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发表时间: 2022-07-11 10:30:01

作者: 济宁协力特种气体有限公司

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电子特气在晶圆制造过程中占材料成本的14%左右,几乎渗透到集成电路生产的每个环节,对集成电路的性能、集成度和成品率都有重大影响,被称为半导体制造的“血液”和“粮食”。


在半导体材料中,电子气体是仅次于大硅片的第二大市场需求。

电子特气在晶圆制造过程中占材料成本的14%左右,几乎渗透到集成电路生产的每个环节,对集成电路的性能、集成度和成品率都有重大影响,被称为半导体制造的“血液”和“粮食”。

根据中国半导体行业协会,我国2020年集成电路产业销售规模达8848亿元,同比增长17%,过去5年复合增速达20%,对电子特气的需求带来了持续、强劲的拉动。

随着全球半导体产业链向国内转移,国内电子气体市场提速明显,远高于全球增速。

根据中国半导体行业协会数据显示,中国电子特气2020年市场规模为150亿元,占全球比例约为48%,相较于2011年占比翻了一倍,2011-2020年市场规模中国CAGR远高于全球数据,中国半导体行业协会预计2024年中国电子特气市场规模将达到230亿元,占比提高至接近60%。


电子特气的纯度直接决定了产品的性能、集成度和成品率。电子特气纯度每提高一个数量级,都能推动半导体器件产生质的飞跃。

在半导体集成电路中,电子气体主要应用于蚀刻、掺杂、CVD、清洗等。

在晶圆制程中部分工艺涉及气体刻蚀工艺的应用,主要涉及CF4、NF3、HBr等;掺杂工艺即将杂质掺入特定的半导体区域中以改变半导体的电学性质,需要用到三阶气体B2H6、BF3以及五阶气体PH3、AsH3等;在硅片表面通过化学气相沉积成膜(CVD)工艺中,主要涉及SiH4、SiCl4、WF6等。


电子特气决定了集成电路产品的最终良率和可靠性。

比如,离子注入气体的氢化物气体浓度没有达到要求,那么在离子注入时,硅片的PN结浓度就会和理想值相差较远,造成电性偏移。

而如果光刻气的配比出现偏差,将直接造成光刻机光源的波长发生变化,最终导致光刻线宽出现偏移。若CVD气体含有部分杂质,在薄膜沉积后,在绝缘层上会出现导电离子,造成短路现象。

12英寸、90纳米制程的IC制造技术需要电子气体纯度要在99.999%-99.9999%(5N-6N)以上,有害的气体杂质需要控制在10-9(ppb),对金属元素杂质以及尘埃粒子做出了严格的限制。

在更为先进的28nm及目前国际一线的6nm-10nm制程工艺中,电子特气的纯度要求则很可能更高,甚至达到ppb(10-12)级别。

由于行业对产品纯度的特殊要求,电子特气的纯化、杂质检测、储运技术面临全方位考验。

从电子特气产业链来看,气体原料和化工原料是电子特气的主要生产原料;气体设备是电子特气的重要生产设备。另外,由于气体产品大多数为危险化学品,因此运输环节钢瓶需求也必不可少。

目前空气分离设备,基础化学原料供求稳定,国家对环境保护的重视及工业尾气排放目标的限制也意味着原材料中工业尾气的供应将更加充足。

产品种类上看,在半导体工业中应用的有110余种单元特种气体,其中常用的有超过30种。据中国工业气体工业协会统计,目前集成电路生产用的电子特气我国仅能生产约20%品种。

部分电子特气产品,如三氟化氮、四氟化碳、六氟化硫、六氟化钨、氧化亚氮、氨气等国产化程度较高,部分产品的国产化率超过50%。

特种气体作为上述产业发展不可或缺的关键性材料,其市场规模将继续保持高速发展。

近年来国家相继发布《“十三五”国家战略新兴产业发展规划》、《新材料产业指南》等指导性文件,旨在推动包括特种气体在内的关键材料国产化。在下游市场需求高速扩张,国家政策进行支持等多重因素的影响下,我国特种气体行业有望在未来加快国产替代步伐,实现高速发展。


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电子特气在晶圆制造过程中占材料成本的14%左右,几乎渗透到集成电路生产的每个环节,对集成电路的性能、集成度和成品率都有重大影响,被称为半导体制造的“血液”和“粮食”。
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