再建新廠！半導體產(chǎn)業(yè)爭口“氣”

近日，法國液化空氣集團宣布計劃投資2.5億美元在美國愛達荷州新建一家工業(yè)氣體工廠，為美光科技提供超純氮和其他氣體，該工廠預計將于2025年底投入運營。液化空氣集團美洲區(qū)CEO表示:“這項投資將支持尖端存儲芯片的生產(chǎn)，特別是滿足人工智能對計算能力日益增長的需求?！泵拦饨衲觊_始量產(chǎn)用于英偉達最新AI芯片的高帶寬存儲器(HBM)半導體。

受國際形勢影響，電子氣體中的氖氣、鈀、六氟-1,3-丁二烯（C4F6）等自2022年開始供應緊張、價格上漲，電子氣體也因此受到行業(yè)普遍高度關(guān)注。

全球半導體用電子氣體市場情況

電子氣體實際上是半導體工業(yè)用的氣體統(tǒng)稱。按其門類可分為純氣，高純氣和半導體特殊材料氣體三大類。不過，在日常的行業(yè)分類中，更多地按照氣體的用量，將電子氣體分為電子大宗氣體和電子特種氣體，前者單一品種用量較大，滲透在半導體生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，如氮氣、氦氣、氫氣、氬氣等。而后者單一品種用量較小，一般在生產(chǎn)的某個特定環(huán)節(jié)使用，如二氯二氫硅、四氯化硅和硅烷等。

公開資料顯示，電子特種氣體是支撐芯片制造的不可或缺的元素之一，它們在芯片產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵制程光刻、外延生長、沉積等環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用。

在光刻過程中，則有特定需要的光刻氣，該類氣體可使光刻機產(chǎn)生深紫外激光。據(jù)悉，光刻氣在腔體內(nèi)受高壓激發(fā)后，由于電子躍遷，產(chǎn)生了一定波長的光，不同的光刻氣和電壓可產(chǎn)生不同波長的光，經(jīng)過聚合、濾波處理后便形成光刻機的光源，這直接決定了光刻機的分辨率范圍。據(jù)悉，光刻氣大部分為稀有氣體，或稀有氣體和氟的混合物，用不同比例的不同氣體混合在一起的電子氣體混合物。常見光刻氣包含Ar/F/Ne混合氣、Kr/Ne混合氣、Ar/Ne混合氣、Kr/F/Ne混合氣，Ar/Xe/Ne混合氣等等。

硅外延生長環(huán)節(jié)也需要用到非常豐富的混合氣體。常用的硅外延氣體有二氯二氫硅、四氯化硅和硅烷等。主要用于外延硅淀積、氧化硅膜淀積、氮化硅膜淀積，太陽能電池和其它光感受器的非晶硅膜淀積等。外延是一種單品材料淀積并生長在襯底表面上的過程。常用外延混合氣比如有氦、氬、氫、氮組成的硅烷(SiH4)，氦、氬、氫、氮組成的氯硅烷(SiC14)，氦、氬、氫、氮組成的二氯二氫硅(SiH2C12)，氦、氬、氫、氮組成的乙硅烷(Si2H6)。

化學氣相淀積(CVD)則是利用揮發(fā)性化合物，通過氣相化學反應淀積某種單質(zhì)和化合物的一種方法，即應用氣相化學反應的一種成膜方法。依據(jù)成膜種類，使用的化學氣相淀積(CVD)氣體也不同，所運用的混合氣組成包括硅烷(SiH4)+氫、二氯二氫硅(SiH2C12)+氫、硅烷(SiC14)+氫、硅烷(SiH4)+甲烷(CH4)、六氟化鎢(WF6)+氫等。

目前，全球特種氣體市場大都被大型氣體公司如美國空氣、德國林德、法國液化、日本大陽所壟斷。在近幾年的半導體用電子氣體價格漲幅中，以氖氣最為明顯。針對這種情況，臺積電、三星、SK海力士、美光等紛紛做出最新對策。

今年三月消息，三星在全球首次在芯片生產(chǎn)中使用回收的氖氣，以穩(wěn)定稀有惰性氣體的成本和供應。目前，該公司消息顯示已成功將回收的氖氣用于芯片量產(chǎn)，且不會降低芯片質(zhì)量。三星表示，計劃從明年開始使用回收氣體來滿足光刻工藝75%的氖氣需求（包括存儲芯片和代工業(yè)務），從而大幅減少對進口氖氣的依賴。

此外，三星正在與本土企業(yè)TEMC緊密合作，開發(fā)可立即用于芯片制造的高質(zhì)量回收氖氣。經(jīng)過多次試驗與驗證，再生氖氣的性能已達到行業(yè)標準，即在三星完成氣體回收后，再由合作伙伴進行純化處理，以確保其質(zhì)量和穩(wěn)定性，預計不會對產(chǎn)品效能產(chǎn)生任何影響。

SK海力士方面，早在2022年，SK海力士就表示成功實現(xiàn)氖氣的首次本土化，當時工藝引進比重已擴大到40%。SK海力士計劃到2024年為止，將氖氣本土化比重提高到100%。在這個過程中，SK海力士與半導體用氣體制造企業(yè)TEMC、浦項制鐵合作，一直在摸索在韓國國內(nèi)生產(chǎn)氖氣的方法。

今年4月消息，繼三星電子之后，SK海力士和TEMC也在共同開發(fā)氖氣回收技術(shù)，據(jù)SK海力士預計，通過減少對氖氣進口的依賴，該技術(shù)每年可節(jié)省3000萬美元。據(jù)悉，SK海力士和特種氣體生產(chǎn)商TEMC已經(jīng)合作一年多來開發(fā)氖氣回收技術(shù)。

此外，多家大廠包括臺積電、聯(lián)電、美光等均都開始尋求稀有氣體自產(chǎn)或本地化供應的廠商。臺積電方面，2022年就有行業(yè)消息顯示，臺積電正在與多家氣體供應商合作，在三到五年內(nèi)探索在中國臺灣本地生產(chǎn)氖氣。當時報道指出，臺積電正在評估供應鏈風險，并制定了大約未來五年的連續(xù)性計劃，以確保能夠采購2000多種芯片制造所需的材料和化學品，以滿足建廠和擴充產(chǎn)能計劃。

聯(lián)電方面已與氖氣供應商泰實科技簽訂長約，提前鎖定產(chǎn)能、鎖定價格，聯(lián)電也是首家提前下手保證關(guān)鍵氣體供應的晶圓代工廠。

存儲大廠美光也聲明稱，氖氣供應可能中斷的風險令半導體行業(yè)感到擔憂。不過美光表示，公司在惰性氣體的采購上已多元化，主要來自歐盟、美國和亞洲等各地供應商。此外，公司還保持了適當?shù)亩栊詺怏w庫存，并與主要供應商簽訂了多項長期供應協(xié)議。

而從中國大陸情況看，特氣公司主要有中船特氣、南大光電、昊華科技、華特氣體、金宏氣體、雅克科技等。從主要電子特氣（三氟化氮、六氟化鎢）的產(chǎn)量上看，中船特氣、南大光電、昊華科技在國內(nèi)廠商中優(yōu)勢較大。

去年12月末，昊華科技公告披露，全資子公司昊華氣體有限公司（以下簡稱“昊華氣體”）擬通過設(shè)立項目公司昊華氣體（自貢）有限公司（新設(shè)公司名稱以工商登記機關(guān)最終確認情況為準）投資建設(shè)西南電子特種氣體項目，項目總投資為11.46億元。本次項目建設(shè)內(nèi)容為“新建6000噸/年電子級三氟化氮生產(chǎn)裝置，配套建設(shè)4000噸/年電子級高純氨生產(chǎn)裝置、100000噸/年全液氮空分生產(chǎn)裝置及必要的公用工程和輔助設(shè)施”。

南大光電也于12月末披露了《關(guān)于簽署投資意向協(xié)議的公告》，控股子公司擬投資6億元，建設(shè)年產(chǎn)8400噸高純電子級三氟化氮生產(chǎn)項目。

中船特氣方面，去年11月行業(yè)消息顯示，中船特氣“年產(chǎn)735噸高純電子氣體項目”于今年9月具備試生產(chǎn)條件，達到預定可使用狀態(tài)，“年產(chǎn)3250噸三氟化氮項目”“年產(chǎn)500噸雙（三氟甲磺酰）亞胺鋰項目”“年產(chǎn)1500噸高純氯化氫擴建項目”建設(shè)施工已完成，處于調(diào)試階段，擴產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)步推進。