金宏氣體：國(guó)內(nèi)電子氣體的進(jìn)展與難題

編者按：電子氣體是芯片制造中的關(guān)鍵材料，近幾年在產(chǎn)業(yè)新聞中多次與卡脖子相掛鉤。在2024 IC NAN SHA大會(huì)上，電子氣體生產(chǎn)商金宏氣體副總經(jīng)理康立忠關(guān)于電子氣體國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展和技術(shù)特點(diǎn)做了演講，現(xiàn)將其演講整理刊發(fā)，以饗讀者。

電子氣體廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造的薄膜、光刻、刻蝕、摻雜、氣相沉積及擴(kuò)散等各個(gè)工藝，是支撐半導(dǎo)體集成電路的基礎(chǔ)性“源”材料，它被稱為電子工業(yè)的“血液”和“糧食”。電子氣體在半導(dǎo)體制造中是僅次于硅片的第二大材料需求，它存在于芯片制造及封裝的每一個(gè)環(huán)節(jié)。

電子類的工業(yè)氣體在半導(dǎo)體領(lǐng)域主要應(yīng)用分為兩類，一類是電子大宗載氣，一種是電子特氣。用蓋樓來打比方說明電子類氣體的用途，硅基、硅片、襯底相當(dāng)于地基，在地基上蓋樓的材料就用工業(yè)氣體來實(shí)現(xiàn)。

無論是沉積膜、CVD鋪上去的各種材料，都通過工業(yè)氣體堆積到“地基”上。另外堆積材料還要去掉一些材料，無論是用刻蝕還是其它辦法，都要用到刻蝕類氣體。還有光刻機(jī)的激光發(fā)生器隨著波長(zhǎng)的不同使用的材料也不同，其中也要混配氣體。

存儲(chǔ)的芯片因?yàn)閷訑?shù)不斷增加，最近幾年大分子氣體使用比較多，如氪、氙用量很大。我們粗略統(tǒng)計(jì)電子工業(yè)氣體在整個(gè)半導(dǎo)體的制程中的成本占比達(dá)到百分之十幾，是半導(dǎo)體材料中的第二大成本。

這說明兩件事，一是電子工業(yè)氣體在半導(dǎo)體生產(chǎn)中很重要；二是說明外企主導(dǎo)的電子氣體定價(jià)體系有一定的調(diào)整空間。

這幾年國(guó)內(nèi)電子工業(yè)氣體有了非常大的進(jìn)展，但由于電子氣體供應(yīng)的特殊性，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)無論內(nèi)資Fab還是外資Fab，大宗氣體基本都由國(guó)外廠商提供。因?yàn)殡娮哟笞跉怏w供應(yīng)商要在Fab邊上買地建廠，此后10年、20年一直供應(yīng)下去，在這個(gè)周期中不能有任何閃失，無論是氣體的壓力、純度、顆粒度都不能有任何變動(dòng)。

其實(shí)電子氣體供應(yīng)商對(duì)于量產(chǎn)的Fab，猶如水、電的供應(yīng)須臾不可缺少，有非常基礎(chǔ)的工業(yè)工程屬性，所以集成電路廠商選擇新供應(yīng)商的時(shí)候態(tài)度偏保守。但是隨著國(guó)內(nèi)電子氣體快速進(jìn)步，F(xiàn)ab廠也對(duì)國(guó)內(nèi)氣體供應(yīng)商持開放態(tài)度。

近幾年國(guó)內(nèi)很多廠商包括金宏氣體在供應(yīng)大宗氣體方面獲得突破，已經(jīng)開始供應(yīng)包括硅基、化合物半導(dǎo)體、12寸、8寸、計(jì)算類、存儲(chǔ)類在內(nèi)的所有Fab。隨著國(guó)內(nèi)氣體企業(yè)的成長(zhǎng)，已經(jīng)通過氣體供應(yīng)推動(dòng)Fab的制造成本下降。中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)起步很早，有的企業(yè)建廠于20世紀(jì)90年代，到現(xiàn)在有些fab已經(jīng)生產(chǎn)20多年了。隨著之前的電子大宗氣體合同到期，F(xiàn)ab業(yè)主面臨著新的選擇。十幾年前簽署的合同價(jià)格比較高，但是如果替換原來的供應(yīng)商難度很大。首先要在Fab旁邊騰出一塊地給新的氣體供應(yīng)商建廠；其次，F(xiàn)ab在正常生產(chǎn)的情況下，如何在不影響生產(chǎn)質(zhì)量的情況下替換氣體供應(yīng)商也是很有難度的事。但是今年3月我們?yōu)闊o錫的業(yè)主成功把國(guó)際同行替代了，每年可以節(jié)省一大筆運(yùn)營(yíng)成本，這對(duì)Fab的發(fā)展非常有利。氣體供應(yīng)商也面臨很多困難。由于電子氣體屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，國(guó)家對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品管控非常嚴(yán)格，要求所有電子氣體生產(chǎn)廠必須建在化工園區(qū)。但是半導(dǎo)體企業(yè)不會(huì)把工廠搬到化工園區(qū)，這么大量的氣體運(yùn)輸?shù)紽ab也不現(xiàn)實(shí)，這里就出現(xiàn)了一些難題?，F(xiàn)在國(guó)家做了一些嘗試，地方也出了一些政策，允許我們?cè)贔ab周邊設(shè)廠，但有一個(gè)前提條件，所有產(chǎn)品只能供應(yīng)這家企業(yè)。這又產(chǎn)生一個(gè)新的問題，為了應(yīng)對(duì)客戶未來擴(kuò)產(chǎn)，我們需要提前建設(shè)相應(yīng)的產(chǎn)能。在業(yè)主還沒有擴(kuò)產(chǎn)時(shí)，這些超前產(chǎn)能會(huì)過剩。我們希望政策能夠做出調(diào)整，讓這些多余的氣體可以對(duì)外銷售。因?yàn)榭傮w成本下降，也會(huì)反哺Fab擴(kuò)產(chǎn)成本下降。國(guó)內(nèi)電子氣體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度很快，電子氣體整個(gè)行業(yè)供應(yīng)100多種氣體，每個(gè)Fab大概需要60種到70種。金宏氣體的供應(yīng)能力經(jīng)過不斷研發(fā)，電子氣體產(chǎn)品線也越來越豐富。從技術(shù)角度來看，電子氣體提純工藝并不復(fù)雜。

第一種方法是通過膜吸附掉雜質(zhì)，第二種方式是用分子篩去除雜質(zhì)，第三是通過低溫精餾把沸點(diǎn)不同的組分分開。所有氣體類、液體類的提純方式就這三種，無非在各種情況下組合使用，技術(shù)手段已經(jīng)很成熟。

中國(guó)制造業(yè)門類在全世界最完整，很多電子特氣都是化合物的副產(chǎn)品、中間產(chǎn)物，或者通過簡(jiǎn)單的合成就可以獲得。當(dāng)電子氣體的原料非常容易獲得，提純工藝又相對(duì)明確，有了這兩點(diǎn)我們很容易把產(chǎn)品做好。

唯一的問題是，是否有Fab工廠愿意使用，如果Fab工廠創(chuàng)造機(jī)會(huì)，所有這些電子氣體都相對(duì)容易制備。有兩種氣體中國(guó)獲取難度比較大。

第一種是經(jīng)常用到的氦，它在大自然中很難獲取，在空氣中的含量和氙氣差不多。如果在空氣里提取，成本至少要漲到1萬元每立方，因?yàn)槎頌鯌?zhàn)爭(zhēng)氦氣曾經(jīng)漲到60萬元每立方，我們誰(shuí)也無法承受如此高價(jià)。氦主要存在于天然氣的伴生礦，中國(guó)此類伴生礦很少，而美國(guó)、卡塔爾、俄羅斯的儲(chǔ)量比較多。所以我們的自給率原來只有3%左右，現(xiàn)在提高到了6%到7%。中國(guó)儲(chǔ)量低是無法改變的事實(shí)，最近中石化、中石油、中國(guó)工程院對(duì)油氣礦做了初步摸底調(diào)研，雖然我們的整體含量低，但若要保障氦的戰(zhàn)略供應(yīng)還是可以做到，再過段時(shí)間氦的問題基本可以解決。

第二類比較缺的特氣是大分子的刻蝕氣體氪和氙，因?yàn)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%AD%98%E5%82%A8%E8%8A%AF%E7%89%87/">存儲(chǔ)芯片的層數(shù)要求不斷提高，需求量比較大，加之俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)影響，這些氣體價(jià)格漲了10-20倍。這兩種氣體的獲取倒不太難，它們可以從空氣中提取。只是以前我們沒有重視此類氣體的生產(chǎn)，導(dǎo)致現(xiàn)在缺貨?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)空氣分離產(chǎn)能非常大，很多設(shè)備都已經(jīng)增加了提氪、提氙的裝置，所以這個(gè)難題也比較容易解決。

再來看電子大宗載氣的競(jìng)爭(zhēng)格局，電子大宗載氣的復(fù)合增長(zhǎng)率比較高，主要?jiǎng)恿τ袃蓚€(gè)，一是上馬了很多新建廠；二是很多廠已經(jīng)有十年、二十年了，面臨后期的升級(jí)改造以及供應(yīng)商的替換。

二者疊加起來電子大宗載氣中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模大概有120億元。中國(guó)工業(yè)氣體市場(chǎng)體量大概是每年2000億元左右，電子大宗載氣占了其中10%左右。雖然金宏氣體在科創(chuàng)板上市只有三年左右，但我們?cè)诠I(yè)氣體行業(yè)已經(jīng)深耕了近30年。我們于1999年成立公司，一直在工業(yè)氣體板塊。經(jīng)過最近十幾年的發(fā)展，金宏氣體30%多的營(yíng)收與電子工業(yè)氣體相關(guān)，另外的部分是針對(duì)一般的工業(yè)需求，包括冶金、石油煉化、醫(yī)療、食品等其他通用行業(yè)。

金宏氣體是國(guó)內(nèi)為半導(dǎo)體或者集成電路行業(yè)提供最完善服務(wù)的氣體公司，從電子大宗載氣、電子特氣、TGCM（電子特氣和化學(xué)品管理）服務(wù)、工程類服務(wù)全面覆蓋。這個(gè)行業(yè)比較特殊，客戶的廠建到哪里，我們就到哪里建廠。所以我們的公司雖然不大，去年實(shí)現(xiàn)了二十多億的營(yíng)收，但我們?cè)谌珖?guó)已經(jīng)建了69家子公司?，F(xiàn)在金宏氣體產(chǎn)品還有一部分供應(yīng)海外，因?yàn)橛泻芏嘀袊?guó)企業(yè)出海，半導(dǎo)體之外還包括泛半導(dǎo)體企業(yè)如太陽(yáng)能企業(yè)，我們已經(jīng)在越南和新加坡設(shè)立了子公司。國(guó)內(nèi)我們已經(jīng)供應(yīng)無錫華潤(rùn)、廣東芯粵能等客戶。這里分享一下我們?yōu)槿A潤(rùn)的一個(gè)8寸線項(xiàng)目做的服務(wù)，我們把一個(gè)為華潤(rùn)現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)了15年的國(guó)際友商替代了?，F(xiàn)在我們?cè)谌A潤(rùn)的Fab旁邊新建了一個(gè)基地，氧、氮、氬、氫、氦供應(yīng)都切換上去了，氣體供應(yīng)的壓力、純度、顆粒度沒有任何波動(dòng)。經(jīng)過這次操作我們積累了一整套在不影響生產(chǎn)的情況下，在線更換老氣站的經(jīng)驗(yàn)。

在業(yè)主的配合下我們順利完成了新舊切換，這在國(guó)內(nèi)首開記錄，此前還沒有在線量產(chǎn)的情況下切換過大宗載氣的先例，這為以后開展類似業(yè)務(wù)打下了良好基礎(chǔ)。電子氣體公司是最貼近客戶的供應(yīng)商，一輩子嫁給客戶。客戶到哪兒電子氣體公司就跟到哪兒，合同一簽就是15到20年，幾乎一輩子為客戶服務(wù)。

隨著中國(guó)電子氣體制造能力的提升，金宏氣體將把電子氣體的品質(zhì)、供應(yīng)鏈穩(wěn)定性以及成本做到極致，為中國(guó)集成電路行業(yè)做出我們?cè)撟龅呢暙I(xiàn)。