金宏气体康立忠：半导体大宗气体国产替代的可行性｜峰会特别报道
来源:芯谋研究发布时间:2023-01-052706浏览
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|国产气体需要更多的试用机会
电子大宗气体在半导体制造中的应用电子大宗气体包括氮气、氧气、氩气、氢气、氦气、二氧化碳、压缩干燥空气等。其应用广泛，涉及多个制造环节，如用作晶体生长气、蚀刻气、淀集气、平衡气以及外延气。电子大宗气体用途多，用量大，直接决定了最终芯片的良率和生产线的可靠性。电子大宗气体在品质控制、稳定性、可靠性、长期连续不中断供应等方面具有极其严苛的要求，属于技术资金密集型行业。与化工、钢铁等其他行业相比，半导体行业对大宗气体的要求有所区别。半导体制造所用的电子大宗气体具有几大特点：第一，相较于电子化学品和电子材料，半导体制造所需的大宗气体用量巨大，且要求长期连续供应。一批晶圆的生产长达数月，期间大宗气体生产装置出现任何问题大宗气体的供应也不能中断。以氮气举例，氮气在半导体行业应用非常广泛，之前12英寸晶圆厂用量一般在一万标准立方每小时左右。现在随着晶圆厂规模扩大或者产量提升，氮气的用量增长到三万到六万标准立方每小时，用量翻了五六倍。第二，除作为输送气体外，很多气体要参与化学反应。第三，因为其大量的进入反应釜或者机台腔体，因此对气体纯度与指标的要求比正常电子特气和化学品更高，目前杂质含量要求控制十亿分之一级别（ppb级）。如果纯度指标不够，晶圆表面沉积其他分子或者杂质较多，对良率和可靠性影响较大。
国内半导体大宗气体供应现状与产业难点目前，电子大宗气体市场主要被欧、美、日等巨头公司占据，是中国半导体长期可持续增长的“卡脖子”问题。以林德、液空、AP为首的外资气体公司占据90%以上的国内电子大宗气体市场。近两三年来，金宏等的几家国内厂商，集中精力解决电子大宗气体技术难题，已经实现了市场突破。但是中国主流的12英寸晶圆制造厂，基本仍以外资气体厂供应为主，新的Fab厂招投标仍以外资企业为主。为什么会产生这种现象？电子大宗气体是比较特殊的产品，与电、水类似，电子大宗气体属于伴随晶圆制造厂建设的公用工程，需要在晶圆制造厂附近建设气体供应厂，运营周期多为10年、15年、20年，试错成本比较高。一旦大宗气站投产，就要常年伴随晶圆厂的生产而存续，要伴随着半导体厂发展一直延续发展下去。另，其投资较大，投资收回周期长达数年。即便国内大宗气体供应技术已经成熟，供应商和客户仍会非常慎重。综合现有项目的扩产与新项目的投资预期，金宏气体预测2021年-2025年，国内电子大宗气体市场规模的复合增长率将达16.5%。预计2025年，市场规模将超过200亿元，国内电子大宗气体行业将迎来难得的机遇。电子大宗气站建设面临着政策扶持、资金门槛、建设和运行门槛、资源储备等多方面的难点与挑战。政策上，外资主导地位及复杂多变的国际地缘政治是制约国内电子大宗气体公司的崛起的重要因素；国内气体公司需要在政策、合规、行业、基金等各领域获得更多的扶持。资金方面，电子大宗气站是一个非常重投资（单个项目投资通常在1～3亿之间，个别项目投资更高），回报周期相当长的领域（需要通过10年，15年甚至20年的长期运行，收回投资）。没有充足资本支持，无法支撑电子大宗气站投资和建设。在建设和运行方面，设计人员，建设人员，运行人员需要多年相关半导体大宗气从业经验；需要经验丰富的项目管理团队，完善的项目管理流程，从质量、安全、进度等各方面保证项目建设；需要完善的运行管理流程，应急响应程序，操作流程等管理体系文件。在资源储备方面，需要具备一定的气体和液体储备，保证基础的供应能力以及装置停机检修时的后备供应能力；需要完善的物流配送和监控体系，充足的车辆和运输司机，保障安全稳定的供应。此外，电子大宗气体被行业规划分到危险化学品，受到严格监管，尤其在晶圆厂所在的工业园区。因此在伴随晶圆厂建设上，需要政策给予支持。
电子大宗气体国产替代的可行性今年上半年，外资几家气体公司宣布对俄罗斯气体行业现有资产进行剥离，中断在建项目，暂停新项目建设。也是在今年上半年，某外资气体公司对国内多个重要半导体项目，采取了氦气断供或者短供措施。鉴于目前外资气体公司在中国电子气体行业的垄断地位，以及国际政治环境的不确定风险，大力发展本土电子大宗气体供应商是必由之路。从国家战略与行业储备来看，在电子大宗气体领域，国产替代具备相对的可行性。从国家战略来看，集成电路作为信息产业的基础和核心，是国民经济和社会发展的战略性产业。市场需求方面，目前国内工厂的自供率不足10%，未来10年左右，通过中国本土的半导体工厂投资，自供率有望提高到70%~80%。过去五年国内新建了数十个半导体和面板工厂，今后国内半导体制造投资将持续增长，给国产化带来了窗口机会。从行业储备来看，国内气体供应企业经过20多年的积累和沉淀，在资源储备、技术时间、人才培养与运营管理上具备充足的经验。电子大宗气站建设相关核心零配件大致分为以下几类：空分系统、后备系统、气化系统、过滤系统、纯化系统、配电系统、连续在线监控系统、管道系统、调压阀组和计量系统。目前，除了连续在线监控系统的表头部分，国内品牌做得不是很好，其他领域国内瓶颈不大。电子大宗气站的建设，基本分为系统设计、现场施工、装备本身与后期运维几个阶段。要感谢30多年来外资公司为国内培养了一批优秀的经验丰富的产业人员，使国内在这一领域具备充足的人才。金宏气体经过二十余年发展，已形成电子气体、大宗气体和燃气三大板块，客户涵盖了电子半导体、面板、新能源、化工、机械制造、食品、医疗、环保等众多行业。2020年金宏气体成功登陆科创板。目前总资产45亿元左右，现有60多家分子公司，2000多名员工，百余类相关产品，客户10000多家。目前，金宏气体已成功承接了广州芯粤能的碳化硅第三代化合物半导体工厂和北京的北方集成电路创新中心的电子大宗气项目，12月都已经已经进入临时供气阶段，明年会陆续进入正式供气阶段。最后康立忠呼吁，晶圆制造大厂能多给国产气体试用机会，共同为国产化努力。
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