三氟化氮产业将迅速发展
□ 中国化工信息中心产业经济研究院 罗亚敏
三氟化氮作为电子工业中优良的等离子蚀刻气体和反应腔清洗剂，具有反应快速和高效的优点，广泛应用于制造半导体芯片、平板显示器、光伏电池、光纤等领域。在对硅和氮化硅的蚀刻中，三氟化氮相比四氟化碳及四氟化碳/氧气的混合气具有更高的蚀刻速率和选择性，而且对表面无污染，尤其是在厚度小于1.5微米的集成电路材料的蚀刻中，具有蚀刻速率和选择性两方面优点的三氟化氮很容易满足加工过程需求。三氟化氮还可以单独或与其他气体组合用作等离子体工艺的蚀刻气体。作为清洗气，三氟化氮的清洗效果比过去用量较大的清洗气如四氟化碳、全氟乙烷或全氟丙烷等好得多，其产生的效益足以弥补价格的差距。在CVD反应腔的远程等离子体清洗过程中三氟化氮的利用率为95%～99%。而且，半导体企业为了降低尾气对大气的影响，通常要将尾气中残余的含氟气体全部转为无害的无机物，这过程中全氟碳化物需要1200℃才能完全分解，而三氟化氮只需要700～800℃，有利于节约能源、降低成本。最近几年晶圆设备企业推出的CVD设备都已改为采用三氟化氮为主要的清洗气体。
2008年联合国环境大会上三氟化氮被列为温室气体，其大气寿命为740年，全球变暖潜值为17200。研究表明，大气中的三氟化氮浓度在过去的30年中已经上升了20倍，在大气中的比例以每年11%的速度递增，最多的排放区域出现在北半球。2006年在大气探测到的三氟化氮少于1200吨（如今认为实际上是4500吨），于2008年上升到5400吨，2010年达到8000吨。目前三氟化氮对温室效应的贡献是二氧化碳的0.04%。虽然《联合国气候变化框架公约》将三氟化氮添加到了进行监管的气体之列，但《京都议定书》并没有对三氟化氮进行限制。
全球三氟化氮供应较为紧张
全球三氟化氮主要生产企业有10家左右，海外主要有韩国的OCIM公司、美国的空气产品和化学品公司、日本的关东电化公司、中央硝子公司、三井化学公司、我国台湾的台塑集团等。林德公司收购了BOC公司后也有了三氟化氮产能，但该公司全球市场份额越来越少（2011年已不到2%）。除此之外，杜邦公司也有较小产能。全球2011年三氟化氮总产能达到18000吨，总产量为14000吨，2009～2011年产量年均增长率达到24%。
在海外企业中，韩国OCIM公司已取代空气产品成为全球第一大三氟化氮生产商。OCIM于1982年成立，2002～2010年间至少5次扩大三氟化氮产能，到2011年年底，韩国本土的4条生产线总产能达到6500吨，而且与三星、LG、海力士等大型电子企业建立了合作关系，同时也向我国（包括台湾）、日本、新加坡、美国和德国等国输出三氟化氮产品，其市场份额不断扩大。OCIM三氟化氮的全球市场份额，从2005年18%上升到2009年22%，2010年增长迅猛，达到35%，2011年继续增加到42%；其2011年三氟化氮销售额达到1910亿韩元（约1.7亿美元），同比增长28%，预计2012年将继续增长。OCIM的三氟化氮产品纯度最高为5N。
近年全球三氟化氮的供应呈现紧张状态，主要原因是下游液晶面板、半导体和光伏工业的需求快速增长和三氟化氮生产设备停、检、修。另外，从2001年到2010年三氟化氮的平均价格年均跌幅达到25%，也导致多数企业扩产动力不足。
在消费构成上，2011年接近50%的三氟化氮用于生产平板显示设备，40%用于半导体芯片，剩下的用于光伏电池等；而2006年仅有不到20%的三氟化氮用于生产平板显示设备。
日本关东电化在2012年增加500吨产能，空气产品公司计划在2012年下半年在韩国釜山新增500吨产能。故预计到2012年底海外新增三氟化氮产能至少在1000吨。加上我国在2012年增加的产能，全球三氟化氮产能至少将增加2900吨，达到约21000吨。
我国三氟化氮产业正在起步
我国三氟化氮的研究是从20世纪80年代开始的，主要研究单位是我国船舶重工集团718研究所，用途为军工配套（三氟化氮可用作火箭推进剂）。我国三氟化氮产业发展大体上分3个阶段：最初用于国防工业，生产规模小，产品自用；第二阶段是在20世纪末三氟化氮的产业化研究随着电子工业的发展而加速；第三阶段是2001年之后国内三氟化氮的生产线相继投产，制造水平已与国外发达国家水平相差不多。但相对全球三氟化氮产业的发展速度和规模，国内三氟化氮行业的发展相对缓慢。
我国2011年三氟化氮总产能为800吨，3家主要生产企业为船重工718所、中核红华特种气体公司（2012年倒闭）、黎明化工研究院，总产量约640吨左右。我国重工718所新建的900吨装置将于2012年达产；韩国OCIM在江苏镇江设立的江苏奥瑟亚新材料科技有限公司也将在2012年投产，这将使我国2012年的三氟化氮产能扩大到2700吨。
我国是三氟化氮的净进口国，2011年总共进口约700吨，进出口量之比约22∶1。
2011年我国三氟化氮消费量为1300多吨，其消费构成大约为：半导体芯片60%，平板显示设备30%，光伏电池10%。
国内三氟化氮消费将出现较大增长
我国已经成为全球最大的集成电路市场，其集成电路市场规模快速增长是拉动全球市场增长的重要元素。2010年我国集成电路产业销售收入仅占全球的8.6%（1440亿元），自给率不到20%，预计到2015年我国集成电路产业规模将翻一番，销售收入将达到3300亿元，年均增长约17%。从晶圆生产线方面看，截至2010年底，我国共有晶圆生产线61条，其中中小尺寸（150、125、100毫米）的为41条，大尺寸（300和200毫米）的为20条，预计到2015年晶圆生产线将增加到80～90条。2012～2015年芯片制造业对三氟化氮的需求年均增长率可能在15%～17%。
如今平板显示设备制造使用的清洗剂主要是三氟化氮和六氟化硫，而六氟化硫成本较低。2006～2010年，昆山、成都、深圳、北京、武汉等地液晶面板生产线纷纷投产，总投资超过千亿人民币。2012～2014年，我国大陆TFT液晶面板的总产能将超过日本，跃居全球第三。在光伏方面，我国2011年产量11GW，同比增长37%，约占全球总产量的48%。预计2012～2014年两行业增长将趋缓，对三氟化氮的需求量年均增长率为12%～14%。
从半导体芯片、平板显示设备和光伏电池三方面的需求分析，预计2015年我国三氟化氮消费量可能超过2400吨。从产能数值上看，国内产品届时基本可满足需求，只有一部分高纯产品需要进口。
三氟化氮的替代品尚不构成威胁
三氟化氮是四氟化碳和六氟化硫的替代品，但后两者因在成本上的优势，仍占有一定市场份额。一些企业使用六氟化硫代替三氟化氮作为清洗气，这只是因为六氟化硫便宜得多，并不是其性能优于三氟化氮。三氟化氮真正意义上的替代品主要是氟气和碳酰氟。
用氟气在全球范围内完全取代三氟化氮是难度很大的，原因在于氟气用钢瓶运输很不安全；现场供气模式的装置投资比较大。碳酰氟由于产能的限制（预计到2015年全球总产能不超过4000吨），考虑到全球三氟化氮的需求每年15%的产能增长，估计即使在10年后碳酰氟也未必能完全取代三氟化氮。这几种产品在未来将形成竞争关系，但一定时间段内三氟化氮仍将占市场主导地位。
未来数年，全球范围内三氟化氮在供应将继续保持相对紧张的局面。氟气或碳酰氟如果要以更快的速度取代三氟化氮，只能寄希望于在未来《京都议定书》将三氟化氮归入限制排放气体。而碳酰氟无疑是具有发展前景产品，值得进行开发研究。