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电子特气主要应用于半导体领域，在刻蚀和掺杂工艺中使用占比较高。电子特种气体具有高技术、高附加值的特点， 是半导体、液晶显示面板、光伏、LED 等电子工业生产中必不可少的基础和支撑性原材料，被广泛应用于清洗、光刻、 刻蚀、掺杂、外延沉积等工艺中。根据 Linx 统计，全球电子特气下游应用市场中半导体占比为 73.1%，显示面板为 19.4%，化合物半导体/LED 为 4.4%，光伏为 3.1%；中国电子特气下游应用市场中半导体、显示面板、光伏分别占 比 43%、21%、13%。根据成分与用途的不同，可以将电子特气分为：光刻用气、刻蚀用气、掺杂用气、外延沉积 用气等，其中，刻蚀用气、掺杂用气用量较多，2021 年占比分别为 36%和 34%。

2、晶圆的“粮食”，贯穿晶圆制造的核心工段

电子特气是晶圆制造过程中仅次于硅片的第二大原材料，贯穿晶圆制造只要工艺流程。晶圆制造原材料中硅片占比约 为 32.9%，其次是电子特气占比为 14.1%，电子特气作为大额用量的耗材，贯穿晶圆制造工艺的全流程。在晶圆制造 的整套工艺生产过程中，使用到的电子气体高达 100 种，核心工段涉及的电子特气种类约 40-50 种，贯穿成膜、清洗、 沉积、刻蚀、掺杂、离子注入等工艺流程中，因此电子特气也被称为晶圆的“粮食”。

在晶圆制造的沉积成膜工艺流程中：首先使用氟化铵和氟化氢等多元电子特气吹扫刻蚀晶圆基板，以获得平整规则的 晶圆表面；然后使用铪烷/氧/氩混合电子特种气进行沉积吹扫，在晶圆表面上形成一层氧化铪膜；最后使用硅烷/氧/ 氩混合气进行沉积吹扫，继续在氧化铪膜的表面上形成一层氧化硅膜。氟化物电子特气刻蚀晶圆基材的化学原理为： 氟离子具有强酸性，可以与硅片发生化学反应，腐蚀掉晶圆表面的硅膜。在晶圆上“雕刻”电路图，是通过光刻工艺实 现的，需要依次经过：沉积成膜→光阻成膜→显影→光刻刻蚀→光阻去除等五个步骤，反复进行以上步骤，就可以将 光罩上的电路图转移到晶圆上，实现集成电路的设计制造，以上步骤中均需要不同种类的电子特气参与。

二、电子特气的工艺技术壁垒和认证壁垒高

电子特气有纯度和混配精度两个核心指标。电子特种气体与传统工业气体的区别在于纯度更高（如高纯气体）或者具 有特殊用途（如参与化学反应），通常电子特气的纯度要求必须达到 5N 及以上级别（N 代表纯度百分比中 9 的个数）， 晶圆制造对电子特气的纯度要求极为严格，一般大于 6N，例如在晶圆制造过程中沉积成膜工段的硅烷特种气体纯度 要求达到 8N 及以上。配比精度是针对混配气体的核心参数，即精准控制不同气体的混配比额，行业内一般以 ppm（百 万分之一，10-6）、ppb（十亿分之一，10-9）、ppt（万亿分之一，10-12）、以及百分数来表示组分配比。在晶圆制 造过程中，特定核心工段涉及的特种气体往往不是唯一组分，例如，对于光刻工段使用的特种气体，通常涉及氩-氟氖混合气、氪-氖混合气、氩-氖混合气、氪-氟-氖混合气等。

（1）电子特气的纯度直接影响晶圆和电子元器件的各项指标。电子特气的纯度会影响晶圆和电子元器件的质量、性 能、集成度、技术指标和成品率等指标，如果杂质含量过高，轻则导致下游相关批次产品质量不达标，重则扩散污染 整条生产线，造成高额损失。近年来，芯片制程已从 2010 年的 32nm 发展到目前先进的 3nm，对应电子特气中的污 染粒子体积也要缩小 11 倍以上，才能确保晶圆不受污染，保持输出产品的良品率，如果芯片制程再次下降，晶圆制 造将进一步迈向原子尺度的“施工”等级，此时硅片的膜层已经非常薄，对杂质及副反应更加敏感，对特种气体的洁净 度要求会越来越严格，高纯度是企业进入国际主流晶圆厂供应商行列的敲门砖。

（2）电子特气的高精度混配能够进一步打开企业的盈利空间。相对于纯净气，混配气的售价及毛利普遍更高，例如 法国液化空气生产的 40L 装 5N 纯度的一氧化碳纯净气售价为 500 元；40L 装 5N 纯度的氮气纯净气售价为 165 元， 而 40L 装一氧化碳浓度为 1~2ppm 的一氧化碳-氮气混配气，售价为 1640 元。气体混配工艺通常采用重量法、分压 法、动态体积法将两种及两种以上组分的气体按照不同比例混合，对配制过程的累计误差控制、配置精度、配置过程 的杂质控制和混配设备都有极高的要求。混配过程难度一般随着产品组分的增加、配比精度的提升、以及溶质气体目 标浓度的降低而显著增加。目前晶圆厂普遍要求 ppm 甚至 ppb 级别浓度的组分进行精确操作，其配置难度与销售价 均呈指数性增长，因此若能打通高精度混配工艺生产线，将为企业带来更高的盈利空间。

从生产技术角度看，电子特气是一个典型的技术密集型行业。为了满足纯度和混配精度这两个核心指标，电子特气不 仅对上游采购的原料气源和供应系统有着严苛的检测要求，其主要的生产工艺也有极高的技术壁垒。电子特气的生产 工艺通常包括：气体纯化、气体合成、空气分离、气体充装、气体混配、气体检测、钢瓶处理七大板块。

（1）气体纯化：是电子特气生产流程中的核心环节，是指通过精馏、吸附等方式将低纯度原料气精制成更高纯度的 气体产品。在此环节中，低纯度的原料气充入原料储罐，通过增压器加压使之成为液体后，依次送入洗涤塔、干燥塔 和吸附塔进行预处理，去除颗粒物水分等杂质后，再送入精馏塔。精馏塔是气体纯化步骤的的核心设备，在此去除轻 重杂质组分和金属离子后即得到高纯气体，高纯气体经低温液体泵泵入充装系统，再进入不同的压力容器储存。

（2）气体合成：指原材料在特定压力、温度、催化剂等条件下，通过化学反应得到气体产品，需要根据原料组成波 动定制或及时调整工艺。

（3）气体充装：电子特气全工艺流程中最基础的一环，该过程主要依赖低温泵和膜压机等设备，将产品气体充填进 气瓶、长管拖车、管束式集装箱等压力容器中，若特气产品物理状态为低温液体，则使用低温泵泵入汽化器内汽化后 进行充装到终端压力设备比如钢瓶；若特气产品物理状态为气体，则使用膜压机进行增压后进行充装。因该过程具有 移动性和重复充装的特点而具有一定危险性，保证充装过程气路清洁、产品不被污染是最关键问题。

（4）空气分离：使用空分设备生产氮气、氧气等空分气体，空气经过滤器除去颗粒物后，再经过变温吸附器除去烃 类、水分及酸性气体，然后在精馏塔内分离出氮和氧后，分别以液体状态充装入压力设备内。

（5）气体检测：使用分析仪器对原料气或产品气体成分进行定性与定量分析，原料气在入场前必须进行高精度杂质 气成分分析，才能制定精准的提纯工艺流程。特气出厂前必须要进行组分分析、水分分析、金属离子分析和颗粒度分 析四项检测，达标后才可外销。检测结果将决定生产工艺与设备，通常需要使用高灵敏度和高精度的仪器来进行检测。

（6）钢瓶处理：根据盛放气体性质及需求的不同，对气瓶内部、内壁表面及外观进行处理的过程，以保证气体存储、 运输过程中设备的安全与产品的稳定。电子特气属于危险化学品，因此需要使用专业储运设备和严格的储运管理。一 般维护工作包括：钢瓶余气处理系统、置换阀门、表面清洗、研磨、抛光、钝化，装阀检漏和真空干燥几部分，目前 国内对钢瓶设备材料及耐腐蚀、耐吸附等工艺技术缺乏系统研究，需要企业长期探索与经验积累。

（7）气体混配：使两种及两种以上组分气在分析合格后经管道进入气体混配装置，根据客户需求的混配比例，调节 各组分气及平衡气的比例进行均匀混合。气体混配是核心工段之一，目前主要有重量法、压力比法、质量流量比法、 静态容量法和渗透管法五种混配工艺，该工段的核心在于调控组分浓度配比高度精确的气体产品。

特种气体具有较高的技术壁垒、客户认证壁垒、营销网络与服务壁垒和资质壁垒。以上工艺体现出本行业极度依赖大 型化工装置、专业且特殊的检测设备、专业技术与经验积累，非专业从事气体生产的公司，需要另外购买大批量先进 的生产设备，从零积累气体纯化、混配、充装、钢瓶处理与分析检测等技术经验，这需要付出高昂的成本。