中國關鍵電子氣體現狀及未來

孫福楠

(中昊光明化工研究設計院有限公司，遼寧 大連 116031)

0 引 言

中國是世界電子產品的制造中心，全球有過半以上的各類電子產品由中國大陸生產制造，與之不對稱的是制造這些產品所需要的高檔芯片幾乎全部依賴進口，最近幾年其進口值已超過原油，高達2200億美元。為此，中央及地方政府相繼出臺許多利好政策及資金支持，試圖能盡快縮短差距，扭轉這種尷尬局面。2017年全國各地興起了一股全球難以看到的“半導體熱”，通過努力半導體國產化也取得了階段性進展和效果，許多大基金競相加入，相信中國在未來幾年這種局面不會停止。特種氣體是半導體制造過程的“血液”、“糧食”，沒有高質量的氣體，半導體制造無從談起，受到氣體下游的需求拉動和刺激，2017年中國氣體尤其是用于IC制造的各類高純氣體、電子混合氣體發(fā)生了爆發(fā)性的發(fā)展和驚人的進步，其發(fā)展方式也同過去迥然不同，許多有影響的外資氣體公司也終于改變過去的運行方式，開始搶灘中國，以各種方式在國內開展屬地化生產。下面就某些關鍵氣體進行描述。

1 超純電子氣體

1.1 硅烷

硅烷在半導體生產過程是極其重要的關鍵“源”性氣體，無論是光伏太陽能的生產，還是LED、TFT-LCD的制造都需要大量的硅烷做原料。我國硅烷產品曾經嚴重依賴進口，河南首山硅烷實現國產化后，徹底改寫和平衡了國內硅烷的供給結構和價格。我國國產硅烷基本上能滿足一般領域的需求，對于某些要求比較高的領域，國產硅烷仍沒有實現國產化。2017年是硅烷在國內遍地開花的一年：

陜西有色天宏瑞科和美國REC硅料公司新加坡公司合資生產硅烷：天宏瑞科股份公司生產硅材料—包括SiH4氣體，中方控股(51%股份)，總投資：87.1億人民幣，地址：陜西榆林，硅烷產能：3000 t/a。

內蒙古興洋新材料科技有限公司，投資2億人民幣生產硅烷，計劃產能3000 t/a。

臺灣實聯(lián)氣體同江蘇泰興泰錦公司合資，成立“江蘇泰錦實聯(lián)電子材料公司”，在大陸投資設廠生產硅烷等電子氣體。

徐州中能硅業(yè)也宣布硅烷量產，產能規(guī)模驚人。

從上述數據看，這些在建或已建的硅烷生產廠，一旦設計產能如期順利量產，國產硅烷或許會出現供過于求的局面，對于那些沒有將硅烷轉化為單晶產品的硅烷廠家，一旦國內TFT-LCD發(fā)展變緩，其后果將不堪設想。

1.2 高純氧化亞氮

2017年高純笑氣需求量陡然增大，得益于國內液晶產業(yè)的迅猛發(fā)展，TFT-LCD對N2O的需求。同時，笑氣的應用領域也在擴大，如娛樂、賽車助燃、食品乳化等。回收廢氣提純N2O的工藝同硝銨干法分解相比，盡管在某些領域回收法制造的高純度笑氣不被接受，但回收廢氣法提純的N2O成本優(yōu)勢十分突出。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，導致市場N2O供應嚴重不足，價格飆升。據了解國內已經有多家擬開展N2O回收的企業(yè)，大都處于在建狀態(tài)，據悉位于重慶涪陵的某企業(yè)回收N2O已經達產；這些廠家一旦產能釋放，國產N2O價格又將一瀉千里。上游己二酸尾氣原料的長期穩(wěn)定供應是回收法提純笑氣的關鍵之一。技術環(huán)節(jié)上看，各種胺類溶劑脫除尾氣中二氧化碳技術相對成熟，精餾法脫除輕組分雜質的關鍵是塔頂制冷循環(huán)的方式及其經濟性。總之，2017年國產笑氣供應不足，需求陡增，美國笑氣工廠出現意外事故等綜合因素，導致需求不平衡是2017年國內笑氣市場供不應求、價格攀升的主因。

圖1 回收法提純電子級笑氣流程

圖2 N2O-CO2氣液平衡圖

表1 己二酸生產過程N2O廢氣組分

1.3 高純烷類電子氣體

福建博純氣體生產的高純鍺烷據稱為全球產量第一。在薄膜太陽能領域其產品尤其是純品鍺烷占有率很高，獲得了極高的市場回報。2017年8月15日，福建博純同美國半導體材料生產和經銷商Entergris Inc攜手在福建泉州成立合資公司，目標直指中國半導體高端市場，早在2016年博純就代工Entergris Inc產品，據了解Entergris Inc在芯片制造工藝中具有壟斷性專利產品——SDS。從代工到現在的實質性的合作生產，在當下良好的市場背景下，該公司的合作無疑前途無量，其產品的競爭力值得關注。該合作方式興許也會成為未來國內眾多公司與外資合作的良好典范。

博純合資氣體公司生產的產品：電子混合氣體及SDS3包裝產品：GeH4、Si2H6、TMB、B2H6、PH3、AsH3、D2等等。研發(fā)中心：美國亞利桑那州。

1.4 乙硼烷及含氟無機及有機氣體

乙硼烷化學性質不穩(wěn)定，從國外進口基本上按混合后的方式進來，使用起來十分不便；C4F6是環(huán)境友好型含氟化合物，高檔的IC生產線有很好的需求，國產這些氣體還沒有形成穩(wěn)定的產能，2017年日本大陽日酸宣布在中國揚州化學工業(yè)園區(qū)成立：揚州大陽日酸半導體有限公司，投資61 325萬人民幣，增建年產240 t/a電子化學品。項目品種：SiH4、Si2H6混配；B2H2的合成與混配；BF3的純化與分裝；C4F6的提純與分裝；CH3F的提純與分裝；平衡氣H2、N2、Ar、He提純與分裝；先進的氣瓶處理設備。

大陽日酸國內特氣的屬地化生產，將徹底改寫某些氣體完全依賴于國外進口的歷史，同時對國內氣體的沖擊將產生不小的影響，因為這些氣體雖然必需，但其總量還是不大的。

1.5 高純氨氣

高純氨氣是光伏太陽能、LED、TFT-LCD生產的重要大宗類氣體，前幾年受國內光伏太陽能“大躍進”般的發(fā)展影響，國內上馬的高純氨生產總量大大超出實際需求，溢出部分雖然出口到東南亞地區(qū)，但國內市場高純氨價格一路處于狂跌狀態(tài)，即使是在國內生產高純氨的外資企業(yè)都曾計劃將氨生產線改為他用。然而最近幾個月峰回路轉，國內氨價格整體提高，并且萎縮多年的高純氨市場也同其它工業(yè)氣體一樣似乎又恢復了難得的生機和活力，國內有的大型涉氨企業(yè)正在計劃上馬高純氨項目，計劃一旦落實國內高純氨市場又會出現更多的不確定性。

1.6 高純氯化氫

高純氯化氫是半導體制造需求量比較大的氣體，國內以張吉瑞老師為代表的團隊進行了多年不懈的努力，建起了高純氯化氫生產線，滿足了許多國內客戶甚至外資氣體公司的認可，但在高檔IC線上，國外高純氯化氫仍占主導。高純氯化氫基本是采用化工過程的尾氣進行回收提純，不同的尾氣雜質種類含量相差很大，這意味著提純工藝完全不同，更確切地說一種氯化氫生產工藝即使是十分成熟的技術，在不同工藝尾氣，不同生產地區(qū)進行推廣，都將會遇到難以克服的新問題，甚至導致項目的投資失敗。因此，在對氯化氫項目感興趣的時候，尤其是利用或引進國外提純技術的時候，務必關注氯化氫提純凈化技術的適應性，必要時有必要采用真實的尾氣進行模擬實驗，如氯化氫中二氧化碳雜質用何種方法脫除等等。由于氯化氫用量較大、滿瓶空瓶物流麻煩、氯化氫尾氣來源極其豐富等因素，相信國內氯化氫的生產難題遲早會被攻破，最終實現氯化氫的完全國產化。

1.7 高純二氯氫硅(DCS)、高純三氯氫硅(TCS)

二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷(TCS)是十分重要的半導體“源”性材料。我國已經將TCS列為中國制造2025強基工程重點支持的品種。針對國內客戶急需，為了減少運輸等帶來的不便，以硅性原材料見長的日本信越化學工業(yè)在浙江西亞特公司組建合資公司，在國內分裝DCS、TCS產品，整個分裝流程的配置及檢測儀器和方法完全按照日本信越化學公司的標準建設和配備，目前分裝的產品經過日方現場驗收，質量完全滿足日方要求。

1.8 高純一氧化碳

高純CO是半導體制造過程重要的“碳源”提供者。雖然用量暫時不大，但進口價格昂貴，估計用量會不斷加大。CO-N2因二者的沸點相差很小，精餾分離十分麻煩，需要消耗大量的冷媒(LN2)，目前液氮價格較高，若對制冷蒸發(fā)的氣體氮氣不加以回收利用，無疑會增加制造成本。

國內以往提純所用的原料級別CO幾乎都是采用甲酸濃硫酸脫水的方法合成，由于反應所使用的原料涉及到強腐蝕、強氧化性的酸，為了避免腐蝕，基本采用玻璃反應器，產量不易提高，且產生嚴重的三廢，因此不易放大，導致CO生產難度大。2017年，國內某企業(yè)利用化肥廠造氣產生的水煤氣，經過包括低溫甲醇洗等系列凈化處理環(huán)節(jié)，然后通過低溫雙塔精餾提純，獲得優(yōu)質低價的CO凈化原料，計劃生產半導體級別的CO，據不完全統(tǒng)計國內目前至少有四家以上的氣體公司生產高純CO，這些廠家生產工藝雖然各有不同，但脫除CO中的空分雜質如N2幾乎都要采用傳統(tǒng)的精餾手段，用普通碳鋼瓶充裝CO，CO2雜質濃度嚴重升高是一個值得關注的問題。

2 中國氣體的未來

1．由于IC產業(yè)國內有巨大的需求，進口存在嚴重缺口，我國政府未來幾年仍將以“壯士斷腕”的決心大力扶持半導體的發(fā)展，無疑作為原材料的特種氣體存在很大的發(fā)展空間，需要關注的是，隨著TFT-LCD的國產化完成，或許國內TFT-LCD的發(fā)展會適當放緩。未來幾年國外會有大量的氣體公司蜂擁中國，實現氣體的屬地化生產銷售，國內也會有許多的氣體公司轉移到東南亞等國家實現氣體制造。

2．氣體企業(yè)間的整合已經是迫不及待的選擇。中國經濟在“促增長，調結構”方針的政府干預下，尤其是經過2017年的“環(huán)保風暴”，包括氣體行業(yè)在內的中國企業(yè)正逐步告別“粗放式”的發(fā)展，氣體企業(yè)“正規(guī)化、規(guī)?；?、國際化”是未來的發(fā)展方向，只有實現區(qū)域整合、資源整合才能完成諸多小微氣體企業(yè)的三化，如果說過去幾年是企業(yè)是否自愿的行為的話，那么當下甚至未來，整合則是關系企業(yè)是否存在下去的大事。實際上國外氣體巨頭間的收購整合從未間斷過，其目的是為了做大、做強、做實及做得更長久。

3．未來國內氣體公司研發(fā)能力會逐步的提升。特殊氣體尤其是電子氣體，我國一直是行業(yè)的追跑者，研發(fā)環(huán)境還沒形成，技術力量相對不足，導致我國氣體缺少有力的技術牽引，我國特種氣體的生產仍沿襲過去的依靠市場拉動的方式，相信隨著資本的流入，許多大型氣體公司會高度重視自主知識產權的培育。屆時或許會有許多新工藝、新技術、新方法、新設備等出自我國氣體工作者之手。

4．高投入、高回報、高風險將成為常態(tài)。中國特氣市場因下游的變化會變的更為復雜，或許2017年中國特氣市場風云變幻，只是中國氣體歷史的一個轉折點的開始，未來中國特氣將會真正意義的遵循“高投入、高回報、高風險”這一規(guī)律。為了規(guī)避風險，無疑立項前的風險分析顯得尤其重要甚至必需。

5．隨著IC向縱深發(fā)展，大批高效、環(huán)境友好型的氟碳氣體必將取代目前某些炙手可熱的含氟類氣體。因此，研發(fā)和生產創(chuàng)新性產品顯得尤為迫切和重要。當大批成熟的電子氣體實現國產化后，產品逐步由成熟期走向衰退期，未來再開展何種氣體的生產這是一個普遍值得關切的問題。

總之，2017年中國氣體的發(fā)展發(fā)生了質的飛躍，包括砷烷在內的許多氣體及電子混合氣體都實現了規(guī)?；a，眾多的社會資本也對氣體發(fā)生了興趣，讓沉寂多年的中國特種氣體制造“狼煙四起”，隨著中國IC的深入發(fā)展，中國特氣必將對世界特氣的布局和市場產生深遠的影響。