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电子气体需求量大涨 期待本土配套全方位服务

电子气体是高科技产业重要的“源”材料,是集成电路制造过程中必不可少的关键支撑材料。业内人士表示,中国半导体行业要实现从跟踪走向引领的跨越,电子气体的突破将是重要一环。
发布时间:2019-03-18 07:30        来源:中国电子报        作者:诸玲珍

——集成电路材料系列报道之三

电子气体是高科技产业重要的“源”材料,是集成电路制造过程中必不可少的关键支撑材料。业内人士表示,中国半导体行业要实现从跟踪走向引领的跨越,电子气体的突破将是重要一环。

电子气体成本约占IC材料总成本6%

半导体制造过程中刻蚀、清洗、外延生长、离子注入、掺杂、气相沉积、扩散等要使用大量的电子气体,其成本占IC材料总成本的6%左右,且电子气体的纯度对芯片质量影响很大。随着集成电路制程节点不断缩小(已经走到10/7纳米),对电子气体的颗粒度和杂质含量的要求也越来越高。因此,集成电路技术快速发展,对电子气体的品种、数量、质量、安全性以及稳定性等方面均提出了更高的要求。

根据国际半导体协会(SEMI)的数据,2016年全球半导体用特种气体市场规模为34.7亿美元,2017年增长到38.9亿美元,增长率为12.32%。按照这个增速,2018年的市场规模预计在45亿美元左右。

据了解,目前,国际上电子气体产业已经处于非常成熟的时期,全球半导体用电子气体市场呈现出寡头竞争的格局,美国空气化工,法国液化空气、普莱克斯,德国林德,日本大阳日酸之和占比94%以上。

国内的半导体用电子气体市场也主要被国外厂商占据,其中空气化工、普莱克斯、昭和电工、英国BOC、液化空气和日本大阳日酸6家公司合计市场占有率高达85%。中船重工718所副所长王少波在接受《中国电子报》记者采访时表示,半导体用电子气体国产化将大幅降低中国芯片制造商的制造成本,提高中国芯片制造业的竞争力。但由于存在很高的进入门槛,目前电子气体的国产化率较低。“半导体制程过程中用到的83种电子气体,其中有35%已经实现国产化,还有35%正在国产化,30%还未进行国产化。半导体产业用的7种大宗气体仍被国外公司垄断,但中船重工718所已立项完成技术研发和系统集成,在德淮半导体公司成功应用,未来将大力开拓市场,实现国产化。”王少波说。

可喜的是,近几年,国内电子气体产业已经起步并开始步入快速成长期,出现了中国船舶重工集团公司第七一八研究所、江苏南大光电材料股份有限公司、黎明化工研究设计院有限责任公司、佛山市华特气体有限公司、绿菱气体(天津)有限公司、大连保税区科利德化工科技有限公司、苏州金宏气体股份有限公司等一大批电子气体生产企业,在高纯六氟化钨、三氟化氮、氨气、磷烷、砷烷等领域已经取得了突破。

电子气体难全面进入IC领域的三大原因

电子气体生产的瓶颈很多,从原材料纯度开始,到合成工艺、对温度和压力的控制,再到提纯方法和分析方法,以及产品充装过程中对杂质的控制,每个环节都会影响整个产品的质量。

从技术层面来看,国内企业已经基本具备了生产高纯电子气体的能力,但是国内电子气体的生产商还不能全面进入集成电路等领域。江苏南大光电材料股份有限公司副总裁许从应博士向《中国电子报》记者分析了三点原因。

第一,本土电子气体的生产和供应商规模较小,不能为用户提供全方位的服务。和国际巨头公司相比,国内的供应商总体来说体量较小,目前大多通过低价竞争的方式占领一点市场份额,从而导致价格快速下滑,利润很薄,甚至“赔本赚吆喝”。国内电子气体企业缺少提升创新能力的资金,以及为用户提供全方位服务的资源。

第二,质量稳定性问题。电子气体,特别是高纯电子气体是影响电子器件可靠性和成品率的重要因素。随着电子信息技术的飞速发展,对电子气体的纯度要求也越来越高,经常需要6N级(99.9999%)甚至更高的纯度,并且对电子气体质量的稳定性要求也越来越苛刻。“举一个例子,如果一种电子气体产品,在集成电路制造工艺中通过验证,这样的纯度和质量要求就被锁定了。芯片制造商不希望看到产品的质量有任何变化,即使是纯度的进一步提高也可能产生意想不到的问题。所以电子材料生产过程的任何改变,包括更换原料供应商、生产工艺的变动等,都必须及时通知芯片制造商,他们会根据情况决定是否重新进行验证。由于国内企业生产的电子气体发生过多次质量事故,因此,影响了芯片制造商对本土电子产品的信任度。”许从应对记者说。

第三,国内电子气体产品的包装、储运未能和现代电子工业的要求接轨。为了节省成本,很多企业在包装、储运等方面降低了要求,为此出现过种种问题。

电子气体需求量大 本土化呼声日益增高

目前,世界半导体工业中心正呈现向中国快速转移的趋势,因此中国对电子气体的需求也呈现大幅增长态势。中国高速发展的半导体产业要求关键的电子气体要尽快实现本土化,并保证稳定的供应。

“特别是一些依赖进口的品种,如激光气等,必须尽快实现进口替代,以保障我国半导体产业的健康发展。”许从应向《中国电子报》记者表示,“电子气体多为易燃、易爆、剧毒,属于控制范畴,进口非常麻烦,运输周期较长,这严重制约国内光电子、微电子产业的健康稳定发展。另外,电子气体作为核心关键原材料,广泛地应用在国防军工领域,因此,欧美等发达国家和地区将一些高纯电子气体列为敏感战略物资,对中国实行技术封锁,实施禁运,严重地影响了国防、军工、航空、航天事业的发展。”

为了促进国内电子气体产业的创新和产业化能力,国家在2013年启动了“高纯电子气体研发与产业化”项目,开发IC制造用关键高纯电子气体,提高本土电子气体的市场自给率。中国船舶重工集团公司第七一八研究所和江苏南大光电材料股份有限公司等六家单位共同承担了该项目,研发和产业化包括三氟化氮、六氟化钨、高纯磷烷、高纯砷烷等几十种电子气体产品。

但要真正实现电子气体的大规模本土化,摆脱对进口材料的依赖,依然任重道远。许从应认为,电子气体企业必须在尊重市场经济规律的前提下实现兼并重组,减少恶性竞争和重复投资的浪费,优化资源的使用,提升企业的创新能力。企业还要更新理念,引进6西格玛等先进的质量管理体系,配备了解IC制造等电子工业工艺制程的应用工程师,提供配套支持和全方位的服务。他还建议,国家应该在资金投放和税收政策等方面,积极引导兼并重组,帮助强的企业变得更大更强,让弱的企业、管理能力差的企业融入强的企业或自然地退出市场。此外,通过政策激励,充分引导社会上的资金参与电子气体产业建设,帮助企业做大做强。“相信中国一定能够在5到10年内形成一到两个大型的、专业全面提供配套产品和全方位服务的、国内国际知名品牌的电子气体材料企业。”许从应最后说。

任何一种电子气体要打入半导体制造领域,至少要面对三个难关:验证气体的性能、量产实绩以及客户端的认可程度。王少波告诉《中国电子报》记者,目前在电子气体国产化进程中,通过客户的测试验证、取得客户的认可还存在一定的困难。因此,他认为,发展国内电子气体产业,需要国家落实和完善对该类企业的财税、资金等优惠政策支持,加大财政资金、大基金和金融部门的扶持力度,引导集成电路厂家使用国产电子气体,从而帮助企业把握发展机遇,加快企业技术进步和做大做强。从企业的角度看,应努力提升技术创新和管理水平,加大对电子气体共性、基础、关键技术的系统研发力度,提高品质意识、管理理念和安全管理水平,用连续、稳定的产品和良好的服务赢得客户的信任。

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