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芯片制造的核心材料，被美法德日四國(guó)壟斷，國(guó)產(chǎn)替代計(jì)劃全面加速
發(fā)布時(shí)間：2024-11-11
2018 年全球集成電路用電子氣體的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到 45.12 億美元，同比增長(zhǎng) 16%，中國(guó)集成電路用電子特氣的市場(chǎng)規(guī)模約 4.89 億美元。半導(dǎo)體用電子特氣行業(yè)增速高，龐大的市場(chǎng)規(guī)模，讓電子特氣的國(guó)產(chǎn)替代計(jì)劃全面加速！半導(dǎo)體用電子特氣行業(yè)增速高，龐大的市場(chǎng)規(guī)模，讓電子特氣的國(guó)產(chǎn)替代計(jì)劃全面加速！
什么是電子特氣呢？電子氣體是指用于半導(dǎo)體及相關(guān)電子產(chǎn)品生產(chǎn)的特種氣體。
通常半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè)，將氣體劃分成常用氣體和特殊氣體兩類。其中，常用氣體指集中供給而且使用非常多的氣體，比如 N2、H2、O2、Ar、He 等。特種氣體指半導(dǎo)體生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，比如延伸、離子注進(jìn)、摻和、洗滌、遮掩膜形成過(guò)程中使用到一些化學(xué)氣體，也就是我們現(xiàn)在所說(shuō)的電子特氣。
電子特氣按其本身化學(xué)成分可分為：硅系、砷系、磷系、硼系、金屬氫化物、鹵化物和金屬烴化物七類。按在集成電路中不同應(yīng)用途徑可分為摻雜用氣體、外延用氣體、離子注入氣、發(fā)光二極管用氣、刻蝕用氣體、化學(xué)氣相沉積氣和平衡氣。在半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用的有110余種單元特種氣體，其中常用的有超過(guò)30種。
除了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，電子特氣廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、移動(dòng)通訊、汽車導(dǎo)航及車載音響系統(tǒng)、航空航天、軍事工業(yè)等諸多領(lǐng)域，所以也被稱為電子工業(yè)的“血液”。
可以說(shuō)，如果想要發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，電子特氣不可或缺。電子特氣貫穿半導(dǎo)體各步工藝制程，尤其在半導(dǎo)體薄膜沉積環(huán)節(jié)發(fā)揮不可取代的作用，是形成薄膜的主要原材料之一。又決定了集成電路的性能、集成度、成品率，特氣若不合格輕則導(dǎo)致產(chǎn)品嚴(yán)重缺陷，重則導(dǎo)致整條生產(chǎn)線被污染乃至全面癱瘓。
在半導(dǎo)體領(lǐng)域，電子特氣在半導(dǎo)體制造的材料成本中占比高達(dá) 13%，是僅次于硅片的第二大材料。之所以成本如此高，是因?yàn)殡娮犹貧獾募夹g(shù)難度不低。
電子特氣對(duì)純度的要求很高，因?yàn)榧兌热绻麤](méi)有達(dá)到要求的話，電子特氣中水汽、氧等雜質(zhì)組就容易使半導(dǎo)體表面生成氧化膜，影響電子器件的使用壽命，而電子特氣中含有的顆粒雜質(zhì)會(huì)造成半導(dǎo)體短路及線路損壞。可以說(shuō)純度的提高，對(duì)電子器件生產(chǎn)的良率和性能起到了至關(guān)重要的作用。
伴隨半導(dǎo)體工業(yè)的不斷發(fā)展，芯片制程不斷提高，如今已經(jīng)做到了5nm，快要逼近摩爾定律的極限，,相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑(約為0.1毫米)的二萬(wàn)分之一。所以這也對(duì)半導(dǎo)體生產(chǎn)的電子特氣純度亦提出了更高的要求。
電子特氣純度提升的影響因素主要包括“氣體的分離和提純”、“氣體雜質(zhì)檢測(cè)和監(jiān)控”、“氣體的運(yùn)輸和儲(chǔ)存”三個(gè)方面。
以“氣體的運(yùn)輸和儲(chǔ)存”為例，高純特氣在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中要求使用高質(zhì)量的氣體包裝儲(chǔ)運(yùn)容器、以及相應(yīng)的氣體輸送管線、閥門和接口，確保避免二次污染，而且一些電子特氣還具有自燃性、腐蝕性、毒性等，所以運(yùn)輸和存儲(chǔ)都要特別小心。
目前全球特氣市場(chǎng)包括美國(guó)空氣化工、普萊克斯、德國(guó)林德集團(tuán)、法國(guó)液化空氣、日本大陽(yáng)日酸株式會(huì)社等公司占據(jù)了全球電子特氣90%以上的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也被這幾大企業(yè)控制了85%的份額。
隨著中國(guó)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的扶持加大，芯片國(guó)產(chǎn)化率的不斷提高，電子特氣也要跟上步伐，能夠做到自給自足。
高端電子特氣國(guó)產(chǎn)化的意義：一方面價(jià)格昂貴，進(jìn)口氣價(jià)格一般會(huì)達(dá)到國(guó)產(chǎn)氣的 2-3 倍甚至更高，增加 IC 產(chǎn)業(yè)制造成本，削弱了我國(guó) IC 產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力；另一方 面某些核心尖端氣體海外巨頭對(duì)我國(guó)實(shí)施各種封鎖限制，供應(yīng)情況受國(guó)際關(guān)系影響，對(duì)我國(guó)國(guó)家安全及經(jīng)濟(jì)發(fā) 展構(gòu)成威脅。此外，很多電子氣體本身屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，進(jìn)口手續(xù)繁瑣、周期長(zhǎng)，且某些電子氣體性質(zhì)不穩(wěn)定 自發(fā)分解，或強(qiáng)腐蝕長(zhǎng)時(shí)間放置雜質(zhì)含量提高，漂洋過(guò)海進(jìn)口本身就存在諸多不便
以昊華科技為例，是國(guó)內(nèi)唯一具有4N高純硒化氫產(chǎn)品研制及批量生產(chǎn)能力的企業(yè)。高純硒化氫產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，指標(biāo)達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平。此外，它們企業(yè)的特種氣體產(chǎn)品還包括綠色四氧化二氮、高純硫化氫、二氧化碳-環(huán)氧乙烷混合氣(熏蒸劑)、標(biāo)準(zhǔn)混合氣體等。昊華科技與韓國(guó)大成合作建設(shè)的 2,000 噸/年三氟化氮項(xiàng)目，廣泛應(yīng)用于蝕刻、清洗、 離子注入等半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝。
目前，昊華科技部分產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn) 進(jìn)口替代。公司工業(yè)級(jí)六氟化硫國(guó)內(nèi)市占率約為 30%，電子級(jí)六氟 化硫市占率約為 70%，三氟化氮市占率約為 30%。
但目前的難題是，電子特氣種類太多，如果要全部做到高端化，難度比較高，目前也缺乏領(lǐng)軍型的企業(yè)。
2014年，國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金成立，首期募集資金規(guī)模達(dá)1387億元?；鸲谀假Y于2019年完成，募資2000億，也就是目前中國(guó)共募資3387億，對(duì)設(shè)備制造、芯片設(shè)計(jì)和材料領(lǐng)域加大投資。
中國(guó)也立下了宏偉目標(biāo)，明確提出在2020年之前，90-32nm設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到50%，2025年之前，20-14nm設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到30%，而國(guó)產(chǎn)芯片自給率要在2020年達(dá)到40%，2025年達(dá)到70%。
國(guó)家目前也開(kāi)始對(duì)電子特氣領(lǐng)域進(jìn)行投資扶持，可以說(shuō)隨著中國(guó)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷重視，國(guó)產(chǎn)全面替代計(jì)劃終會(huì)成功！