在芯片（集成电路）的制造过程中，从生产到最终器件的封装，几乎每一个环节都离不开电子特气。例如，光刻、刻蚀、离子注入等步骤都需要使用各种类型和高质量的电子特气，其重要性不言而喻。

什么是电子特气？它是怎么作用在芯片生产中的？国内电子特气发展如何？本文将围绕这些问题对电子特气进行介绍。

先了解什么是工业气体和电子气体

工业中，把常温常压下呈气态的产品统称为工业气体产品。作为现代工业的基础原材料，工业气体应用领域十分广泛，既包含战略新兴和国计民生行业，如集成电路、液晶面板、LED、光纤通信、光伏、高端装备制造等领域，也涉及如冶金、化工、机械制造等传统行业。

从产业链来看，工业气体体现在产业链上、中、下游三个环节。其中，上游环节主要为原材料（空气、工业废气、基础化学原料）与设备（气体分离及纯化设备、压力容器设备等）、中游环节为工业气体的制备（包括大宗气体与特种气体）、下游环节为众多终端应用领域。

根据应用领域的不同，工业气体可以被分为大宗气体与特种气体。其中，大宗气体又可以分为电子大宗气体（用于环境气、保护气与载体）与非电子大宗气体（用于冶金、化工、机械加工等），而特种气体则主要包括电子特种气体以及医疗气体、激光气体、食品气体等非电子特种气体。

电子特气如何作用于芯片制造

电子特气需求主要来源于集成电路、显示面板等领域。根据中船特气招股说明书，全球电子特气消费结构中，集成电路、显示面板、光伏与半导体照明分别占比71%、18%、3%、8%。

资料来源：中船特气招股说明书

在集成电路领域，电子特气主要应用于前端晶圆制造中的清洗、外延沉积、氧化成膜、光刻、刻蚀、掺杂等诸多工艺流程，几乎渗透到生产过程中的每一个环节，对产品的性能、成品率、集成度等方面均具有重要影响。根据“观研天下”数据，电子特气在集成电路领域中刻蚀用气占比36%，掺杂用气占比34%，外延沉积、光刻及其他用气合计占比30%。同时根据SEMI(国际半导体产业协会)数据，在晶圆制造材料中，硅片成本占比最大，达到35%，此外电子特气作为第二大耗材，占比也达到13%，仅次于硅片。

那么，常见应用电子特气有哪些？下文将对集成电路制造工艺“刻蚀”“掺杂”和“外延沉积”中实际应用的电子特气进行介绍：

1、刻蚀

刻蚀是采用化学和物理方法，有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的目的是在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形。分为刻蚀方法有湿法化学刻蚀和干法化学刻蚀。干法化学刻蚀利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基与材料发生化学反应，通过轰击等物理作用达到刻蚀的目的。其主要的介质是气体。硅片刻蚀气体主要是指氟基气体，包括CF4、SF6、C2F6、NF3，以及氯基（Cl2）和溴基（Br2、HBr）气体等。

2、掺杂

在半导体器件和集成电路制造中，将某些杂质掺入半导体材料内，使材料具有所需要的导电类型和一定的电阻率，以制造电阻、PN结、埋层等，掺杂工艺所用的气体称为掺杂气体。主要包括砷烷、磷烷、三氟化磷、五氟化磷、三氟化砷、五氟化砷、三氟化硼、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，混合后气流连续注入扩散炉内并环绕晶片四周，在晶片表面沉积上掺杂剂，进而与硅反应生成掺杂金属而徙动进入硅。

3、外延沉积

外延沉积是为了在衬底晶圆上镀上一层薄膜作为缓冲层阻止有害杂质进入硅衬底。常用的方法有化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD），化学气相沉积法用到大量电子气体。化学气相沉积是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。

在半导体工业中，在仔细选择的衬底上选用化学气相淀积的方法，生长一层或多层材料所用的气体叫作外延气体。常用的硅外延气体有SiH2Cl2、SiCl4和SiCl4等。外延主要有外延硅淀积、氧化硅膜淀积、氮化硅膜淀积，非晶硅膜淀积等。外延是一种单晶材料淀积并生长在衬底表面上的过程。

亟待解决的困难

目前，我国工业气体行业对高端半导体产品的供应体系还不够完备，在海外气体寡头垄断国际市场、把持高端产品资质认证的背景下，我国电子特气行业发展壮大仅靠市场调节难以快速破局。面临的主要问题有：

一是寡头垄断市场格局已形成，国内企业竞争劣势明显。西方发达国家工业气体行业起步早，具有先发优势，全球电子特气市场已经形成寡头垄断格局。有关数据显示（来源：澎湃新闻），年海外寡头占据了我国86%的电子特气市场份额，国内电子特气企业的市场份额仅为14%。较低的市场占有率限制了国内企业生产规模，导致边际成本难降低，市场竞争能力及利润规模受限。

二是生产原料经济效益不高，企业投产意愿不强。以氖气（含高纯氖气的混合气被用于光刻工艺）为例，初纯氖气生产一般以炼钢废气作为原料，尽管我国钢铁企业众多且早已掌握这一技术，但足以支撑高纯氖气生产的初纯氖气市场却迟迟未能形成。主要原因是初纯氖气受制于钢铁生产的周期性，产量不稳定，同时气体产品储运成本较高，在市场需求不稳定、不旺盛的情况下，钢铁企业大规模投产初纯氖气面临较大的亏损风险。

三是下游企业与海外供应商合作粘性较大，实施国产替代主观意愿不强。电子特气的纯度、洁净度制约着相关电器元件质量，如果气体质量发生问题，将导致整条生产线产品报废。为避免下游生产商试错成本，在生产经营实践中，电子特气厂商及产品需通过下游生产商的审核才能获得资质，大概需要2—3年时间且存在不确定性。由于更换供应商的时间成本、机会成本较高，上下游企业的合作关系一旦建成就不会轻易终止，致使国产电子特气开拓市场难上加难。

四是海外光刻机寡头把持设备商资质认证高地，加剧国内气体企业获证难度。日本尼康、佳能与荷兰阿斯麦的全球半导体光刻机市场占有率超过90%，阿斯麦更是垄断最高端的极紫外光刻机市场。半导体生产商若使用阿斯麦的产品，必须选择获得阿斯麦认证企业的气体产品，阿斯麦才会对其制造的半导体产品质量负责。国内气体企业的产品若要进入高端半导体产业，不得不争取海外光刻机寡头企业认证，成为产业链又一卡点。

据了解，为保障电子特气稳定供应能力，提升电子特气产品国产化率，推动电子特气行业的高质量发展，培育壮大电子特气及其下游战略新兴产业，近年来我国陆续颁发多部电子特气产业支持政策，将特种气体列入新材料产业，大力支持和推动特种气体产业的发展。年7月工信部、科技部、自然资源部联合发布《“十四五”原材料工业发展规划》，要求围绕集成电路、信息通信、能源产业等重点应用领域，攻克特种涂层、光刻胶、工业气体、催化、光功能、储氢材料等一批关键材料。在国家政策不断利好电子特气行业发展的背景下，我国电子特气行业将有着广阔光明的发展前景。

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