编者按：电子气体是芯片制造中的关键材料，近几年在产业新闻中多次与卡脖子相挂钩。在2024 IC NAN SHA大会上，电子气体生产商金宏气体副总经理康立忠关于电子气体国产化进展和技术特点做了演讲，现将其演讲整理刊发，以飨读者。
金宏气体副总经理康立忠
电子气体广泛应用于半导体制造的薄膜、光刻、刻蚀、掺杂、气相沉积及扩散等各个工艺，是支撑半导体集成电路的基础性“源”材料，它被称为电子工业的“血液”和“粮食”。电子气体在半导体制造中是仅次于硅片的第二大材料需求，它存在于芯片制造及封装的每一个环节。电子类的工业气体在半导体领域主要应用分为两类，一类是电子大宗载气，一种是电子特气。用盖楼来打比方说明电子类气体的用途，硅基、硅片、衬底相当于地基，在地基上盖楼的材料就用工业气体来实现。无论是沉积膜、CVD铺上去的各种材料，都通过工业气体堆积到“地基”上。另外堆积材料还要去掉一些材料，无论是用刻蚀还是其它办法，都要用到刻蚀类气体。还有光刻机的激光发生器随着波长的不同使用的材料也不同，其中也要混配气体。存储的芯片因为层数不断增加，最近几年大分子气体使用比较多，如氪、氙用量很大。我们粗略统计电子工业气体在整个半导体的制程中的成本占比达到百分之十几，是半导体材料中的第二大成本。这说明两件事，一是电子工业气体在半导体生产中很重要；二是说明外企主导的电子气体定价体系有一定的调整空间。这几年国内电子工业气体有了非常大的进展，但由于电子气体供应的特殊性，现在国内无论内资Fab还是外资Fab，大宗气体基本都由国外厂商提供。因为电子大宗气体供应商要在Fab边上买地建厂，此后10年、20年一直供应下去，在这个周期中不能有任何闪失，无论是气体的压力、纯度、颗粒度都不能有任何变动。其实电子气体供应商对于量产的Fab，犹如水、电的供应须臾不可缺少，有非常基础的工业工程属性，所以集成电路厂商选择新供应商的时候态度偏保守。但是随着国内电子气体快速进步，Fab厂也对国内气体供应商持开放态度。近几年国内很多厂商包括金宏气体在供应大宗气体方面获得突破，已经开始供应包括硅基、化合物半导体、12寸、8寸、计算类、存储类在内的所有Fab。随着国内气体企业的成长，已经通过气体供应推动Fab的制造成本下降。中国半导体行业起步很早，有的企业建厂于20世纪90年代，到现在有些fab已经生产20多年了。随着之前的电子大宗气体合同到期，Fab业主面临着新的选择。十几年前签署的合同价格比较高，但是如果替换原来的供应商难度很大。首先要在Fab旁边腾出一块地给新的气体供应商建厂；其次，Fab在正常生产的情况下，如何在不影响生产质量的情况下替换气体供应商也是很有难度的事。但是今年3月我们为无锡的业主成功把国际同行替代了，每年可以节省一大笔运营成本，这对Fab的发展非常有利。气体供应商也面临很多困难。由于电子气体属于危险化学品，国家对危险化学品管控非常严格，要求所有电子气体生产厂必须建在化工园区。但是半导体企业不会把工厂搬到化工园区，这么大量的气体运输到Fab也不现实，这里就出现了一些难题。现在国家做了一些尝试，地方也出了一些政策，允许我们在Fab周边设厂，但有一个前提条件，所有产品只能供应这家企业。这又产生一个新的问题，为了应对客户未来扩产，我们需要提前建设相应的产能。在业主还没有扩产时，这些超前产能会过剩。我们希望政策能够做出调整，让这些多余的气体可以对外销售。因为总体成本下降，也会反哺Fab扩产成本下降。国内电子气体产业化进度很快，电子气体整个行业供应100多种气体，每个Fab大概需要60种到70种。金宏气体的供应能力经过不断研发，电子气体产品线也越来越丰富。从技术角度来看，电子气体提纯工艺并不复杂。第一种方法是通过膜吸附掉杂质，第二种方式是用分子筛去除杂质，第三是通过低温精馏把沸点不同的组分分开。所有气体类、液体类的提纯方式就这三种，无非在各种情况下组合使用，技术手段已经很成熟。中国制造业门类在全世界最完整，很多电子特气都是化合物的副产品、中间产物，或者通过简单的合成就可以获得。当电子气体的原料非常容易获得，提纯工艺又相对明确，有了这两点我们很容易把产品做好。唯一的问题是，是否有Fab工厂愿意使用，如果Fab工厂创造机会，所有这些电子气体都相对容易制备。有两种气体中国获取难度比较大。第一种是经常用到的氦，它在大自然中很难获取，在空气中的含量和氙气差不多。如果在空气里提取，成本至少要涨到1万元每立方，因为俄乌战争氦气曾经涨到60万元每立方，我们谁也无法承受如此高价。氦主要存在于天然气的伴生矿，中国此类伴生矿很少，而美国、卡塔尔、俄罗斯的储量比较多。所以我们的自给率原来只有3%左右，现在提高到了6%到7%。中国储量低是无法改变的事实，最近中石化、中石油、中国工程院对油气矿做了初步摸底调研，虽然我们的整体含量低，但若要保障氦的战略供应还是可以做到，再过段时间氦的问题基本可以解决。第二类比较缺的特气是大分子的刻蚀气体氪和氙，因为存储芯片的层数要求不断提高，需求量比较大，加之俄乌战争影响，这些气体价格涨了10-20倍。这两种气体的获取倒不太难，它们可以从空气中提取。只是以前我们没有重视此类气体的生产，导致现在缺货。现在国内空气分离产能非常大，很多设备都已经增加了提氪、提氙的装置，所以这个难题也比较容易解决。再来看电子大宗载气的竞争格局，电子大宗载气的复合增长率比较高，主要动力有两个，一是上马了很多新建厂；二是很多厂已经有十年、二十年了，面临后期的升级改造以及供应商的替换。二者叠加起来电子大宗载气中国市场规模大概有120亿元。中国工业气体市场体量大概是每年2000亿元左右，电子大宗载气占了其中10%左右。虽然金宏气体在科创板上市只有三年左右，但我们在工业气体行业已经深耕了近30年。我们于1999年成立公司，一直在工业气体板块。经过最近十几年的发展，金宏气体30%多的营收与电子工业气体相关，另外的部分是针对一般的工业需求，包括冶金、石油炼化、医疗、食品等其他通用行业。金宏气体是国内为半导体或者集成电路行业提供最完善服务的气体公司，从电子大宗载气、电子特气、TGCM（电子特气和化学品管理）服务、工程类服务全面覆盖。这个行业比较特殊，客户的厂建到哪里，我们就到哪里建厂。所以我们的公司虽然不大，去年实现了二十多亿的营收，但我们在全国已经建了69家子公司。现在金宏气体产品还有一部分供应海外，因为有很多中国企业出海，半导体之外还包括泛半导体企业如太阳能企业，我们已经在越南和新加坡设立了子公司。国内我们已经供应无锡华润、广东芯粤能等客户。这里分享一下我们为华润的一个8寸线项目做的服务，我们把一个为华润现场服务了15年的国际友商替代了。现在我们在华润的Fab旁边新建了一个基地，氧、氮、氩、氢、氦供应都切换上去了，气体供应的压力、纯度、颗粒度没有任何波动。经过这次操作我们积累了一整套在不影响生产的情况下，在线更换老气站的经验。在业主的配合下我们顺利完成了新旧切换，这在国内首开记录，此前还没有在线量产的情况下切换过大宗载气的先例，这为以后开展类似业务打下了良好基础。电子气体公司是最贴近客户的供应商，一辈子嫁给客户。客户到哪儿电子气体公司就跟到哪儿，合同一签就是15到20年，几乎一辈子为客户服务。随着中国电子气体制造能力的提升，金宏气体将把电子气体的品质、供应链稳定性以及成本做到极致，为中国集成电路行业做出我们该做的贡献。
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