電子特氣是什麼?沒有它就無法生產晶片,中國要實現特氣國產化

2020-03-01     胖福的小木屋

2018 年全球集成電路用電子氣體的市場規模達到 45.12 億美元,同比增長 16%,中國集成電路用電子特氣的市場規模約 4.89 億美元。半導體用電子特氣行業增速高,龐大的市場規模,讓電子特氣的國產替代計劃全面加速!



什麼是電子特氣呢?電子氣體是指用於半導體及相關電子產品生產的特種氣體。

通常半導體生產行業,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。特種氣體指半導體生產環節中,比如延伸、離子注進、摻和、洗滌、遮掩膜形成過程中使用到一些化學氣體,也就是我們現在所說的電子特氣,比如高純度的 SiH4、PH3、AsH3、B2H6、N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCl3、BF3、HCl、Cl2等,



電子特氣按其本身化學成分可分為:矽系、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用途徑可分為摻雜用氣體、外延用氣體、離子注入氣、發光二極體用氣、刻蝕用氣體、化學氣相沉積氣和平衡氣。在半導體工業中應用的有110餘種單元特種氣體,其中常用的有超過30種。

除了半導體產業,電子特氣廣泛應用於太陽能電池、移動通訊、汽車導航及車載音像系統、航空航天、軍事工業等諸多領域,所以也被稱為電子工業的「血液」。

可以說,如果想要發展半導體產業,電子特氣不可或缺。電子特氣貫穿半導體各步工藝製程,尤其在半導體薄膜沉積環節發揮不可取代的作用,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致產品嚴重缺陷,重則導致整條生產線被污染乃至全面癱瘓。

在半導體領域,電子特氣在半導體製造的材料成本中占比高達 13%,是僅次於矽片的第二大材料。之所以成本如此高,是因為電子特氣的技術難度不低。

電子特氣對純度的要求很高,因為純度如果沒有達到要求的話,電子特氣中水汽、氧等雜質組就容易使半導體表面生成氧化膜,影響電子器件的使用壽命,而電子特氣中含有的顆粒雜質會造成半導體短路及線路損壞。可以說純度的提高,對電子器件生產的良率和性能起到了至關重要的作用。



伴隨半導體工業的不斷發展,晶片製程不斷提高,如今已經做到了5nm,快要逼近摩爾定律的極限,,相當於頭髮絲直徑(約為0.1毫米)的二萬分之一。所以這也對半導體生產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」、「氣體雜質檢測和監控」、「氣體的運輸和儲存」三個方面,以「氣體的運輸和儲存」為例,高純特氣在儲存和運輸過程中要求使用高質量的氣體包裝儲運容器、以及相應的氣體輸送管線、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,所以運輸和存儲都要特別小心。

目前全球特氣市場包括美國空氣化工、普萊克斯、德國林德集團、法國液化空氣、日本大陽日酸株式會社等公司占據了全球電子特氣90%以上的市場份額。國內市場也被這幾大企業控制了85%的份額。


隨著中國對半導體產業的扶持加大,晶片國產化率的不斷提高,電子特氣也要跟上步伐,能夠做到自給自足。

高端電子特氣國產化的意義:一方面價格昂貴,進口氣價格一般會達到國產氣的 2-3 倍甚至更高,增加 IC 產業製造成本,削弱了我國 IC 產業的競爭力;另一方 面某些核心尖端氣體海外巨頭對我國實施各種封鎖限制,供應情況受國際關係影響,對我國國家安全及經濟發 展構成威脅。此外,很多電子氣體本身屬於危險化學品,進口手續繁瑣、周期長,且某些電子氣體性質不穩定 自發分解,或強腐蝕長時間放置雜質含量提高,漂洋過海進口本身就存在諸多不便

以昊華科技為例,是國內唯一具有4N高純硒化氫產品研製及批量生產能力的企業。高純硒化氫產品填補了國內空白,指標達到國外先進水平。此外,它們企業的特種氣體產品還包括綠色四氧化二氮、高純硫化氫、二氧化碳-環氧乙烷混合氣(熏蒸劑)、標準混合氣體等。昊華科技與韓國大成合作建設的 2,000 噸/年三氟化氮項目,廣泛應用於蝕刻、清洗、 離子注入等半導體生產工藝。

目前,昊華科技部分產品已實現 進口替代。公司工業級六氟化硫國內市占率約為 30%,電子級六氟 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,目前也缺乏領軍型的企業。

2014年,國家集成電路產業投資基金成立,首期募集資金規模達1387億元。基金二期募資於2019年完成,募資2000億,也就是目前中國共募資3387億,對設備製造、晶片設計和材料領域加大投資。

中國也立下了宏偉目標,明確提出在2020年之前,90-32nm設備國產化率達到50%,2025年之前,20-14nm設備國產化率達到30%,而國產晶片自給率要在2020年達到40%,2025年達到70%。


國家目前也開始對電子特氣領域進行投資扶持,可以說隨著中國對半導體產業的不斷重視,國產全面替代計劃終會成功!

文章來源: https://twgreatdaily.com/2PiaoHAB3uTiws8K5PLb.html