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再建新厂!半导体产业争口“气”

来源:全球半导体观察    原作者:竹子    

近日,法国液化空气集团宣布计划投资2.5亿美元在美国爱达荷州新建一家工业气体工厂,为美光科技提供超纯氮和其他气体,该工厂预计将于2025年底投入运营。液化空气集团美洲区CEO表示:“这项投资将支持尖端存储芯片的生产,特别是满足人工智能对计算能力日益增长的需求。”美光今年开始量产用于英伟达最新AI芯片的高带宽存储器(HBM)半导体。

受国际形势影响,电子气体中的氖气、钯、六氟-1,3-丁二烯(C4F6)等自2022年开始供应紧张、价格上涨,电子气体也因此受到行业普遍高度关注。

全球半导体用电子气体市场情况

电子气体实际上是半导体工业用的气体统称。按其门类可分为纯气,高纯气和半导体特殊材料气体三大类。不过,在日常的行业分类中,更多地按照气体的用量,将电子气体分为电子大宗气体和电子特种气体,前者单一品种用量较大,渗透在半导体生产的各个环节,如氮气、氦气、氢气、氩气等。而后者单一品种用量较小,一般在生产的某个特定环节使用,如二氯二氢硅、四氯化硅和硅烷等。

公开资料显示,电子特种气体是支撑芯片制造的不可或缺的元素之一,它们在芯片产业关键制程光刻、外延生长、沉积等环节发挥着重要作用。

在光刻过程中,则有特定需要的光刻气,该类气体可使光刻机产生深紫外激光。据悉,光刻气在腔体内受高压激发后,由于电子跃迁,产生了一定波长的光,不同的光刻气和电压可产生不同波长的光,经过聚合、滤波处理后便形成光刻机的光源,这直接决定了光刻机的分辨率范围。据悉,光刻气大部分为稀有气体,或稀有气体和氟的混合物,用不同比例的不同气体混合在一起的电子气体混合物。常见光刻气包含Ar/F/Ne混合气、Kr/Ne混合气、Ar/Ne混合气、Kr/F/Ne混合气,Ar/Xe/Ne混合气等等。

硅外延生长环节也需要用到非常丰富的混合气体。常用的硅外延气体有二氯二氢硅、四氯化硅和硅烷等。主要用于外延硅淀积、氧化硅膜淀积、氮化硅膜淀积,太阳能电池和其它光感受器的非晶硅膜淀积等。外延是一种单品材料淀积并生长在衬底表面上的过程。常用外延混合气比如有氦、氩、氢、氮组成的硅烷(SiH4),氦、氩、氢、氮组成的氯硅烷(SiC14),氦、氩、氢、氮组成的二氯二氢硅(SiH2C12),氦、氩、氢、氮组成的乙硅烷(Si2H6)。

化学气相淀积(CVD)则是利用挥发性化合物,通过气相化学反应淀积某种单质和化合物的一种方法,即应用气相化学反应的一种成膜方法。依据成膜种类,使用的化学气相淀积(CVD)气体也不同,所运用的混合气组成包括硅烷(SiH4)+氢、二氯二氢硅(SiH2C12)+氢、硅烷(SiC14)+氢、硅烷(SiH4)+甲烷(CH4)、六氟化钨(WF6)+氢等。

目前,全球特种气体市场大都被大型气体公司如美国空气、德国林德、法国液化、日本大阳所垄断。在近几年的半导体用电子气体价格涨幅中,以氖气最为明显。针对这种情况,台积电、三星、SK海力士、美光等纷纷做出最新对策。

今年三月消息,三星在全球首次在芯片生产中使用回收的氖气,以稳定稀有惰性气体的成本和供应。目前,该公司消息显示已成功将回收的氖气用于芯片量产,且不会降低芯片质量。三星表示,计划从明年开始使用回收气体来满足光刻工艺75%的氖气需求(包括存储芯片和代工业务),从而大幅减少对进口氖气的依赖。

此外,三星正在与本土企业TEMC紧密合作,开发可立即用于芯片制造的高质量回收氖气。经过多次试验与验证,再生氖气的性能已达到行业标准,即在三星完成气体回收后,再由合作伙伴进行纯化处理,以确保其质量和稳定性,预计不会对产品效能产生任何影响。

SK海力士方面,早在2022年,SK海力士就表示成功实现氖气的首次本土化,当时工艺引进比重已扩大到40%。SK海力士计划到2024年为止,将氖气本土化比重提高到100%。在这个过程中,SK海力士与半导体用气体制造企业TEMC、浦项制铁合作,一直在摸索在韩国国内生产氖气的方法。

今年4月消息,继三星电子之后,SK海力士和TEMC也在共同开发氖气回收技术,据SK海力士预计,通过减少对氖气进口的依赖,该技术每年可节省3000万美元。据悉,SK海力士和特种气体生产商TEMC已经合作一年多来开发氖气回收技术。

此外,多家大厂包括台积电、联电、美光等均都开始寻求稀有气体自产或本地化供应的厂商。台积电方面,2022年就有行业消息显示,台积电正在与多家气体供应商合作,在三到五年内探索在中国台湾本地生产氖气。当时报道指出,台积电正在评估供应链风险,并制定了大约未来五年的连续性计划,以确保能够采购2000多种芯片制造所需的材料和化学品,以满足建厂和扩充产能计划。

联电方面已与氖气供应商泰实科技签订长约,提前锁定产能、锁定价格,联电也是首家提前下手保证关键气体供应的晶圆代工厂。

存储大厂美光也声明称,氖气供应可能中断的风险令半导体行业感到担忧。不过美光表示,公司在惰性气体的采购上已多元化,主要来自欧盟、美国和亚洲等各地供应商。此外,公司还保持了适当的惰性气体库存,并与主要供应商签订了多项长期供应协议。

而从中国大陆情况看,特气公司主要有中船特气、南大光电、昊华科技、华特气体、金宏气体、雅克科技等。从主要电子特气(三氟化氮、六氟化钨)的产量上看,中船特气、南大光电、昊华科技在国内厂商中优势较大。

去年12月末,昊华科技公告披露,全资子公司昊华气体有限公司(以下简称“昊华气体”)拟通过设立项目公司昊华气体(自贡)有限公司(新设公司名称以工商登记机关最终确认情况为准)投资建设西南电子特种气体项目,项目总投资为11.46亿元。本次项目建设内容为“新建6000吨/年电子级三氟化氮生产装置,配套建设4000吨/年电子级高纯氨生产装置、100000吨/年全液氮空分生产装置及必要的公用工程和辅助设施”。

南大光电也于12月末披露了《关于签署投资意向协议的公告》,控股子公司拟投资6亿元,建设年产8400吨高纯电子级三氟化氮生产项目。

中船特气方面,去年11月行业消息显示,中船特气“年产735吨高纯电子气体项目”于今年9月具备试生产条件,达到预定可使用状态,“年产3250吨三氟化氮项目”“年产500吨双(三氟甲磺酰)亚胺锂项目”“年产1500吨高纯氯化氢扩建项目”建设施工已完成,处于调试阶段,扩产节奏稳步推进。

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封面图片来源:拍信网