目，总私人投资额超过4500亿美元，同时还获得了325亿美元的直接补助金和288亿美元的贷款。预计到2032年，美国将占全球先进节点（小于10纳米）半导体制造产能的30%左右。

然而，仅仅建设制造能力并不能完全满足对化学品和材料投入的需求。半导体制造所需的许多化学品和材料具有超高纯度或需要精确配制，且没有替代品。例如，超高纯度的氢氟酸和六氟化钨气体是制造过程中不可或缺的材料。目前，美国依赖进口大部分半导体生产所需的材料，尤其是超高纯度氢氟酸几乎全部从亚洲进口。这种对集中供应链的依赖可能会对半导体芯片供应的弹性和可靠性构成威胁。

麦肯锡分析显示，半导体工厂的成本主要由劳动力、维护和折旧等固定成本驱动，原材料仅占总成本的一小部分。因此，保持供应链稳定性和最大限度地减少生产中断是工厂获得可观投资回报的关键因素。为了弥补材料供应缺口，预计需要一次性投资90亿美元，其中约50亿美元可能由美国领先企业出资，留下40亿美元的资金缺口。此外，每年还需要持续10亿美元的运营支出来抵消美国相对于其他地区更高的运营成本。

半导体化学品和材料根据其经济性和可用性被分为七种类型，每种类型都有其独特的挑战和解决方案。例如，第一类包括成本低且技术获取容易的材料，如化学机械抛光垫；第二类包括供应充足但经济上存在挑战的材料，如大宗气体；第三类包括知识产权和原材料容易获得但经济性最差的化学品，如高纯氢氟酸和三氟化氮；第四类包括生产受到直接限制的化学物质，如氟碳化合物；第五类包括原材料获取困难的化学品，如高纯度钽溅射靶；第六类包括缺乏技术获取的化学品，如铈基CMP浆料；第七类包括在美国以外更具经济效益的材料，如用于光刻的抗反射涂层。

弥补化学品供应缺口对于在美国建立可靠的半导体来源至关重要。企业可以考虑签订贸易协议、开发和确保关键原材料的获取来源，以及努力缩小美国生产的投资和运营成本差距。化学品供应商可以考虑加入全球合作伙伴关系和合资企业以获取关键技术，评估上游供应链步骤中存在高中断风险的替代方案，并在未来供应的投资决策中更加强调弹性风险。晶圆厂可以根据事实来看待其弹性风险，并积极开发更广泛、更具弹性的供应选择基础，为晶圆厂和供应商带来长期可持续的经济效益。

建立有弹性的半导体材料供应是建立规模化美国本土半导体产业和确保获得21世纪最关键技术之一的努力的重要组成部分。随着美国和其他地区寻求提高自给自足能力，对半导体材料的投资价值可能会对美国乃至全球产生深远影响。