電子特氣主要應用于半導體領域，在刻蝕和摻雜工藝中使用占比較高。電子特種氣體具有高技術、高附加值的特點， 是半導體、液晶顯示面板、光伏、LED 等電子工業生產中必不可少的基礎和支撐性原材料，被廣泛應用于清洗、光刻、 刻蝕、摻雜、外延沉積等工藝中。根據 Linx 統計，全球電子特氣下游應用市場中半導體占比為 73.1%，顯示面板為 19.4%，化合物半導體/LED 為 4.4%，光伏為 3.1%；中國電子特氣下游應用市場中半導體、顯示面板、光伏分別占 比 43%、21%、13%。根據成分與用途的不同，可以將電子特氣分為：光刻用氣、刻蝕用氣、摻雜用氣、外延沉積 用氣等，其中，刻蝕用氣、摻雜用氣用量較多，2021 年占比分別為 36%和 34%。

2、晶圓的“糧食”，貫穿晶圓制造的核心工段

電子特氣是晶圓制造過程中僅次于硅片的第二大原材料，貫穿晶圓制造只要工藝流程。晶圓制造原材料中硅片占比約 為 32.9%，其次是電子特氣占比為 14.1%，電子特氣作為大額用量的耗材，貫穿晶圓制造工藝的全流程。在晶圓制造 的整套工藝生產過程中，使用到的電子氣體高達 100 種，核心工段涉及的電子特氣種類約 40-50 種，貫穿成膜、清洗、 沉積、刻蝕、摻雜、離子注入等工藝流程中，因此電子特氣也被稱為晶圓的“糧食”。

在晶圓制造的沉積成膜工藝流程中：首先使用氟化銨和氟化氫等多元電子特氣吹掃刻蝕晶圓基板，以獲得平整規則的 晶圓表面；然后使用鉿烷/氧/氬混合電子特種氣進行沉積吹掃，在晶圓表面上形成一層氧化鉿膜；最后使用硅烷/氧/ 氬混合氣進行沉積吹掃，繼續在氧化鉿膜的表面上形成一層氧化硅膜。氟化物電子特氣刻蝕晶圓基材的化學原理為： 氟離子具有強酸性，可以與硅片發生化學反應，腐蝕掉晶圓表面的硅膜。在晶圓上“雕刻”電路圖，是通過光刻工藝實 現的，需要依次經過：沉積成膜→光阻成膜→顯影→光刻刻蝕→光阻去除等五個步驟，反復進行以上步驟，就可以將 光罩上的電路圖轉移到晶圓上，實現集成電路的設計制造，以上步驟中均需要不同種類的電子特氣參與。

二、電子特氣的工藝技術壁壘和認證壁壘高

電子特氣有純度和混配精度兩個核心指標。電子特種氣體與傳統工業氣體的區別在于純度更高（如高純氣體）或者具 有特殊用途（如參與化學反應），通常電子特氣的純度要求必須達到 5N 及以上級別（N 代表純度百分比中 9 的個數）， 晶圓制造對電子特氣的純度要求極為嚴格，一般大于 6N，例如在晶圓制造過程中沉積成膜工段的硅烷特種氣體純度 要求達到 8N 及以上。配比精度是針對混配氣體的核心參數，即精準控制不同氣體的混配比額，行業內一般以 ppm（百 萬分之一，10-6）、ppb（十億分之一，10-9）、ppt（萬億分之一，10-12）、以及百分數來表示組分配比。在晶圓制 造過程中，特定核心工段涉及的特種氣體往往不是唯一組分，例如，對于光刻工段使用的特種氣體，通常涉及氬-氟氖混合氣、氪-氖混合氣、氬-氖混合氣、氪-氟-氖混合氣等。

（1）電子特氣的純度直接影響晶圓和電子元器件的各項指標。電子特氣的純度會影響晶圓和電子元器件的質量、性 能、集成度、技術指標和成品率等指標，如果雜質含量過高，輕則導致下游相關批次產品質量不達標，重則擴散污染 整條生產線，造成高額損失。近年來，芯片制程已從 2010 年的 32nm 發展到目前先進的 3nm，對應電子特氣中的污 染粒子體積也要縮小 11 倍以上，才能確保晶圓不受污染，保持輸出產品的良品率，如果芯片制程再次下降，晶圓制 造將進一步邁向原子尺度的“施工”等級，此時硅片的膜層已經非常薄，對雜質及副反應更加敏感，對特種氣體的潔凈 度要求會越來越嚴格，高純度是企業進入國際主流晶圓廠供應商行列的敲門磚。

（2）電子特氣的高精度混配能夠進一步打開企業的盈利空間。相對于純凈氣，混配氣的售價及毛利普遍更高，例如 法國液化空氣生產的 40L 裝 5N 純度的一氧化碳純凈氣售價為 500 元；40L 裝 5N 純度的氮氣純凈氣售價為 165 元， 而 40L 裝一氧化碳濃度為 1~2ppm 的一氧化碳-氮氣混配氣，售價為 1640 元。氣體混配工藝通常采用重量法、分壓 法、動態體積法將兩種及兩種以上組分的氣體按照不同比例混合，對配制過程的累計誤差控制、配置精度、配置過程 的雜質控制和混配設備都有極高的要求。混配過程難度一般隨著產品組分的增加、配比精度的提升、以及溶質氣體目 標濃度的降低而顯著增加。目前晶圓廠普遍要求 ppm 甚至 ppb 級別濃度的組分進行精確操作，其配置難度與銷售價 均呈指數性增長，因此若能打通高精度混配工藝生產線，將為企業帶來更高的盈利空間。

從生產技術角度看，電子特氣是一個典型的技術密集型行業。為了滿足純度和混配精度這兩個核心指標，電子特氣不 僅對上游采購的原料氣源和供應系統有著嚴苛的檢測要求，其主要的生產工藝也有極高的技術壁壘。電子特氣的生產 工藝通常包括：氣體純化、氣體合成、空氣分離、氣體充裝、氣體混配、氣體檢測、鋼瓶處理七大板塊。

（1）氣體純化：是電子特氣生產流程中的核心環節，是指通過精餾、吸附等方式將低純度原料氣精制成更高純度的 氣體產品。在此環節中，低純度的原料氣充入原料儲罐，通過增壓器加壓使之成為液體后，依次送入洗滌塔、干燥塔 和吸附塔進行預處理，去除顆粒物水分等雜質后，再送入精餾塔。精餾塔是氣體純化步驟的的核心設備，在此去除輕 重雜質組分和金屬離子后即得到高純氣體，高純氣體經低溫液體泵泵入充裝系統，再進入不同的壓力容器儲存。

（2）氣體合成：指原材料在特定壓力、溫度、催化劑等條件下，通過化學反應得到氣體產品，需要根據原料組成波 動定制或及時調整工藝。

（3）氣體充裝：電子特氣全工藝流程中最基礎的一環，該過程主要依賴低溫泵和膜壓機等設備，將產品氣體充填進 氣瓶、長管拖車、管束式集裝箱等壓力容器中，若特氣產品物理狀態為低溫液體，則使用低溫泵泵入汽化器內汽化后 進行充裝到終端壓力設備比如鋼瓶；若特氣產品物理狀態為氣體，則使用膜壓機進行增壓后進行充裝。因該過程具有 移動性和重復充裝的特點而具有一定危險性，保證充裝過程氣路清潔、產品不被污染是最關鍵問題。

（4）空氣分離：使用空分設備生產氮氣、氧氣等空分氣體，空氣經過濾器除去顆粒物后，再經過變溫吸附器除去烴 類、水分及酸性氣體，然后在精餾塔內分離出氮和氧后，分別以液體狀態充裝入壓力設備內。

（5）氣體檢測：使用分析儀器對原料氣或產品氣體成分進行定性與定量分析，原料氣在入場前必須進行高精度雜質 氣成分分析，才能制定精準的提純工藝流程。特氣出廠前必須要進行組分分析、水分分析、金屬離子分析和顆粒度分 析四項檢測，達標后才可外銷。檢測結果將決定生產工藝與設備，通常需要使用高靈敏度和高精度的儀器來進行檢測。

（6）鋼瓶處理：根據盛放氣體性質及需求的不同，對氣瓶內部、內壁表面及外觀進行處理的過程，以保證氣體存儲、 運輸過程中設備的安全與產品的穩定。電子特氣屬于危險化學品，因此需要使用專業儲運設備和嚴格的儲運管理。一 般維護工作包括：鋼瓶余氣處理系統、置換閥門、表面清洗、研磨、拋光、鈍化，裝閥檢漏和真空干燥幾部分，目前 國內對鋼瓶設備材料及耐腐蝕、耐吸附等工藝技術缺乏系統研究，需要企業長期探索與經驗積累。

（7）氣體混配：使兩種及兩種以上組分氣在分析合格后經管道進入氣體混配裝置，根據客戶需求的混配比例，調節 各組分氣及平衡氣的比例進行均勻混合。氣體混配是核心工段之一，目前主要有重量法、壓力比法、質量流量比法、 靜態容量法和滲透管法五種混配工藝，該工段的核心在于調控組分濃度配比高度精確的氣體產品。

特種氣體具有較高的技術壁壘、客戶認證壁壘、營銷網絡與服務壁壘和資質壁壘。以上工藝體現出本行業極度依賴大 型化工裝置、專業且特殊的檢測設備、專業技術與經驗積累，非專業從事氣體生產的公司，需要另外購買大批量先進 的生產設備，從零積累氣體純化、混配、充裝、鋼瓶處理與分析檢測等技術經驗，這需要付出高昂的成本。