金宏氣體：國內(nèi)電子氣體的進展與難題
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編者按：電子氣體是芯片制造中的關鍵材料，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大會上，電子氣體生產(chǎn)商金宏氣體副總經(jīng)理康立忠關于電子氣體國產(chǎn)化進展和技術特點做了演講，現(xiàn)將其演講整理刊發(fā)，以饗讀者。
金宏氣體副總經(jīng)理康立忠
電子氣體廣泛應用于半導體制造的薄膜、光刻、刻蝕、摻雜、氣相沉積及擴散等各個工藝，是支撐半導體集成電路的基礎性“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環(huán)節(jié)。電子類的工業(yè)氣體在半導體領域主要應用分為兩類，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、襯底相當于地基，在地基上蓋樓的材料就用工業(yè)氣體來實現(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。還有光刻機的激光發(fā)生器隨著波長的不同使用的材料也不同，其中也要混配氣體。存儲的芯片因為層數(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)計電子工業(yè)氣體在整個半導體的制程中的成本占比達到百分之十幾，是半導體材料中的第二大成本。這說明兩件事，一是電子工業(yè)氣體在半導體生產(chǎn)中很重要；二是說明外企主導的電子氣體定價體系有一定的調整空間。這幾年國內(nèi)電子工業(yè)氣體有了非常大的進展，但由于電子氣體供應的特殊性，現(xiàn)在國內(nèi)無論內(nèi)資Fab還是外資Fab，大宗氣體基本都由國外廠商提供。因為電子大宗氣體供應商要在Fab邊上買地建廠，此后10年、20年一直供應下去，在這個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。其實電子氣體供應商對于量產(chǎn)的Fab，猶如水、電的供應須臾不可缺少，有非?；A的工業(yè)工程屬性，所以集成電路廠商選擇新供應商的時候態(tài)度偏保守。但是隨著國內(nèi)電子氣體快速進步，F(xiàn)ab廠也對國內(nèi)氣體供應商持開放態(tài)度。近幾年國內(nèi)很多廠商包括金宏氣體在供應大宗氣體方面獲得突破，已經(jīng)開始供應包括硅基、化合物半導體、12寸、8寸、計算類、存儲類在內(nèi)的所有Fab。隨著國內(nèi)氣體企業(yè)的成長，已經(jīng)通過氣體供應推動Fab的制造成本下降。中國半導體行業(yè)起步很早，有的企業(yè)建廠于20世紀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格比較高，但是如果替換原來的供應商難度很大。首先要在Fab旁邊騰出一塊地給新的氣體供應商建廠；其次，F(xiàn)ab在正常生產(chǎn)的情況下，如何在不影響生產(chǎn)質量的情況下替換氣體供應商也是很有難度的事。但是今年3月我們?yōu)闊o錫的業(yè)主成功把國際同行替代了，每年可以節(jié)省一大筆運營成本，這對Fab的發(fā)展非常有利。氣體供應商也面臨很多困難。由于電子氣體屬于危險化學品，國家對危險化學品管控非常嚴格，要求所有電子氣體生產(chǎn)廠必須建在化工園區(qū)。但是半導體企業(yè)不會把工廠搬到化工園區(qū)，這么大量的氣體運輸?shù)紽ab也不現(xiàn)實，這里就出現(xiàn)了一些難題。現(xiàn)在國家做了一些嘗試，地方也出了一些政策，允許我們在Fab周邊設廠，但有一個前提條件，所有產(chǎn)品只能供應這家企業(yè)。這又產(chǎn)生一個新的問題，為了應對客戶未來擴產(chǎn)，我們需要提前建設相應的產(chǎn)能。在業(yè)主還沒有擴產(chǎn)時，這些超前產(chǎn)能會過剩。我們希望政策能夠做出調整，讓這些多余的氣體可以對外銷售。因為總體成本下降，也會反哺Fab擴產(chǎn)成本下降。國內(nèi)電子氣體產(chǎn)業(yè)化進度很快，電子氣體整個行業(yè)供應100多種氣體，每個Fab大概需要60種到70種。金宏氣體的供應能力經(jīng)過不斷研發(fā)，電子氣體產(chǎn)品線也越來越豐富。從技術角度來看，電子氣體提純工藝并不復雜。第一種方法是通過膜吸附掉雜質，第二種方式是用分子篩去除雜質，第三是通過低溫精餾把沸點不同的組分分開。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，技術手段已經(jīng)很成熟。中國制造業(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，或者通過簡單的合成就可以獲得。當電子氣體的原料非常容易獲得，提純工藝又相對明確，有了這兩點我們很容易把產(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)造機會，所有這些電子氣體都相對容易制備。有兩種氣體中國獲取難度比較大。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，因為俄烏戰(zhàn)爭氦氣曾經(jīng)漲到60萬元每立方，我們誰也無法承受如此高價。氦主要存在于天然氣的伴生礦，中國此類伴生礦很少，而美國、卡塔爾、俄羅斯的儲量比較多。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%。中國儲量低是無法改變的事實，最近中石化、中石油、中國工程院對油氣礦做了初步摸底調研，雖然我們的整體含量低，但若要保障氦的戰(zhàn)略供應還是可以做到，再過段時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，因為存儲芯片的層數(shù)要求不斷提高，需求量比較大，加之俄烏戰(zhàn)爭影響，這些氣體價格漲了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)，導致現(xiàn)在缺貨?，F(xiàn)在國內(nèi)空氣分離產(chǎn)能非常大，很多設備都已經(jīng)增加了提氪、提氙的裝置，所以這個難題也比較容易解決。再來看電子大宗載氣的競爭格局，電子大宗載氣的復合增長率比較高，主要動力有兩個，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，面臨后期的升級改造以及供應商的替換。二者疊加起來電子大宗載氣中國市場規(guī)模大概有120億元。中國工業(yè)氣體市場體量大概是每年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，但我們在工業(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%多的營收與電子工業(yè)氣體相關，另外的部分是針對一般的工業(yè)需求，包括冶金、石油煉化、醫(yī)療、食品等其他通用行業(yè)。金宏氣體是國內(nèi)為半導體或者集成電路行業(yè)提供最完善服務的氣體公司，從電子大宗載氣、電子特氣、TGCM（電子特氣和化學品管理）服務、工程類服務全面覆蓋。這個行業(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，去年實現(xiàn)了二十多億的營收，但我們在全國已經(jīng)建了69家子公司。現(xiàn)在金宏氣體產(chǎn)品還有一部分供應海外，因為有很多中國企業(yè)出海，半導體之外還包括泛半導體企業(yè)如太陽能企業(yè)，我們已經(jīng)在越南和新加坡設立了子公司。國內(nèi)我們已經(jīng)供應無錫華潤、廣東芯粵能等客戶。這里分享一下我們?yōu)槿A潤的一個8寸線項目做的服務，我們把一個為華潤現(xiàn)場服務了15年的國際友商替代了?，F(xiàn)在我們在華潤的Fab旁邊新建了一個基地，氧、氮、氬、氫、氦供應都切換上去了，氣體供應的壓力、純度、顆粒度沒有任何波動。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。在業(yè)主的配合下我們順利完成了新舊切換，這在國內(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)務打下了良好基礎。電子氣體公司是最貼近客戶的供應商，一輩子嫁給客戶?？蛻舻侥膬弘娮託怏w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。隨著中國電子氣體制造能力的提升，金宏氣體將把電子氣體的品質、供應鏈穩(wěn)定性以及成本做到極致，為中國集成電路行業(yè)做出我們該做的貢獻。
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