電子氣體,半導(dǎo)體行業(yè)重要原材料
電子氣體簡介
電子特種氣體(簡稱電子特氣)是特種氣體的一個(gè)重要分支,是集成電路(IC)、平面顯示器件(LCD、LED、OLED)、太陽能電池等電子工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的原材料。
通常半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè),將氣體劃分成常用氣體和特殊氣體兩類。其中,常用氣體指集中供給而且使用非常多的氣體,比如 N2、H2、O2、Ar、He 等。特種氣體指半導(dǎo)體生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,比如延伸、離子注進(jìn)、摻和、洗滌、遮掩膜形成過程中使用到一些化學(xué)氣體,也就是氣體類別中的電子氣體,比如高純度的 SiH4、PH3、AsH3、B2H6、N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCl3、BF3、HCl、Cl2 等,在 IC 生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,使用的電子氣體有差不多有 100 多種,核心工段常見的在 30 種左右。正是這些氣體通過不同的制程使硅片具有半導(dǎo)體性能,它又決定了集成電路的性能、集成度、成品率。即使是某一種某一個(gè)特定雜質(zhì)超標(biāo),都將導(dǎo)致質(zhì)量嚴(yán)重缺陷,嚴(yán)重時(shí)會(huì)因不合格氣體的擴(kuò)散,導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線被污染,乃至生產(chǎn)全面癱瘓。因此,電子氣體是電子制造過程關(guān)鍵基礎(chǔ)材料,是名副其實(shí)的電子工業(yè)“血液”。
電子氣體的原料主要為空氣分離氣體、石油化工和煤化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的低純度原料氣、廢氣和其它基礎(chǔ)化工原料。主要原材料來源廣泛,市場供應(yīng)充足,較容易從相關(guān)原材料供應(yīng)廠家獲得。我國大型煉鋼企業(yè)以及化肥企業(yè)基本配備了空氣分離設(shè)備,空分氣體供應(yīng)量大且價(jià)格穩(wěn)定。電子特種氣體對原料氣體的消耗量占石油化工和煤化工原料氣產(chǎn)量的比例很小,穩(wěn)定的石化和基礎(chǔ)化工行業(yè)能向電子特種氣體行業(yè)提供充足的原材料?!笆濉币?guī)劃對環(huán)境保護(hù)以及工業(yè)廢氣排放目標(biāo)的進(jìn)一步明確,上游行業(yè)的供應(yīng)將更為充足。氣體容器因能長期使用,在電子氣體成本中占比較低,價(jià)格波動(dòng)對行業(yè)影響較小。
電子氣體的分類及應(yīng)用
電子氣體種類繁多,在電子產(chǎn)品制作工藝中應(yīng)用廣泛。目前常用的電子氣體純氣有 60 多種,混合氣有 80 多種。電子氣體可分為純氣、高純氣和半導(dǎo)體特殊材料氣體三大類。特殊材料氣體主要用于外延、摻雜和蝕刻等工藝;高純氣體主要用作稀釋氣和運(yùn)載氣。
電子氣體主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、平面顯示、太陽能電池等領(lǐng)域,國內(nèi)市場需求 80 億元。根據(jù)中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),2019 年國內(nèi)電子特種氣體需求達(dá) 80 億元,其中集成電路用特種氣體需求為 35 億元,平面顯示用特種氣體需求為 22 億元,太陽能電池用需求為 8 億元。
集成電路芯片的制造需要使用多種電子氣體,包括硅烷等硅族氣體、PH3 等摻雜氣體、CF4 等蝕刻氣體、WF6 等金屬氣相沉積氣體及其他反應(yīng)氣體和清洗氣體等。在電子級(jí)硅的制備工藝中,涉及到的電子氣體包括 SiHCl3、SiCl4 等。在硅片表面通過化學(xué)氣相沉積成膜(CVD)工藝中,主要涉及 SiH4、SiCl4、WF6 等。在晶圓制程中部分工藝涉及氣體刻蝕工藝的應(yīng)用,也稱干法刻蝕,涉及到的電子氣體包括 CF4、NF3、HBr 等,此類刻蝕氣體用量相對較少,刻蝕過程中需與相關(guān)惰性氣體 Ar、N2 等共同作用實(shí)現(xiàn)刻蝕程度的均勻。摻雜工藝是將需要的雜質(zhì)摻入特定的半導(dǎo)體區(qū)域中,以改變半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì),涉及到的電子氣體包括 B2H6、BF3 等三價(jià)氣體和 PH3、AsH3 等五價(jià)氣體。
平面顯示行業(yè)用電子氣體主要品種有硅烷等硅族氣體、PH3 等摻雜氣體和 SF6 等蝕刻氣體。在薄膜工序中,通過化學(xué)氣相沉積在玻璃基板上沉積 SiO2、SiNx 等薄膜,使用的特種氣體有 SiH4、PH3、NH3、NF3 等。在干法刻蝕工藝中,在等離子氣態(tài)氛圍中選擇性腐蝕基材。通常采用 SF6、HCl、Cl2 等氣體。
太陽能電池可分為晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池。在晶體硅電池片生產(chǎn)中,擴(kuò)散工藝用到POCl3 和 O2,減反射層等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝用到 SiH4、NH3,刻蝕工藝用到 CF4。薄膜太陽能電池則在沉積透明導(dǎo)電膜工序中用到二乙基鋅(DEZn)、B2H6,在非晶/微晶硅沉積工序中用到硅烷等。
電子氣體應(yīng)用領(lǐng)域
半導(dǎo)體行業(yè)——電子氣體最重要的下游應(yīng)用
氣體是晶圓制造中第二大耗材。根據(jù) 2018 年銷售數(shù)據(jù),制造材料中,硅晶圓作為半導(dǎo)體的原材料,占比最大,達(dá)到 37%,銷售額為 121 億美元。電子氣體由于在制造過程中使用的步驟較多,所以消耗量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他材料,占比為 13%,銷售額達(dá)到 43 億美元。氣體(包含高純和混合氣體)是晶圓制造中最常用的制造材料,作為半導(dǎo)體材料中的核心原料,消耗金額是除硅晶圓之外的第一大材料。常常使用在光刻、刻蝕、CVD/PVD 等步驟。特別是在集成電路制造環(huán)節(jié),高純大宗氣體如 N2、H2、O2、Ar、He 等,常常使用在高溫?zé)嵬嘶稹⒈Wo(hù)氣體、清洗氣體等環(huán)節(jié)。高純電子特種氣體在制造環(huán)節(jié)使用較多,也是常說的電子氣體,比如離子注進(jìn)、氣相沉積、洗滌、遮掩膜形成過程中使用到一些化學(xué)氣體,常見的有 SiH4、PH3、AsH3、B2H6、N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCl3、BF3、HCl、Cl2 等。在 IC 生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,使用的電子氣體差不多有 100 多種,核心工段常見的在 40-50 種左右。
隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展,對電子氣體的純度和質(zhì)量也提出了越來越高的要求。電子氣體的純度每提升一個(gè)數(shù)量級(jí),對下游集成電路行業(yè)都會(huì)產(chǎn)生巨大影響。2014 年國家發(fā)布了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》并設(shè)立了集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金,根據(jù)規(guī)劃,我國集成電路銷售額年均增速將保持在20%左右,預(yù)計(jì) 2020 年將達(dá)到 8700 億元。若半導(dǎo)體用電子氣體保持同樣穩(wěn)定的增速,國內(nèi)半導(dǎo)體用電子氣體市場將在 2020 年翻番。
中國大陸電子氣體市場規(guī)模占比不斷提升。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù),中國電子特氣的市場規(guī)模不斷增加,從 2014 年的 13.40 億美元增長到了 2018 年的 20.04 億美元,占全球的比重從 38.5%提升到 44.4%。未來隨著產(chǎn)能的不斷提升,比重也會(huì)隨之增加。2020-2022 年是中國大陸晶圓廠投產(chǎn)高峰期,以長江存儲(chǔ),長鑫存儲(chǔ)等新興晶圓廠和以 SMIC、華虹為代表的老牌晶圓廠正處于產(chǎn)能擴(kuò)張期,未來 3 年將迎來密集投產(chǎn)。以 12 寸等效產(chǎn)能計(jì)算,2019 年中國的大陸產(chǎn)能為 105 萬片/月,我們預(yù)計(jì)至 2022 年大陸晶圓廠產(chǎn)能增至 201 萬片/月。據(jù)國內(nèi)晶圓廠的建設(shè)速度和規(guī)劃,預(yù)計(jì) 2022 年國內(nèi)電子氣體市場是 2019 年的兩倍,電子氣體市場迎來高速發(fā)展期。根據(jù) 2019 年 20 億美元的市場空間,預(yù)計(jì) 2022 年,中國大陸電子氣體市場空間將會(huì)接近 40 億美元,實(shí)現(xiàn)市場規(guī)模翻倍。
平面顯示用電子氣體——TFT-LCD 快速發(fā)展將擴(kuò)大電子氣體市場空間
平面顯示器種類較多,而其中 TFT-LCD 反應(yīng)時(shí)間快、成像質(zhì)量高,是目前應(yīng)用最廣泛的 LCD 技術(shù)。TFT-LCD 面板的制造過程主要可分為三個(gè)步驟:前段陣列工、中段成盒工序以及后段模塊組裝工序。電子特氣主要應(yīng)用于前段陣列工序的成膜和干刻階段,經(jīng)過多次成膜工藝分別在基板上沉積 SiNx 非金屬膜以及柵電極、源漏電極和 ITO 等金屬膜。中國大陸 TFT-LCD 面板產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展的黃金時(shí)代。2016 年,全球 TFT-LCD 面板用電子氣體市場超過 66 億元,國內(nèi)市場達(dá)到 22 億元。近年來,全球液晶面板產(chǎn)能持續(xù)從日本、韓國和臺(tái)灣向中國大陸轉(zhuǎn)移。隨著韓國、臺(tái)灣地區(qū)新建 LCD 產(chǎn)線速度減慢,京東方、華星光電等國內(nèi)廠商異軍突起。隨著 TFT-LCD 市場需求急劇增長,中央和地方政府對平面顯示產(chǎn)業(yè)的大力推動(dòng),各地紛紛投資興建大型、高世代 TFT-LCD 面板項(xiàng)目,國內(nèi)主要廠家 TFT-LCD 仍在快速擴(kuò)產(chǎn)。目前液晶面板的應(yīng)用已經(jīng)越來越趨向于向大尺寸、高清方向發(fā)展,而大尺寸液晶面板需要通過高世代產(chǎn)線切割。京東方、華星光電、惠科集團(tuán)等國內(nèi)廠商紛紛布局高世代產(chǎn)線,對電子氣體的需求也將大大增加。
電子氣體行業(yè)壁壘
電子氣體應(yīng)用廣泛,對技術(shù)要求很高,對于氣源及其供應(yīng)系統(tǒng)有著苛刻的要求,屬于典型的技術(shù)密集型行業(yè)。其最難的行業(yè)壁壘體現(xiàn)在兩大層次:1.技術(shù)壁壘;2.資質(zhì)壁壘。
1.技術(shù)壁壘。電子氣體的技術(shù)壁壘可以分為氣體純度壁壘與氣體精度壁壘。就氣體純度而言,特種氣體純化是氣體制造的主要技術(shù)壁壘。在普通工業(yè)領(lǐng)域中,對于特種氣體的純度要求在 99.99%以內(nèi)。但是在電子級(jí),特別是在半導(dǎo)體芯片制造領(lǐng)域,由于芯片制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到納米級(jí)別,所以氣體純度也必須在 ppt 級(jí)別以上。氣體中的雜質(zhì)含量過多,就會(huì)嚴(yán)重影響芯片良率和可靠性。電子氣體的純度要求也越來越高,經(jīng)常需要 6N 級(jí)(99.9999%)甚至更高的純度,并且對電子氣體質(zhì)量的穩(wěn)定性要求也越來越苛刻。10納米以下的先進(jìn)制程對于雜質(zhì)過濾的要求也越來越高,晶圓廠生產(chǎn)環(huán)境純凈度必須再度提升,才能確保半導(dǎo)體晶圓不受污染,提升生產(chǎn)良率。從 28 納米走到 7 納米,產(chǎn)品的金屬雜質(zhì)要求須下降 100 倍,污染粒子的體積也必須要縮小 4 倍,而隨著制程走到 10 納米以下,對于潔凈度要求只會(huì)愈來愈嚴(yán)格,例如 28納米晶圓可能可以有 10 個(gè)污染粒子,但 7 納米晶圓上只能有 1 個(gè)。采用先進(jìn)制程的晶圓,其薄膜層非常薄,對氧氣十分敏感,很容易被氧化,因此對晶圓制作的特種氣體需求更大,未來的 3/5 納米已經(jīng)進(jìn)入原子等級(jí)的尺度。所以,特種氣體供應(yīng)商能否提供更高純度的氣體是能否打入國際主流晶圓廠的關(guān)鍵條件。
就氣體精度壁壘而言,準(zhǔn)確控制不同氣體的配比精度是另一壁壘;對于混配氣體而言,配比的精度是核心參數(shù)。氣體混配是指根據(jù)不同需求,運(yùn)用重量法、分壓法、動(dòng)態(tài)體積法等方法,將兩種或兩種以上組分的氣體按照特定比例混合,對配制過程的累計(jì)誤差控制、配制精度、配制過程的雜質(zhì)控制等均有極高要求。隨著產(chǎn)品組分的增加、配比精度的上升,常要求氣體供應(yīng)商能夠?qū)Χ喾N ppm 乃至 ppb 級(jí)濃度的氣體組分進(jìn)行精細(xì)操作,其配置過程難度與復(fù)雜程度也顯著增大。特別是對于光刻氣體而言,混合氣體的精度控制更加重要。光刻氣體包含 Ar/F/Ne 混合氣、Kr/Ne 混合氣、Ar/Ne 混合氣、Kr/F/Ne 混合氣等。
2.資質(zhì)壁壘。企業(yè)客戶的資質(zhì)認(rèn)證較難,且時(shí)間很長??蛻魧怏w供應(yīng)商的選擇均需經(jīng)過審廠、產(chǎn)品認(rèn)證 2 輪嚴(yán)格的審核認(rèn)證,其中光伏能源、光纖光纜領(lǐng)域的審核認(rèn)證周期通常為 0.5-1 年,顯示面板通常為 1-2 年,集成電路領(lǐng)域的審核認(rèn)證周期長達(dá) 2-3 年;另一方面,電子特氣在下游制造過程中的成本占比相對較低,但對電子產(chǎn)品性能影響較大,一旦質(zhì)量出現(xiàn)問題,下游客戶將會(huì)產(chǎn)生較大損失。為了保持氣體供應(yīng)穩(wěn)定,客戶在與氣體供應(yīng)商建立合作關(guān)系后不會(huì)輕易更換氣體供應(yīng)商。
國內(nèi)電子氣體發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展空間
全球電子氣體行業(yè)集中度高,寡頭壟斷明顯
電子氣體行業(yè)集中度很高,目前全球電子特氣市場被幾個(gè)發(fā)達(dá)國家的龍頭企業(yè)壟斷,國內(nèi)企業(yè)面臨著激烈競爭的局面。從全球來看,提供特種電子氣體的主要有美國氣體化工、美國普萊克斯、日本昭和電工、英國 BOC 公司(2006 年被林德收購)、德國林德公司(2018 年與美國普萊克斯合并)、法國液化空氣、日本大陽日酸公司等。全球特氣市場美國空氣化工、普萊克斯、法液空、大陽日酸和德國林德占據(jù)了94%的份額;國內(nèi)市場海外幾大龍頭企業(yè)也控制了 85%的份額,電子特氣受制于人的局面亟待改變。
海外電子特氣龍頭公司擁有高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的公司標(biāo)準(zhǔn)。國際上電子氣體普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)為 SEMI 標(biāo)準(zhǔn)(國際半導(dǎo)體裝備和材料委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)),但國外幾大氣體公司均有自己的公司標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)突出了各公司的技術(shù)水平特征,在產(chǎn)品純度上較 SEMI 普遍高出 1-2 個(gè)數(shù)量級(jí),在分析檢測、包裝物、使用方法、應(yīng)用技術(shù)說明等方面各有特點(diǎn)。一些公司在某些關(guān)鍵雜質(zhì)(金屬雜質(zhì)、顆粒物雜質(zhì)等)含量上只標(biāo)明“需與用戶協(xié)商”,表明電子氣體技術(shù)、市場競爭非常激烈,關(guān)鍵技術(shù)保密。
國內(nèi)電子氣體市場快速增長,外資企業(yè)占主導(dǎo)地位
隨著半導(dǎo)體、平面顯示產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)移,國內(nèi)電子氣體市場增速明顯,遠(yuǎn)高于全球增速。美國普萊克斯公司總裁曾講到,中國將是世界最后的電子氣體競爭疆場。目前,國內(nèi)的電子氣體市場主要由美國氣體化工、美國普萊克斯、日本昭和電工、英國 BOC(現(xiàn)為林德集團(tuán)子公司)、法國液化空氣和日本酸素 6家公司所壟斷,所占市場份額高達(dá) 85%。國內(nèi)企業(yè)主要集中在中低端市場。
國產(chǎn)電子氣體已開始占據(jù)一定的市場份額。經(jīng)過多年發(fā)展,國內(nèi)已有部分企業(yè)在部分產(chǎn)品方面攻克技術(shù)難關(guān),如四川科美特生產(chǎn)的 CF4 進(jìn)入臺(tái)積電 12 寸臺(tái)南 28nm 晶圓加工生產(chǎn)線,金宏氣體開發(fā)出 7N電子級(jí)超純氨打破國外氣體公司對超純氨壟斷等,其他上市公司有雅克科技、巨化股份、NDGD 等。
經(jīng)過 30 多年發(fā)展,我國半導(dǎo)體電子特氣已經(jīng)取得了不錯(cuò)成績。中船重工 718 所、綠菱電子、廣東華特等均在 12 英寸晶圓用產(chǎn)品上取得了突破,并且實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的批量供應(yīng);四川科美特生產(chǎn)的 CF4 進(jìn)入臺(tái)積電 12 寸臺(tái)南 28nm 晶圓加工生產(chǎn)線。2018 年 5 月,中船重工 718 所舉行二期項(xiàng)目開工儀式,2020 年全部達(dá)產(chǎn)后,將年產(chǎn)高純電子氣體 2 萬噸,三氟化氮、六氟化鎢、六氟丁二烯和三氟甲基磺酸 4 個(gè)產(chǎn)品產(chǎn)能將居世界第一。高純硅烷方面,中寧硅業(yè)利用自產(chǎn)的高純硅烷為原料,研究開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低溫脫輕脫重、多級(jí)吸附以及晶硅成膜檢測技術(shù)制備半導(dǎo)體級(jí)硅烷氣體,在設(shè)備優(yōu)化、精餾提純以及成膜檢測等關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了突破,具備半導(dǎo)體級(jí)硅烷氣體的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力。高純四氟化硅方面,綠菱電子的產(chǎn)品在 2018 年實(shí)現(xiàn)了給國內(nèi)主要芯片生產(chǎn)企業(yè)的大規(guī)模供貨。超純氨方面,金宏氣體開發(fā)出 7N 電子級(jí)超純氨打破國外氣體公司對超純氨壟斷,目前超純氨年產(chǎn)能 8500 噸,在國內(nèi)超純氨市場占有率超過 50%。
政策與需求雙重推動(dòng),國內(nèi)電子氣體行業(yè)發(fā)展空間大
電子氣體行業(yè)屬于國家產(chǎn)業(yè)政策重點(diǎn)支持發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。2009 年,國家科技部發(fā)布《國家火炬計(jì)劃優(yōu)先發(fā)展技術(shù)領(lǐng)域》,將“專用氣體”等內(nèi)容列入其中。2016 年,科技部、財(cái)政部、國家稅務(wù)局聯(lián)合發(fā)布《高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)定管理辦法》,將“超凈高純試劑及特種(電子)氣體”等列為國家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域。電子氣體的半導(dǎo)體、平面顯示、太陽能電池等下游應(yīng)用領(lǐng)域也屬于國家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè),國家對下游產(chǎn)業(yè)的支持也將推動(dòng)電子氣體行業(yè)的發(fā)展。電子氣體在集成電路、平面顯示設(shè)備、太陽能電池的生產(chǎn)中扮演著重要角色,隨著下游產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)張,國內(nèi)電子氣體相關(guān)廠商迎來了良好的發(fā)展機(jī)遇。電子氣體的國產(chǎn)化是必然趨勢。
與國外廠家相比,國內(nèi)電子氣體企業(yè)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在三個(gè)方面:(1)物流成本低,供貨及時(shí)。部分電子特氣屬于危險(xiǎn)化學(xué)品,包裝、運(yùn)輸有十分嚴(yán)格的規(guī)定,且進(jìn)出口受相關(guān)國家管制(如砷烷等),導(dǎo)致交貨周期長,服務(wù)不及時(shí),有時(shí)運(yùn)輸成本甚至高于氣體本身價(jià)格。國內(nèi)電子氣體企業(yè)物流成本低,供貨及時(shí)。(2)產(chǎn)品價(jià)格具有明顯優(yōu)勢。例如國內(nèi)高純氣體平均價(jià)格只有國際市場價(jià)格的 60%,采用國產(chǎn)電子氣體可大幅降低下游半導(dǎo)體制造業(yè)成本。(3)國內(nèi)企業(yè)自身實(shí)力的不斷增強(qiáng)。經(jīng)過多年發(fā)展,國內(nèi)已有部分企業(yè)在部分產(chǎn)品的研發(fā)上取得了突破,掌握了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),打破了國外技術(shù)壟斷,正逐步縮小與國外企業(yè)的差距。技術(shù)差距與領(lǐng)軍型企業(yè)的缺乏是當(dāng)前國內(nèi)電子氣體行業(yè)面臨的最大問題。
細(xì)分品種數(shù)量眾多,高端品種進(jìn)口替代需求強(qiáng)烈
含氟氣體:傳統(tǒng)品種陸續(xù)自主可控,先進(jìn)工藝及環(huán)保氣體逐步追趕
目前全球電子氣體市場中含氟系列電子氣體約占總量 30%左右。含氟電子氣體是電子信息材料領(lǐng)域特種電子氣體的重要組成部分,主要用作清洗劑、蝕刻劑,也可用于摻雜劑、成膜材料等。典型的傳統(tǒng)含氟電子氣體包括 CF4、C2F6、C3F8、C4F8、C4F6、CHF3、SF6、NF3 等,由于傳統(tǒng)含氟氣體大氣壽命和 GWP(Global Warming Potential,全球變暖潛能值,指在 100 年的時(shí)間框架內(nèi),各種溫室氣體的溫室效應(yīng)對應(yīng)于相同效應(yīng)的二氧化碳的質(zhì)量)較高,對臭氧層破壞較大,在《京都議定書》框架內(nèi)面臨逐步減量甚至禁用,開發(fā)新型、安全、環(huán)保的含氟電子氣體已成為近年來國內(nèi)外研究和產(chǎn)業(yè)化熱點(diǎn),目前新型低 GWP 含氟氣體主要包括 COF2、ClF3、F2 等。
除環(huán)保因素外,先進(jìn)制程工藝也對刻蝕氣體提出了越來越高的要求:在先進(jìn)制程、高深寬比的工藝制程中,通常使用不飽和全氟烯烴,如六氟丁二烯和八氟環(huán)戊烯替代傳統(tǒng)的全氟烷烴及 NF3,因?yàn)榱《┖桶朔h(huán)戊烯刻蝕選擇性、精確性及各向異性性能更為優(yōu)異。
四氟甲烷(CF4)
四氟甲烷(CF4)是目前微電子工業(yè)中用量最大的等離子蝕刻氣體,廣泛用于硅、二氧化硅、氮化硅和磷硅玻璃等材料的蝕刻,在電子器件表面清洗、太陽能電池的生產(chǎn)、激光技術(shù)、低溫制冷、氣體絕緣、泄漏檢測劑、控制宇宙火箭姿態(tài)、印刷電路生產(chǎn)中的去污劑、潤滑劑及制動(dòng)液等方面也有大量應(yīng)用。由于它的化學(xué)穩(wěn)定性極強(qiáng),CF4 還可用于金屬冶煉和塑料行業(yè)等。當(dāng)今超大規(guī)模集成電路所用電子氣體的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢是超純、超凈和多品種、多規(guī)模,各國為推動(dòng)本國微電子工業(yè)的發(fā)展,越來越重視發(fā)展特種電子氣體的生產(chǎn)技術(shù)。CF4 以其相對低廉的價(jià)格長期占據(jù)著蝕刻氣體的市場,因此具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
國內(nèi)生產(chǎn)電子級(jí) CF4 的生產(chǎn)廠家主要包括雅克科技子公司科美特、中核紅華、河南氟能、華特股份及永晶化工,科美特現(xiàn)有產(chǎn)能 1200 噸,為國內(nèi)龍頭,另有 2000 噸擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃于 2018 年 2 月環(huán)評(píng)公告。
六氟乙烷(C2F6)
六氟乙烷在半導(dǎo)體與微電子工業(yè)中用作等離子蝕刻氣體、器件表面清洗劑,還可用于光纖生產(chǎn)與低溫制冷。因其具有無毒無臭、高穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體制造過程中,例如作為蝕刻劑、化學(xué)氣相沉積(CVD)后的清洗氣體,在等離子工藝中作為二氧化硅和磷硅玻璃的干蝕氣體。近年來,隨著半導(dǎo)體行業(yè)的迅猛發(fā)展,對電子特氣的純度要求越來越高,而六氟乙烷由于具有邊緣側(cè)向侵蝕現(xiàn)象極微、高蝕刻率及高精確性的優(yōu)點(diǎn),解決了常規(guī)濕法腐蝕不能滿足 0.18-0.25μm 的深亞微米集成電路高精度細(xì)線蝕刻的問題,可以極好地滿足此類線寬較小的制程的要求。在以 SiH4 為基礎(chǔ)的各種 CVD 制程中,六氟乙烷作為清洗氣體,與甲烷相比具有排放性低、氣體利用率高、反應(yīng)室清潔率和設(shè)備產(chǎn)出率高等特點(diǎn)。高純六氟乙烷是超大規(guī)模集成電路所必需的介質(zhì),對半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。
目前六氟乙烷的制備有多種工藝路線方法,主要包括:電化學(xué)氟化法、熱解法、金屬氟化物氟化法、氟化氫催化氟化法、直接氟化法。①電化學(xué)氟化法:乙炔、乙烯或乙烷在電解條件下氟化。②熱解法:通過四氟乙烯和 CO2之間的熱分解反應(yīng)制備。③金屬氟化物氟化法:如乙炔、乙烯和乙烷與金屬氟化物(CoF3、MnF3、AgF2)進(jìn)行反應(yīng)。④氟化氫催化氟化法:催化劑存在下氟化全鹵代乙烷化合物(C2FxCly)。⑤直接氟化法:活性炭、乙炔、乙烷和五氟乙烷等氣體直接與氟氣反應(yīng)。
目前國內(nèi)半導(dǎo)體級(jí)六氟乙烷生產(chǎn)商主要包括華特股份和中船重工 718 所,兩者現(xiàn)有產(chǎn)能分別為 350、50 噸,新增產(chǎn)能分別為 100 和 60 噸,其中華特股份新增產(chǎn)能為科創(chuàng)板募投項(xiàng)目,中船重工 718 所新增產(chǎn)能于 2018 年 12 月環(huán)評(píng)公告。此外,華安新材料具備六氟乙烷產(chǎn)能 300 噸,但主要為制冷劑產(chǎn)品。此外巨化股份參股公司博瑞電子擬建 55 噸六氟乙烷產(chǎn)能。
三氟化氮(NF3)
三氟化氮在半導(dǎo)體工業(yè)中主要用于化學(xué)氣相淀積(CVD)裝置的清洗。三氟化氮可以單獨(dú)或與其它氣體組合,用作等離子體工藝的蝕刻氣體,例如,NF3、NF3/Ar、NF3/He 用于硅化合物 MoSi2 的蝕刻;NF3/CCl4、NF3/HCl 既用于 MoSi2 的蝕刻,也用于 NbSi2 的蝕刻。
據(jù) NDGD 公告,國內(nèi) NF3 需求將由 2017 年的 4853 噸增至 2021 年的 15800 噸,未來 3 年國內(nèi) NF3市場需求復(fù)合增速將為 29%左右。
當(dāng)前國內(nèi) NF3 廠商擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃主要集中在 718 所旗下派瑞特氣、曉星新材料、昊華科技下屬黎明院及雅克科技子公司科美特。
六氟化硫(SF6)
作為重要的含氟氣體材料,六氟化硫被廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備行業(yè)、半導(dǎo)體制造業(yè)、冷凍工業(yè)、有色金屬冶爍、航空航天、醫(yī)療(X 光機(jī)、激光機(jī))、氣象(示蹤分析)、化工等多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域。由于六氟化硫具有優(yōu)良的絕緣性能和減弧能力,工業(yè)級(jí)六氟化硫廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備中的輸配電及控制設(shè)備行業(yè),包括氣體絕緣開關(guān)設(shè)備、斷路器、高壓變壓器、絕緣輸電管線、高壓開關(guān)、氣封閉組合電容器、互感器等,是繼第一代空氣、第二代油之后的第三代絕緣介質(zhì)。而電子級(jí)六氟化硫則主要應(yīng)用于半導(dǎo)體及面板晶示器件生產(chǎn)工藝中的蝕刻與清洗,具有用量少、純度高、對生產(chǎn)及使用環(huán)境潔凈度要求高和產(chǎn)品更新?lián)Q代快等特點(diǎn),國內(nèi)僅有少數(shù)廠家具備生產(chǎn)能力。
雅克科技子公司科美特為國內(nèi)六氟化硫龍頭,現(xiàn)具備六氟化硫產(chǎn)能 7000 噸。2018 年 2 月公司公告擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目環(huán)評(píng),擬新增 10000 噸電子級(jí) SF6 和 2000 噸 CF4 產(chǎn)能,擴(kuò)產(chǎn)完成后公司將進(jìn)一步鞏固在國內(nèi)的龍頭地位。除科美特外,上市公司昊華科技下屬黎明院具備六氟化硫產(chǎn)能 2800 噸,新增 2000 噸產(chǎn)能在2018 年底時(shí)尚處于環(huán)評(píng)評(píng)審階段。
六氟化鎢(WF6)
六氟化鎢(WF6)是目前鎢的氟化物中唯一穩(wěn)定并被工業(yè)化生產(chǎn)的品種。它的主要用途是在電子工業(yè)中作為金屬鎢化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝的原材料,特別是用它制成的 WSi2 可用作大規(guī)模集成電路(LSI)中的配線材料。另外還可以作為半導(dǎo)體電極的原材料、氟化劑、聚合催化劑及光學(xué)材料的原料等。
隨著電子工業(yè)的不斷發(fā)展,世界各大公司自 20 世紀(jì) 90 年代末紛紛擴(kuò)大了 WF6 的產(chǎn)能。電子工業(yè)產(chǎn)品精密度極高的特點(diǎn)對于作為原材料的 WF6 的純度提出了很高的要求,一般要求純度達(dá)到 99.99%,部分半導(dǎo)體行業(yè)要求的純度更高。
當(dāng)前國內(nèi) WF6 生產(chǎn)商主要包括 718 所旗下派瑞特氣、韓國厚成子公司南通厚成,后續(xù)派瑞特氣及博瑞中硝有擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。
八氟丙烷(C3F8)
八氟丙烷(C3F8,又稱全氟丙烷、R218)是一種穩(wěn)定性好的全氟化合物,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為無色氣體,在水和有機(jī)物中溶解度都很小。在半導(dǎo)體工業(yè)中,八氟丙烷與氧氣的混合氣用作等離子蝕刻材料,會(huì)選擇性地與硅片的金屬基質(zhì)作用。隨著電子工業(yè)的迅速發(fā)展,高純八氟丙烷的需求量日益增加,并且由于對刻蝕精度的要求越來越精細(xì),相應(yīng)地對其純度要求也越來越高,現(xiàn)階段,市場上高純八氟丙烷電子氣體的純度大于 99.999%。此外,近年來八氟丙烷在醫(yī)學(xué)界的用途得到了新的發(fā)展,主要用于聲學(xué)超聲造影,八氟丙烷微氣泡能有效地反射聲波及用于增強(qiáng)超聲訊號(hào)回散射,它在血管內(nèi)有足夠的停留時(shí)間,能作為一種血球示蹤劑,反映器官的血流灌注情況,而不干擾血流動(dòng)力學(xué)。另外,八氟丙烷還可用作深冷制冷和熱交換器的傳熱介質(zhì)。當(dāng)前國內(nèi)八氟丙烷主要生產(chǎn)商為 718 所旗下派瑞特氣及核工業(yè)理化工程研究員參股公司四川富華信,兩者分別具備產(chǎn)能 30 噸和 200 噸。此外華特股份擬募投上馬 100 噸八氟丙烷產(chǎn)能。
八氟環(huán)丁烷
(C4F8)八氟環(huán)丁烷化學(xué)性能穩(wěn)定、無毒無害、溫室效應(yīng)潛能(GWP)值低、消耗臭氧指數(shù)(ODP)值為零,是一種綠色環(huán)保型特種氣體。八氟環(huán)丁烷應(yīng)用廣泛,近年來被大量用作制冷劑代替禁用的氯氟烴類化合物,此外也常用于氣體絕緣介質(zhì)、溶劑、噴霧劑、發(fā)泡劑、大規(guī)模電路蝕刻劑、熱泵工作流體以及生產(chǎn)C2F4 和 C3F6 單體的原料等。高純八氟環(huán)丁烷(5N 以上)用于超大規(guī)模集成電路蝕刻劑和清洗劑。針對八氟環(huán)丁烷的制備和純化,國外研究起步較早,如美國杜邦公司、日本大金工業(yè)株式會(huì)社、日本昭和電工株式會(huì)社、日本旭硝子公司、俄羅斯基洛夫工廠等均已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。近年來我國化學(xué)、電子等工業(yè)迅速發(fā)展,八氟環(huán)丁烷的需求量逐年上升,其制備及純化工藝研究受到了更多的關(guān)注,應(yīng)用前景十分廣闊。
當(dāng)前我國八氟環(huán)丁烷主要生產(chǎn)商包括昭和電子(上海)、派瑞特氣(718 所)、華特股份和保定北方特氣,昭和電子和派瑞特氣分別具備八氟環(huán)丁烷產(chǎn)能 150 噸和 50 噸,派瑞特氣有 220 噸的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃,預(yù)計(jì) 2020 年 6 月投產(chǎn)。華特股份在招股說明書中并未將八氟環(huán)丁烷作為主產(chǎn)品披露,產(chǎn)能規(guī)模應(yīng)當(dāng)并不大;保定北方特氣并非上市公司,具體產(chǎn)能未披露。
氧化亞氮(N2O,笑氣):隨著半導(dǎo)體、顯示需求增大,用量激增
氧化亞氮?dú)怏w,俗稱笑氣,分子式 N2O。高純氧化亞氮?dú)怏w主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、LCD、OLED 制造過程中氧化、化學(xué)氣相沉積(CVD 沉積氮化硅的氮源)等工藝流程中。隨著半導(dǎo)體芯片和液晶顯示面板市場需求的增加,作為重要?dú)怏w材料的氧化亞氮的用量也將逐年增長。
2017 年國內(nèi) N2O 市場供應(yīng)不足需求陡增,導(dǎo)致價(jià)格飆升。供給方面,國內(nèi)某回收笑氣的企業(yè)因原料尾氣的供給與需求發(fā)生突變,疊加美國笑氣工廠出現(xiàn)意外事故等綜合因素,導(dǎo)致市場 N2O 供應(yīng)嚴(yán)重不足;需求方面,得益于國內(nèi)液晶產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,2017 年 TFT-LCD 對 N2O 的需求大幅增加。供需失衡最終導(dǎo)致年內(nèi) N2O 價(jià)格的暴漲。
硅烷:用于制作太陽能電池、光導(dǎo)纖維和光電傳感器
硅烷在半導(dǎo)體工業(yè)中主要用于制作高純多晶硅、通過氣相淀積制作二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、多晶硅隔離層、多晶硅歐姆接觸層和異質(zhì)或同質(zhì)硅外延生長原料、以及離子注入源和激光介質(zhì)等,還可用于制作太陽能電池、光導(dǎo)纖維和光電傳感器等。
在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中,硅烷是 PECVD、LPCVD 成膜工藝中極其重要的關(guān)鍵“源”性氣體。除半導(dǎo)體用途外,硅烷在 LED、TFT-LCD 的制造中也是重要原材料。我國硅烷產(chǎn)品曾經(jīng)嚴(yán)重依賴進(jìn)口,河南首山硅烷(現(xiàn)硅烷科技)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化后,徹底改寫和平衡了國內(nèi)硅烷的供給結(jié)構(gòu)和價(jià)格。當(dāng)前我國國產(chǎn)硅烷能夠完全滿足光伏太陽能、液晶顯示器、LED 等領(lǐng)域的質(zhì)量要求,但對于一些質(zhì)量要求更高的芯片制造用戶而言,國產(chǎn)硅烷在純化、檢測等環(huán)節(jié)仍需要努力。同時(shí)隨著晶圓尺寸變大,線寬變小的發(fā)展趨勢,與之協(xié)同發(fā)展的源性材料的氣體品質(zhì)也應(yīng)超前進(jìn)步。
國內(nèi)電子級(jí)硅烷主要生產(chǎn)商包括硅烷科技(新三板掛牌)、中寧硅業(yè)(多氟多子公司)、天宏瑞科(陜西有色天宏與美國 REC 合資)等,興洋科技、中能硅業(yè)等廠商自配多晶硅產(chǎn)能,主要產(chǎn)品以光伏等領(lǐng)域應(yīng)用為主。
硅烷科技通過與上海交通大學(xué)、ZGHX 賽鼎工程公司聯(lián)合研發(fā),于 2014 年 9 月建成一期年產(chǎn) 600 噸ZSN 法高純硅烷生產(chǎn)線,2015 年下半年轉(zhuǎn)入正式生產(chǎn),產(chǎn)品純度可達(dá) 8N 級(jí),成功打破進(jìn)口壟斷。
乙硅烷
由于乙硅烷有別于硅烷的特殊化學(xué)特性(易分解),在 PECVD、LPCVD 制造工藝中其成膜溫度比硅烷低很多、成膜速率快、膜質(zhì)量平滑均勻,乙硅烷分子中含硅量比硅烷高許多,因此,未來乙硅烷將會(huì)有廣闊的使用空間,目前許多芯片廠開始嘗試使用含一定濃度的 SiH4-Si2H6 混合氣體。日本三井東亞化學(xué)、昭和電工株式會(huì)社等公司早在 20 世紀(jì) 80 年代就興建百公斤級(jí)乙硅烷生產(chǎn)線,美國 VoltaixInc 甚至還擁有丙硅烷產(chǎn)品。臺(tái)灣特品化學(xué)公司 2013 年也開始回收并提純乙硅烷產(chǎn)品,產(chǎn)能規(guī)模較大,有望成為全球主要的乙硅烷和丙硅烷供應(yīng)商之一。2018 年中美晶 9.9 億元收購臺(tái)特化 30.93%股權(quán)。
國內(nèi)方面,當(dāng)前北方特氣和華特股份均有乙硅烷產(chǎn)品出售,但華特股份自身不具備硅烷產(chǎn)線,應(yīng)為外購原料氣充裝出售。其他廠商中,浙江湖州迅鼎半導(dǎo)體材料公司布局有 2000 噸甲硅烷、240 噸乙硅烷產(chǎn)能,2016 年開建,預(yù)計(jì) 2019 年投產(chǎn);全椒亞格泰也布局有 200 噸甲硅烷、20 噸乙硅烷產(chǎn)能,其中一期100 噸甲硅烷、10 噸乙硅烷于 2018 年 10 月環(huán)評(píng)公告。
科研方面,浙江大學(xué)余京松教授在國內(nèi)比較早的研究乙硅烷,并在此品種的研究上有一定的造詣,發(fā)表過《乙硅烷制備方法解析》等相關(guān)文章及專利,應(yīng)為國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的可靠技術(shù)合作方。
磷烷、砷烷:管制及禁運(yùn)背景下國產(chǎn)化需求強(qiáng)烈
磷烷、砷烷的性質(zhì)、制備方法及在半導(dǎo)體工業(yè)中的作用均較為類似,生產(chǎn)商大多也相同,因此合并討論。磷烷、砷烷均為半導(dǎo)體工藝中非常重要的電子氣體,多用于離子注入、摻雜等工藝中。其中的磷烷是半導(dǎo)體器件制造中的重要 N 型摻雜源,同時(shí)磷烷還用于多晶硅化學(xué)氣相沉淀、外延 GaP 材料、離子注入工藝、MOCVD 工藝、磷硅玻璃鈍化膜制備等工藝中。砷烷主要用于外延硅的 N 型摻雜、硅中的 N 型擴(kuò)散、離子注入、生長砷化鎵和磷砷化鎵,以及與 IIIA/VA 族元素形成半導(dǎo)體化合物等。此外,AsH3 在光電子、太陽能電池和微波裝置中也有極為重要的應(yīng)用。由于砷烷半導(dǎo)體工藝中的重要材料,迄今為止又尚無代用品,多年來國外一直對我國進(jìn)口砷烷進(jìn)行管制及禁運(yùn),對我國國家安全及經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成威脅,所以,生產(chǎn)出中國制造的高純砷烷意義重大并十分迫切。
由于磷烷、砷烷易燃易爆劇毒,國內(nèi)從事砷烷生產(chǎn)的廠商并不多,目前來看主要為 NDGD。NDGD子公司全椒 NDGD 于 2013 年成立,現(xiàn)已具備 35 噸高純磷烷、15 噸高純砷烷產(chǎn)能,2018 年 5 月公司環(huán)評(píng)備案擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目,分 2 期執(zhí)行,其中一期 17.5 噸磷烷,二期 17.5 噸磷烷+15 噸砷烷。華特股份募投項(xiàng)目中包括 10 噸磷烷和 10 噸砷烷產(chǎn)能,但磷烷為外購其他企業(yè)副產(chǎn)磷烷后純化,砷烷為采購充裝性質(zhì),其本身并不合成磷烷、砷烷。
(乙)硼烷
通常所說的硼烷指乙硼烷,其在半導(dǎo)體工業(yè)中用作氣態(tài)雜質(zhì)源、離子注入和硼摻雜氧化擴(kuò)散的摻雜劑,主要用做 P-型半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)中的摻雜劑。亦可作為火箭和導(dǎo)彈使用的一種高能燃料。美國的 Voltaix,Inc.(已被法液空收購)是包括電子乙硼烷在內(nèi)的世界烷類氣體領(lǐng)跑者,每年生產(chǎn)大量的乙硼烷混合氣體并銷往世界各地。由于純乙硼烷化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定極易發(fā)生反應(yīng),從海外運(yùn)輸十分不便,因此乙硼烷的國產(chǎn)化非常關(guān)鍵。我國河北的保定北方特種氣體有限公司通過不斷的努力,進(jìn)行技術(shù)改造與提升,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高純乙硼烷的量產(chǎn),他們生產(chǎn)高純度瓶裝乙硼烷及其含乙硼烷混合氣體,經(jīng)過許多國內(nèi)外認(rèn)證考核,使用效果良好。北方特氣已經(jīng)成為我國境內(nèi)半導(dǎo)體用乙硼烷主要供應(yīng)源。
除北方特氣外,荊州太和氣體具備乙硼烷產(chǎn)能 100kg,2019 年 4 月環(huán)評(píng)擴(kuò)產(chǎn) 3 噸,當(dāng)前處于環(huán)評(píng)公示階段。華特股份募投項(xiàng)目中包含 3 萬噸乙硼烷產(chǎn)能,但為倉儲(chǔ)經(jīng)營項(xiàng)目,華特本身不生產(chǎn)乙硼烷。
NDGD:國內(nèi)磷烷、砷烷龍頭,收購飛源氣體布局氟系電子特氣
NDGD 是我國 MO 源龍頭企業(yè),現(xiàn)以延伸業(yè)務(wù)范圍至電子特氣和光刻膠。NDGD 是從事高純金屬有機(jī)化合物(MO 源)的研究、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)。NDGD 是全球主要的 MO 源生產(chǎn)商,其在全球的市場占有率超過了 30%。除了 MO 源領(lǐng)域,NDGD 通過設(shè)立子公司全椒 NDGD 材料有限公司新增電子特氣業(yè)務(wù),生產(chǎn)作為半導(dǎo)體芯片制備中主要支撐材料的高純磷烷、砷烷等特種氣體,在 IC 行業(yè)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速替代進(jìn)口,成為公司新的利潤增長點(diǎn)。公司主營 MO 源和電子特氣業(yè)務(wù),2019 半年報(bào)特氣業(yè)務(wù)營收占比 33%,毛利占比 44%,毛利率 61%,為公司毛利率最高的業(yè)務(wù)板塊。2019 半年報(bào)公司實(shí)現(xiàn)營收1.39 億元,同比增長 10%;實(shí)現(xiàn)歸母凈利 0.26 億元,同比下滑 9%。
公司現(xiàn)有特氣業(yè)務(wù)主要為磷烷和砷烷。目前,砷烷、磷烷已經(jīng)成功量產(chǎn)并供應(yīng)多家客戶。2018 年公司高純磷烷產(chǎn)能約為 35 噸,砷烷產(chǎn)能 15 噸。2019 年 1 月公司磷烷、砷烷擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目獲環(huán)評(píng)批復(fù),一期項(xiàng)目將擴(kuò)產(chǎn) 17.5 噸磷烷,二期將再擴(kuò)產(chǎn) 17.5 噸磷烷+15 噸砷烷。2019 年 12 月,NDGD 宣布通過現(xiàn)金收購及增資方式取得山東飛源氣體有限公司 57.97%股權(quán),飛源氣體具備 NF3 產(chǎn)能 1000 噸、SF6 產(chǎn)能 2000 噸。2018 年及 2019 年初至 7 月 11 日,飛源氣體分別實(shí)現(xiàn)營收 1.08、0.82 億元,凈利潤-0.20、-0.10 億元,截止 7 月 11 日公司凈資產(chǎn) 0.12 億元,飛源氣體全部股權(quán)評(píng)估價(jià) 2.16 億元。
其他氣體匯總
三氯化硼
高純?nèi)然鹬饕糜?IC 制造工藝中技術(shù)要求很高、對電路成品率影響很大的化學(xué)氣相淀積(CVD)成膜過程和等離子干法刻蝕過程,會(huì)對 IC 產(chǎn)品的品質(zhì)帶來很關(guān)鍵的作用,并且不能使用其他電子氣體進(jìn)行取代。它的雜質(zhì)含量和純度直接影響 IC、電子元器件的質(zhì)量、性能、技術(shù)指標(biāo)和成品率。為保證 IC 產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性,對工藝配套原料氣提出很高的要求,要求三氯化硼純度必須在 99.999%(5N)以上。
2016 年以前我國尚不具備 5N 以上高純?nèi)然饸怏w的生產(chǎn)能力,完全依靠從美、英、日等國的幾家大公司進(jìn)口。進(jìn)口產(chǎn)品不但價(jià)格昂貴、訂購周期長,而且由于涉及敏感用途受到一定的限制和制約。因此,迫切需要通過國內(nèi)自主創(chuàng)新,研制開發(fā) 5N 以上的高純?nèi)然?,并形成批量穩(wěn)定供應(yīng)能力,滿足電子元器件老品和在研新品的使用要求,從根本上解決關(guān)鍵配套材料高純?nèi)然鹨蕾囘M(jìn)口、受制于人的被動(dòng)局面。國際上只有美國空氣產(chǎn)品公司、美國普萊克斯公司、英國 BOC 公司等幾大國外氣體公司有能力生產(chǎn)和供應(yīng)純度 5N 以上的高純?nèi)然饸怏w。
截止 2018 年底我國開展三氯化硼提純生產(chǎn)的單位至少有 3 家,同時(shí)還有許多公司處在項(xiàng)目研發(fā)論證中,由于三氯化硼粗品合成技術(shù)成熟,且在合成中使用了劇毒化學(xué)品氯氣,因此電子級(jí)三氯化硼廠商大都采用外購粗產(chǎn)品提純的路線,廠商本身不合成三氯化硼。2019 年新三板掛牌公司深冷能源和湖北荊州太和氣體分別上馬了 200 噸和 150 噸電子級(jí)三氯化硼產(chǎn)能。
三氟化硼
高純?nèi)鹗枪韬玩N外延、擴(kuò)散和離子注入過程的 P 型摻雜源,也可用作等離子刻蝕氣體。高純BF3 作為硼摻雜劑用于硅離子布植方面,生產(chǎn)出的芯片具有高集成、高密度的特點(diǎn),并且體積更小、性能更佳。
值得注意的是現(xiàn)代 IC 生產(chǎn)線對三氟化硼有了新的要求:三氟化硼中的同位素 11B 的豐度值要達(dá)到一定的值,眾所周知同位素分離技術(shù)難度較大,我國在此領(lǐng)域還存在許多技術(shù)需要攻關(guān),目前國內(nèi)此領(lǐng)域尚未見產(chǎn)業(yè)化。
目前國內(nèi)確定性的規(guī)劃有電子級(jí)三氟化硼產(chǎn)能的僅有福建博純材料和昊華科技旗下光明院,博純材料在 2015 年 12 月備案的超精準(zhǔn)電子混合氣體項(xiàng)目中包含 0.5 噸三氟化硼產(chǎn)能;昊華科技募投項(xiàng)目中包括 1 噸產(chǎn)能,此前光明院也已經(jīng)開展相關(guān)中試項(xiàng)目。華特股份募投項(xiàng)目也布局有 10 噸三氟化硼產(chǎn)能,但為倉儲(chǔ)經(jīng)銷性質(zhì),本身不從事生產(chǎn);NDGD 情況與華特股份類似。日本大陽日酸在揚(yáng)州化工園區(qū)布局有240 噸電子化學(xué)品產(chǎn)能,其中包含三氟化硼產(chǎn)品,該項(xiàng)目于 2017 年 4 月獲環(huán)評(píng)批復(fù)??傮w來看,我國三氟化硼生產(chǎn)企業(yè)與海外廠商差距較大,電子級(jí)尚未形成大規(guī)模產(chǎn)能,且在 11B 同位素分離方面距產(chǎn)業(yè)化尚有距離,短時(shí)間內(nèi)或仍將依賴海外供應(yīng)。
鍺烷
半導(dǎo)體工藝中,鍺烷作為化學(xué)氣相沉積硅-鍺膜的前體,主要用于制造電子器件,如集成電路、光電器件,特別是制備異質(zhì)結(jié)二極晶體管。在異質(zhì)結(jié)二極晶體管(HBT)中,薄硅鍺層作為二極晶體管的基底生長在硅片上,與傳統(tǒng)的硅二極晶體管相比,硅-鍺 HBT 在速度、響應(yīng)頻率和增益上具有明顯的優(yōu)勢,其速度和頻率響應(yīng)可以與更昂貴的鎵-砷 HBT 相比。此外,鍺烷也是太陽能電池的重要前驅(qū)氣體。
2016 年以前我國高純鍺烷基本完全依賴進(jìn)口,彼時(shí)全球 90%以上的鍺烷市場由美國 Voltaix 公司(已被法液空收購)壟斷,進(jìn)口價(jià)格高達(dá)每噸數(shù)千萬人民幣,并常常因國際形勢緊張和變化而受到阻礙。2016年位于福建泉州永春縣的博純材料打破了鍺烷的進(jìn)口壟斷,當(dāng)前其高純鍺烷產(chǎn)能據(jù)稱已經(jīng)達(dá)到全球第一,在薄膜太陽能領(lǐng)域其產(chǎn)品市占率很高,獲得了極高的市場回報(bào)。2017 年 8 月 15 日,福建博純同美國半導(dǎo)體材料生產(chǎn)和經(jīng)銷商 EntergrisInc 攜手在福建泉州成立合資公司,目標(biāo)直指中國半導(dǎo)體高端市場,早在2016 年博純就代工 EntergrisInc 產(chǎn)品,據(jù)了解 EntergrisInc 在芯片制造工藝中具有壟斷性專利產(chǎn)品 SDS。從代工到現(xiàn)在的實(shí)質(zhì)性的合作生產(chǎn),在當(dāng)下良好的市場背景下,該公司的合作無疑前途無量,其產(chǎn)品的競爭力值得關(guān)注。
當(dāng)前國內(nèi)已有或規(guī)劃有鍺烷產(chǎn)能的公司主要包括博純氣體、華特股份、太和氣體及中環(huán)裝備參股公司啟源領(lǐng)先,其中博純氣體為國內(nèi)龍頭。華特股份在募投項(xiàng)目中布局有 10 噸鍺烷產(chǎn)能,且此前已有相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備,公開資料可見專利及鍺烷相關(guān)論文發(fā)表。荊州太和氣體鍺烷產(chǎn)能 100kg,規(guī)模較小,而中環(huán)裝備參股公司啟源領(lǐng)先早在 2012 年就布局鍺烷、磷烷、砷烷產(chǎn)能,至今未投產(chǎn)。
硒化氫
硒化氫是生產(chǎn)半導(dǎo)體材料的重要原材料和還原氣,能夠在半導(dǎo)體表面形成 P-N 結(jié)構(gòu)保護(hù)層和隔離層,還可用作摻雜氣體。此外,高純硒化氫在尖端國防和航空航天等領(lǐng)域有著非常重要的用途。2010 年以前我國硒化氫產(chǎn)品完全依賴國外進(jìn)口,且全球僅有美國空氣化工產(chǎn)品(AP&C)能夠生產(chǎn),2010 年產(chǎn)品年銷售額 5 億美元,且供不應(yīng)求,并對我國禁運(yùn)。2010 年湖北荊州太和氣體醫(yī)療和光電子特種氣體項(xiàng)目的投產(chǎn)打破了我國硒化氫的進(jìn)口壟斷,現(xiàn)太和氣體硒化氫產(chǎn)能為 3 噸。華特股份在科創(chuàng)板上市募投項(xiàng)目中布局有 40 噸硒化氫產(chǎn)能;昊華科技旗下光明院研發(fā)生產(chǎn)基地項(xiàng)目包含硒化氫產(chǎn)能 20 噸。
羰基硫
羰基硫近年來廣泛應(yīng)用于線路微細(xì)化的蝕刻領(lǐng)域,它在干蝕刻中的蝕刻效果十分明顯,備受關(guān)注。日本關(guān)東化學(xué)、大陽日酸等公司于 2011 年投放市場,大陽日酸在川崎開展 COS 的凈化與灌裝。日本市面上有工業(yè)級(jí) COS 瓶裝原料,這為 COS 的凈化提供了便利的條件。COS 一般采用單質(zhì)硫與 CO 反應(yīng)合成:S+CO→COS。羰基硫的干法合成與硫化氫、硒化氫的干法合成極其相似,但也存在少許區(qū)別:COS的合成需要 FeS2、Na2S、NiS、CaSO4 等含硫金屬化合物作為催化劑。隨后通過吸附、精餾可以得到高純度半導(dǎo)體級(jí)別 COS。國內(nèi)目前開展羰基硫工業(yè)化合成的僅有荊州太和氣體,其在 2019 年 7 月公告的653 噸特種氣體項(xiàng)目中布局有 70 噸羰基硫產(chǎn)能