芯片制造的核心材料，被美法德日四国垄断，国产替代计划全面加速

2018 年全球集成电路用电子气体的市场规模达到 45.12 亿美元，同比增长 16%，中国集成电路用电子特气的市场规模约 4.89 亿美元。半导体用电子特气行业增速高，庞大的市场规模，让电子特气的国产替代计划全面加速！

什么是电子特气呢？电子气体是指用于半导体及相关电子产品生产的特种气体。

通常半导体生产行业，将气体划分成常用气体和特殊气体两类。其中，常用气体指集中供给而且使用非常 多的气体，比如 N2、H2、O2、Ar、He 等。特种气体指半导体生产环节中，比如延伸、离子注进、掺和、洗涤、遮掩膜形成过程中使用到一些化学气体，也就是我们现在所说的电子特气，比如高纯度的 SiH4、PH3、AsH3、B2H6、N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCl3、BF3、HCl、Cl2等，

电子特气按其本身化学成分可分为：硅系、砷系、磷系、硼系、金属氢化物、卤化物和金属烃化物七类。按在集成电路中不同应用途径可分为掺杂用气体、外延用气体、离子注入气、发光二极管用气、刻蚀用气体、化学气相沉积气和平衡气。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。

除了半导体产业，电子特气广泛应用于太阳能电池、移动通讯、 汽车 导航及车载音像系统、航空航天、军事工业等诸多领域，所以也被称为电子工业的“血液”。

可以说，如果想要发展半导体产业，电子特气不可或缺。电子特气贯穿半导体各步工艺制程，尤其在半导体薄膜沉积环节发挥不可取代的作用，是形成薄膜的主要原材料之一。又决定了集成电路的性能、集成度、成品率，特气若不合格轻则导致产品严重缺陷，重则导致整条生产线被污染乃至全面瘫痪。

在半导体领域，电子特气在半导体制造的材料成本中占比高达 13%，是仅次于硅片的第二大材料。之所以成本如此高，是因为电子特气的技术难度不低。

电子特气对纯度的要求很高，因为纯度如果没有达到要求的话，电子特气中水汽、氧等杂质组就容易使半导体表面生成氧化膜，影响电子器件的使用寿命，而电子特气中含有的颗粒杂质会造成半导体短路及线路损坏。可以说纯度的提高，对电子器件生产的良率和性能起到了至关重要的作用。

伴随半导体工业的不断发展，芯片制程不断提高，如今已经做到了5nm，快要逼近摩尔定律的极限，,相当于头发丝直径(约为0.1毫米)的二万分之一。所以这也对半导体生产的电子特气纯度亦提出了更高的要求。

电子特气纯度提升的影响因素主要包括“气体的分离和提纯”、“气体杂质检测和监控”、“气体的运输和储存”三个方面，以“气体的运输和储存”为例，高纯特气在储存和运输过程中要求使用高质量的气体包装储运容器、以及相应的气体输送管线、阀门和接口，确保避免二次污染，而且一些电子特气还具有自燃性、腐蚀性、毒性等，所以运输和存储都要特别小心。

目前全球特气市场包括美国空气化工、普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气、日本大阳日酸株式会社等公司占据了全球电子特气90%以上的市场份额。国内市场也被这几大企业控制了85%的份额。

随着中国对半导体产业的扶持加大，芯片国产化率的不断提高，电子特气也要跟上步伐，能够做到自给自足。

以昊华 科技 为例，是国内唯一具有4N高纯硒化氢产品研制及批量生产能力的企业。高纯硒化氢产品填补了国内空白,指标达到国外先进水平。此外,它们企业的特种气体产品还包括绿色四氧化二氮、高纯硫化氢、二氧化碳-环氧乙烷混合气(熏蒸剂)、标准混合气体等。昊华 科技 与韩国大成合作建设的 2,000 吨/年三氟化氮项目，广泛应用于蚀刻、清洗、 离子注入等半导体生产工艺。

目前，昊华 科技 部分产品已实现 进口替代。公司工业级六氟化硫国内市占率约为 30%，电子级六氟 化硫市占率约为 70%，三氟化氮市占率约为 30%。

但目前的难题是，电子特气种类太多，如果要全部做到高端化，难度比较高，目前也缺乏领军型的企业。

2014年，国家集成电路产业投资基金成立，首期募集资金规模达1387亿元。基金二期募资于2019年完成，募资2000亿，也就是目前中国共募资3387亿，对设备制造、芯片设计和材料领域加大投资。

中国也立下了宏伟目标，明确提出在2020年之前，90-32nm设备国产化率达到50%，2025年之前，20-14nm设备国产化率达到30%，而国产芯片自给率要在2020年达到40%，2025年达到70%。

国家目前也开始对电子特气领域进行投资扶持，可以说随着中国对半导体产业的不断重视，国产全面替代计划终会成功！

气体工业名词术语（标准气体、高纯气体、特种气体）1. 特种气体　(Specialty gases) ：指那些在特定领域中应用的, 对气体有特殊要求的纯气、高纯气或由高纯单质气体配制的二元或多元混合气。特种气体门类繁多, 通常可区分为电子气体、标准气、环保气、医用气、焊接气、杀菌气等, 广泛用于电子、电力、石油化工、采矿、钢铁、有色金属冶炼、热力工程、生化、环境监测、医学研究及诊断、食品保鲜等领域。2. 标准气体　(Standard gases) ：标准气体属于标准物质。标准物质是高度均匀的、良好稳定和量值)准确的测定标准, 它们具有复现、保存和传递量值的基本作用, 在物理、化学、生物与工程测量领域中用于校准测量仪器和测量过程, 评价测量方法的准确度和检测实验室的检测能力, 确定材料或产品的特性量值, 进行量 值仲裁等。大型乙烯厂、合成氨厂及其它石化企业, 在装置开车、停车和正常生产过程中需要几十种纯气和几百种多组分标准混合气, 用来校准、定标生产过程中使用的在线分析仪器和分析原料及产品质量的仪器。标准气还可用于环境监测, 有毒的有机物测量, 汽车排放气测试, 天然气BTU 测量, 液化石油气校正标准, 超临界流体工艺等。标准气视气体组分数区分为二元、三元和多元标准气体配气准度要求以配气允差和分析允差来表征比较通用的有SE2M I 配气允差标准, 但各公司均有企业标准。组分的最低浓度为10- 6级, 组分数可多达20余种。配制方法可采用重量法, 然后用色谱分析校核, 也可按标准传递程序进行传递。3、电子气体　(Elect ron ic gases) ：半导体工业用的气体统称电子气体。按其门类可分为纯气、高纯4 _6 m+ p- _4气和半导体特殊材料气体三大类。特殊材料气体主要用于外延、掺杂和蚀刻工艺；高纯气体主要用作稀释气和运载气。电子气体是特种气体的一个重要分支。电子气体按纯度等级和使用场合，可分为电子级、L S I (大规模集成电路) 级、VL S I (超大规模集成电路) 级和UL S I (特大规模集成电路)级。 4. 外延气体　(Cp itax ial gases) ：在仔细选择的衬底上采用化学气相淀积(CVD) 的方法生长一层或多层材料所用气体称为外延气体。硅外延气体有4 种, 即硅烷、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅, 主要用于外延硅淀积, 多晶硅淀积, 淀积氧化硅膜, 淀积氮化硅膜, 太阳电池和其他光感受器的非晶硅膜淀积。外延生长是一种单晶材料淀积并生长在衬底表面上的过程。此外延层的电阻率往往与衬底不同。5. 蚀刻气体　(Etch ing gases) ：蚀刻就是把基片上无光刻胶掩蔽的加工表面如氧化硅膜、金属膜等蚀刻掉, 而使有光刻胶掩蔽的区域保存下来, 这样便在基片表面得到所需要的成像图形。蚀刻的基本要求是, 图形边缘整齐, 线条清晰, 图形变换差小, 且对光刻胶膜及其掩蔽保护的表面无损伤和钻蚀。蚀刻方式有湿法化学蚀刻和干法化学蚀刻。干法蚀刻所用气体称蚀刻气体, 通常多为氟化物气体, 例如四氟化碳、三氟化氮、六氟乙烷、全氟丙烷、三氟甲烷等。干法蚀刻由于蚀刻方向性强、工艺控制精确、方便、无脱胶现象、无基片损伤和沾污, 所以其应用范围日益广泛。 1. 特种气体　(Specialty gases) ：指那些在特定领域中应用的, 对气体有特殊要求的纯气、高纯气或由高纯单质气体配制的二元或多元混合气。特种气体门类繁多, 通常可区分为电子气体、标准气、环保气、医用气、焊接气、杀菌气等, 广泛用于电子、电力、石油化工、采矿、钢铁、有色金属冶炼、热力工程、生化、环境监测、医学研究及诊断、食品保鲜等领域。2、 标准气体　(Standard gases) ：标准气体属于标准物质。标准物质是高度均匀的、良好稳定和量值准确的测定标准, 它们具有复现、保存和传递量值的基本作用, 在物理、化学、生物与工程测量领域中用于校. d( [准测量仪器和测量过程, 评价测量方法的准确度和检测实验室的检测能力, 确定材料或产品的特性量值, 进行量值仲裁等。大型乙烯厂、合成氨厂及其它石化企业, 在装置开车、停车和正常生产过程中需要几十种纯气和几+百种多组分标准混合气, 用来校准、定标生产过程中使用的在线分析仪器和分析原料及产品质量的仪器。标准气还可用于环境监测, 有毒的有机物测量, 汽车排放气测试, 天然气BTU 测量, 液化石油气校正标准, 超临界流体工艺等。标准气视气体组分数区分为二元、三元和多元标准气体配气准度要求以配气允差和分析允差来表征比较通用的有SE2M I 配气允差标准, 但各公司均有企业标准。组分的最低浓度为10- 6级, 组分数可多达20余种配制方法可采用重量法, 然后用色谱分析校核, 也可按标准传递程序进行传递。3、 电子气体　(Elect ron ic gases) ：半导体工业用的气体统称电子气体。按其门类可分为纯气、高纯气和半导体特殊材料气体三大类。特殊材料气体主要用于外延、掺杂和蚀刻工艺；高纯气体主要用作稀释气和运载气。电子气体是特种气体的一个重要分支。电子气体按纯度等级和使用场合，可分为电子级、L S I (大规模集成电路) 级、VL S I (超大规模集成电路) 级和UL S I (特大规模集成电路)级。 4. 外延气体　(Cp itax ial gases) ：在仔细选择的衬底上采用化学气相淀积(CVD) 的方法生长一层或多层材料所用气体称为外延气体。硅外延气体有4 种, 即硅烷、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯化硅, 主要用于外延硅淀积, 多晶硅淀积, 淀积氧化硅膜, 淀积氮化硅膜, 太阳电池和其他光感受器的非晶硅膜淀积。外延生长是一种单 晶材料淀积并生长在衬底表面上的过程。此外延层的电阻率往往与衬底不同。5. 蚀刻气体　(Etch ing gases) ：蚀刻就是把基片上无光刻胶掩蔽的加工表面如氧化硅膜、金属膜等蚀刻掉, 而使有光刻胶掩蔽的区域保存下来, 这样便在基片表面得到所需要的成像图形。蚀刻的基本要求是, 图形边缘整齐, 线条清晰, 图形变换差小, 且对光刻胶膜及其掩蔽保护的表面无损伤和钻蚀。蚀刻方式有湿法化学蚀刻和干法化学蚀刻。干法蚀刻所用气体称蚀刻气体, 通常多为氟化物气体, 例如四氟化碳、三氟化氮、六氟乙烷、全氟丙烷、三氟甲烷等。干法蚀刻由于蚀刻方向性强、工艺控制精确、方便、无脱胶现象、无基片损伤和沾污, 所以其应用范围日益广泛。6. 掺杂气体(Dopant Gases)：在半导体器件和集成电路制造中, 将某种或某些杂质掺入半导体材料内, 以使材料具有所需要的导电类型和一定的电阻率, 用来制造PN结、电阻、埋层等。掺杂工艺所用的气体掺杂源被称为掺杂气体。主要包括砷烷、磷烷、三氟化磷、五氟化磷、三氟化砷、五氟化砷、三氯化硼和乙硼烷等。通常将掺杂源与运载气体(如氩气和氮气) 在源柜中混合, 混合后气流连续流入扩散炉内环绕晶片四周, 在晶片表面沉积上化合物掺杂剂, 进而与硅反应生成掺杂金属而徙动进入硅。7. 熏蒸气体(Sterilizing Gases) ：具有杀菌作用的气体称熏蒸气体。常用的气体品种有环氧乙烷、磷烷、溴甲烷、溴甲醛、环氧丙烷等。其灭菌原理是利用烷化作用, 使微生物组织内维持生命不可缺少的物质惰化。最经常使用的是以不同比例配制的环氧乙烷和二氧化碳的混合气, 根据用途不同, 环氧乙烷的含量可以是10 %、20 %和30 %等。也可采用环氧乙烷和氟利昂12 的混合气,环氧乙烷与氟利昂11 和氟利昂12 的混合气等。杀菌效果与各组分浓度、温度、湿度、时间和压力等因素有关。熏蒸气体可以用于卫生材料、医疗器具、化妆品原料、动物饲料、粮食、纸钞、香辣8. 焊接保护气体(Welding Gases)：气体保护焊由于具有焊接质量好, 效率高, 易实现自动化等优点而得以迅速发展。焊接保护气体可以是单元气体, 也有二元、三元混合气。采用焊接保护气的目的在于提高焊缝质量, 减少焊缝加热作用带宽度, 避免材质氧化。单元气体有氩气、二氧化碳, 二元混合气有氩和氧, 氩和二氧化碳, 氩和氦, 氩和氢混合气。三元混合气有氦、氩、二氧化碳混合气。应用中视焊材不同选择不同配比的焊接混合气。9. 离子注入气( Gases for Ion Implantation)：离子注入是把离子化的杂质, 例如P + 、B + 、As+加速到高能量状态,然后注入到预定的衬底上。离子注入技术在控制V th(阈值电压) 方面应用得最为广泛。注入的杂质量可通过测量离子束电流而求得。离子注入工艺所用气体称离子注入气, 有磷系、硼系和砷系气体。10. 非液化气体(Nonliquefied Gases)：压缩气体依据于一定压力和温度下在气瓶中的物理状态和沸点范围可以区分为两大类, 即液化气体和非液化气体。非液化气体系指除溶解在溶液中的气体之外, 在2111 ℃和罐装压力下完全是气态的气体。也可定义为在正常地面温度和13789～17237kPa 压力下不液化的气体。11. 液化气体( Liquefied Gases )：在2111 ℃和罐装压力下部分液化的气体。或定义为在正常温度和172142～17237kPa 压力下在气瓶中液化的气体。压缩气体(Compressed Gases) 　压缩气体是指在2111 ℃下, 在气瓶中绝对压力超过27518kPa 的任何气体或混合物或与2111 ℃下的压力无关, 于5414 ℃下绝对压力超过717kPa 的任何气体或混合物或于3718 ℃下气体绝对压力超27518kPa 的任何液体。12. 稀有气体(Rare Gases)：元素周期表最后一族的六种惰性气体中的任何一种气体, 即氦、氖、氩、氪、氙、氡。前五种气体均可以空气分离方法从空气中提取。 13. 低压液化气体(Low P ressu re L iquef ied Gases) ：临界温度大于70℃的气体。区分为不燃无毒和不燃有毒、酸性腐蚀性气体可燃无毒和可燃有毒、酸性腐蚀性气体易分解或聚合的可燃气体。此类气体在充装时以及在允许的工作温度下贮运和使用过程中均为液态。包括的气体品种有一氟二氯甲烷、二氟氯甲烷、二氟二氯甲烷、二氟溴氯甲烷、三氟氯乙烷、四氟二氯乙烷、五氟氯乙烷、八氟环丁烷、六氟丙烯、氯、三氯化硼、光气、氟化氢、溴化氢、二氧化硫、硫酰氟、二氧化氮、液压石油气、丙烷、环丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷、1- 丁烯、异丁烯、顺- 2-丁烯、反- 2- 丁烯、R142b、R 143a、R152a、氯乙烷、二甲醚、氨、乙胺、一甲胺、二甲胺、三甲胺、甲硫醇、硫化氢、氯甲烷、溴甲烷、砷烷、1, 3—丁二烯、氯乙烯、环氧乙烷、乙烯基甲醚、溴乙烯。14. 高压液化气体(H igh P ressu re L iquef iedGases) ：临界温度大于或等于- 10℃且小于或等于70℃的气体。区分为不燃无毒和不燃有毒气体可燃无毒和自燃有毒气体易分解或聚合的可燃气体。此类气体充装时为液态,但在允许的工作温度下贮运和使用过程中其蒸汽压随温度的升高而升高, 超过临界温度时蒸发为气体。所包括的气体品种有一氧化二氮、二氧化碳、三氟甲烷、三氟氯甲烷、三氟溴甲烷、六氟乙烷、六氟化硫、氙、氯化氢、乙烷、乙烯、1, 1- 二氟乙烯、硅烷、磷烷、氟乙烯、乙硼烷。

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