特種氣體和半導體：挑戰、機遇和未來

特（tè）種氣（qì）體通常被認為是電子行業的命脈和半導體製（zhì）造的心髒。全球特種氣體市場用於（yú）半導體芯片製造（zào）過程中的四個關（guān）鍵應用，與我們當今使用的技術的可用性和（hé）潛力直接（jiē）相關。

Linx Consulting 執行合夥人 Mike Corbett在今天（7 月 7 日）舉行（háng）的“2023 年特種氣體”網絡（luò）研討會上向天（tiān）然氣界發表了（le）講話，討論了與該行業相（xiàng）關的挑戰、機遇和未來增長。

Corbett 透露，2022 年市場價值約為 53 億（yì）美元，並解釋說特種氣體市場目前正在經曆（lì）低迷。

“今（jīn）年是有點下滑的一年，但（dàn）特（tè）種（zhǒng）電（diàn）子氣體的大部（bù）分需求（qiú）來自半導體行業，因此四分之三以上的需求來自矽半導體行業，並且在過去五年中一直在增加到十（shí）年。”

大約 80% 的電子特（tè）種氣體總體需求來自半導體。

大多數需（xū）求實際上是由幾個因（yīn）素驅動的。其中（zhōng）之一是垂直擴展的概念，其中設備的層數不斷增加，但設備的複雜（zá）性也與此有很大關係。”

Corbett 補充（chōng）道，20 年前，製造半導體器（qì）件或處理器晶圓需要幾百個步驟，而現在這（zhè）個（gè）數字可能（néng）超（chāo）過（guò）一千個。

“因此，技術（shù）複雜性正在增加，現在正導致電子特種氣體更多地集（jí）中到半導體（tǐ）行業。”

市場概況

市場通常根據不同的氣體組和功能進行細分，但通常大多（duō）數氣（qì）體將用於半導體行業的（de）真空工（gōng）藝，包括蝕刻處理、沉積（jī）、注入、外延生長層、熱處理以及一些光刻應用。

“當我們研究氣體（tǐ）時，我們將其分為特（tè）定組，其（qí）中一（yī）種是 HFC（氫氟碳化物）類型氣體，主要用於蝕刻應用，然後我們看到許多用於（yú）沉積類型的矽（guī）基氣體應用（yòng）程序，”科貝特解釋道（dào）。

還有用於改變半（bàn）導體器件性能的摻雜氣體、用（yòng）於沉（chén）積碳基薄膜的（de）碳氫化合物和也用於許多沉積工藝（yì）的氮基氣體。

半導體（tǐ）行業（yè）也是全球氙、氪和（hé）氖等稀（xī）有氣體的最大消費（fèi）者，預計這一（yī）趨勢將持續下去。

就主導產品而言，迄今為止最大的氣體是NF3，它用（yòng）於半導體行（háng）業和平板顯示（shì）行業的腔室清潔。

在供應方麵，大型工業氣體公司往往在市場上占據強勢地位。由於稀有氣體的強勁增長，主要參與者林德和（hé）液化空氣集團的地位不斷提（tí）高，而（ér）大洋日酸和 Matheson 也繼續鞏固其作為領先供應商的聲譽。

“市場上還有默克 (Merck) 和 EMD Electronics 等一些規格氣體公司，韓（hán）國的（de） SK Materials 一直在建立廣泛的產品組（zǔ）合，而在日本，KDK 也有著強大的（de）影響力。”

“我們開始看到一（yī）些來自中國市場的新興（xìng）參與者，因為其中（zhōng）許多（duō）公司已經建立（lì）業務來服（fú）務當地（dì）市場，但越（yuè）來越多地跨入矽半（bàn）導體領域。”

市場低迷和潛（qián）在複蘇

盡管特種氣體行業潛力巨大，但半導體領域在 2023 年（nián）迄今為止經曆了“低迷的一年”。為（wéi）了確定（dìng）市場地（dì）位，Linx 跟蹤了一個稱（chēng）為 MSI（百萬平方英寸矽工藝）的關（guān）鍵指標。

“今年我們將看到整體矽工藝下降約 10% 以上，”Corbett 說道。“這導致 2023 年規格51吃瓜网市場下滑（huá），我們可能要到 2025 年（nián）初才（cái）能真正看到（dào）恢複（fù）到 2022 年的水平。”

然而，該公司仍然看到矽半導體領域是行（háng）業中（zhōng）增長最快的領域，而且就個別產品而（ér）言（yán），許多需求都（dōu）圍繞著 HFC 類型的（de）蝕刻氣體。

“我們相信一些稀有氣體將繼續增長，許多沉積氣體也將繼續增長。”

大約（yuē）六七年前（qián）發生（shēng）了明顯（xiǎn）的轉（zhuǎn）變，當時非（fēi）易失性存儲器領域從 2D 結構轉向 3D 結構，這推動了對大量氣體的需求。

未來的挑戰（zhàn）

盡管全球化一直是（shì）半導體行業的關鍵驅動力，但（dàn）它也引發了與多個地區同時投資相關的（de）問題（tí），這意味著供應商將麵臨在何處投（tóu）入新產能的挑戰。

“51吃瓜网產能方麵的許多新（xīn）投資已經在亞洲進行，現在他們的（de）供應商將不（bú）得不投資於他們在過去（qù）幾十年中可能隻進行增量投資的地（dì）區，例如北美。”

科（kē）貝特提到了（le）默克公司在賓夕法尼（ní）亞州注資（zī） 3 億美元（yuán）的投資，並補充說，隨著北美等地區的天然（rán）氣需求翻倍（bèi），他預計將看（kàn）到更多投資。

該行業麵臨的另一個挑戰（zhàn）是可持續性（xìng）和（hé）有針對性（xìng）地減少溫室氣體 (GHG)。

HFC 和 FC 等蝕刻氣體在（zài）整個行業和多個技術（shù）代中廣泛使用。由於氫氟碳化合物在大（dà）氣中的（de）壽命很長，因（yīn）此被認為是有效的溫室氣體，因為它們吸收紅外輻射。

最常用的五種 HFC 的溫室氣體效應比二氧化碳強 150 至 5,000 倍。

“要替代大（dà）量這些氣體並通（tōng）過限製其使用來實現更好的環境（jìng）控製將非常困難（nán）。因此，可持續性主要集中在氟化氣（qì）體上。”Corbett 解釋道。

另一個關鍵問題圍繞著日益全球化的市場中的供應鏈。從2023年8月1日起，镓、鍺（製造半導體芯片的兩種（zhǒng）關鍵元（yuán）素）和某（mǒu）些相關（guān）化合物的中國出口商在出口這些材料之前，必須獲得商務（wù）部的出口（kǒu）許可證。

此舉是為（wéi）了回應西方對（duì）製造半導體器件至關重要的設備（bèi）的限製。2022年的《美國（guó）芯（xīn）片（piàn）和科學法案》限製了對中國的高端微芯片和技術出（chū）口，這可能會影（yǐng）響北京在國防等（děng）領域的（de）高性能計算能（néng）力。

這些新（xīn）的限製可能會使西方公司生產電子設備變得更加昂貴（guì）和困難，進而導致（zhì）消費者的價（jià）格上漲（zhǎng）。

此舉還可（kě）能迫使西（xī）方製造商通過從（cóng）中國（guó）願意出口的國家獲得含有（yǒu）這些元素的組件（jiàn）來實現供應鏈的多樣化，從而導致成本和複雜性進一步增加。

科貝特認為，除了俄羅斯的氦氣供應問題外，供應鏈的不穩定將是該行（háng）業未來必須解決的（de）問題。

“這些是我們今天看到的該行業（yè）麵臨的一些最（zuì）大挑戰，因為它在垂直縮放和3D設備方麵繼續增長（zhǎng），並繼續消耗更多的電子氣體。”