再建新厂！半导体产业争口“气”

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。