（文/清泉） 半导体工业应用的气体统称为电子气体，广泛应用于刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等工艺中。根据气体性质和供应包装的不同，一般电子气体可分为大宗普通气体、特种气体和大宗特种气体。
虽然不及硅片、晶圆一样广受关注，但电子气体作为半导体材料供应链中的第二大市场需求，占比约为14%，堪称半导体产业的“血液”。
随着半导体生产工艺的不断提升，对气体的要求也越来越高。尤其是在当下，国内半导体产业迅猛发展之际，面临众多在建与即将投产的晶圆厂，电子气体已经成为国内不可避免的卡脖子环节。
台积电气体污染事故引发广泛关注
前不久（7月29日晚间），台积电位于台湾地区的半导体生产工厂发生气体污染事故，导致部分产线停摆。台积电在随后的声明中表示，来自厂商供应的气体疑似受到污染，但已即时调度其他气体供应，受影响产线8月2日已全数恢复生产，此事件对营运并未造成显著影响，也不影响客户产品交期。
虽然台积电在声明中表示未受显著影响，但此次事故仍然引发业界广泛关注。台媒《经济日报》指出，台积电南科18a厂此次被污染，主要是因为半导体制程必备的氧气中混入了氩气，而氩气并不参与化学反应，所以对生产过程没有造成影响，工厂端只需要清洗储存槽即可。
半导体从业者表示，半导体生产工序多达数百道，其中约有270道需使用氧气，包括蚀刻、物理及化学研磨，几乎都是核心工序。针对氧气污染，一般情况下清理受污染的氧气槽，估计也需花费三到四个工作日才能让生产作业恢复正常水准。
据悉，此次发生气体污染事故的是台积电目前最先进的5nm工艺生产工厂，今年已进入量产第2年，其供货对象都是国际知名大厂，例如，苹果下一代5G手机核心处理器、AMD的新一代处理器等。在全球芯片供货紧张的大背景下，此次气体污染事故带来的“风吹草动”势必牵动业界神经。
电子气体供应存在较高技术门槛
作为半导体产业的“血液”，电子气体参与半导体工厂约85%的工艺制程。电子气体的纯度和洁净度直接影响到光电子、微电子元器件的质量、集成度、特定技术指标和成品率，并从根本上制约着电路和器件的精确性和准确性。据统计，最近几年发生的一些半导体产线良率事故中，气体纯度出问题是一大主要原因。
一位气体设备领域的从业者告诉小编，半导体行业对气体纯度的要求远高于一般的工业应用，像外延、化学气相沉积、光刻等工艺对气体的要求非常高，通常要达到9N(99.9999999%)，分项杂质含量要达到ppb级别。随着工艺的提升，线宽减小，光刻机使用的光源波长更短，光子能量更大，对光路中所使用的气体纯度要求进一步提升。先进半导体工艺（14nm及以下）甚至要求某些单项杂质要小于0.1ppb(即小于100ppt)。而普通工业气体的纯度通常为99.999%，其中杂质的含量普遍在ppm级别，要想满足半导体行业需求，必须大幅提升纯度级别。
光刻环节所使用的一些气体
除了工艺提升，半导体材料的不断扩展，从硅到第三代半导体碳化硅、氮化镓等，对气体品种的需求越来越多，对气体质量的要求也越来越严苛。
可以看出，电子气体的供应在技术上存在着较高的门槛，目前主要供应商由国外大公司主导，例如，法国液化空气、美国空气化工、德国林德集团、日本太阳日酸等。据统计，国内现有半导体+面板客户电子大宗气体供应商中，外资企业占据约88%市场份额，处于绝对垄断地位。
宏芯气体董事长白久在接受集微网采访时表示，电子气体供应系统的难点在于，必须在系统安全、供气稳定、连续不中断的前提下，严格保证气体的品质及可靠性，包括对气体的压力、露点、杂质、颗粒度、流速等都有严格精度要求，且对指标波动范围亦有精准要求。
在面对电子气体领域较高的技术壁垒、服务壁垒、认证壁垒、资金壁垒、资质壁垒等挑战下，国内的电子气体供应商普遍起步较晚，缺乏专业的人才团队，要想进入国际一流半导体大厂供应商之列，急需解决以上这些痛点。
国内市场需求强劲，国产替代亟待跟上
近年来，国内半导体产业发展如火如荼，在提升芯片自给率的国家计划下，国内将新投资建设100多座晶圆厂，对电子气体产生大量的需求。解决这一半导体关键原材料的卡脖子难题，实现国产替代已成为行业亟待解决的问题。
2021年3月11日，工信部等多个部委召开工业气体“卡脖子”问题协调工作会议，系统梳理我国工业气体现状，协调推进解决制约行业发展的“卡脖子”问题。而工业气体之中，用于大规模集成电路与显示面板的电子气体显然处于“最卡脖”之列。
近几年国内集成电路产业的快速发展，已渐渐培育出一些本土的电子气体供应商。例如，中船重工、昊华科技、雅克科技、南大光电、金宏气体、凯美特气、和远气体、华特气体、宏芯气体等，这些厂商的产品涉及离子注入、光刻、刻蚀、掺杂、沉积等半导体生产中的主要工艺。
宏芯气体董事长白久认为：“实现电子气体国产替代，打破外资垄断格局，现在是百年难得一遇的机会。”作为初创公司，宏芯气体瞄准电子大宗气体，目前已拿下几个半导体项目，得到业界及客户的认可。
另一方面，伴随着气体供应商的发展，国内的电子气体生产设备厂商也在快速发展中，例如，大连华邦化学、先普半导体、大连中鼎化学等研制的气体纯化设备已得到广泛应用。
毋庸置疑，在本土厂商的努力下，国外气体巨头在华的垄断局面已开始松动，电子气体市场将迎来越来越多的中国本土新势力。（校对/无剑芯）
