[创业之路-611]：半导体行业供应链 - 半导体原材料 - 电子特气
一、什么是电子特气？
电子特气（Electronic Specialty Gases）是指在半导体、显示面板、光伏等电子制造业中，用于关键工艺环节的高纯度、高稳定性、高安全性的气体。它们不仅是反应源，更是精确控制纳米级结构的核心介质。
✅ 核心特征：
- 超高纯度：通常要求 99.999%（5N）至 99.99999%（7N），杂质（H₂O、O₂、颗粒物）控制在 ppb（十亿分之一）级别。
- 高稳定性：批次间一致性要求极高，避免工艺波动。
- 高危险性：多数为易燃、易爆、剧毒、强腐蚀性气体，存储、运输、使用需极端安全措施。
- 高价值：用量小但单价高，是半导体材料中成本占比仅次于硅片、光刻胶的品类。
二、电子特气在半导体制造中的核心应用
| 工艺环节 | 主要功能 | 代表气体 |
|---|---|---|
| 化学气相沉积 (CVD/ALD) | 沉积薄膜（SiO₂, Si₃N₄, Poly-Si, Metal） | 硅烷（SiH₄）、氯化硅（SiCl₄）、氨气（NH₃）、六氟乙烷（C₂F₆）、三甲基铝（TMA） |
| 离子注入 (Ion Implantation) | 掺杂半导体，形成P/N区 | 砷化氢（AsH₃）、磷化氢（PH₃）、乙硼烷（B₂H₆）、BF₃ |
| 干法刻蚀 (Dry Etching) | 精细图形刻蚀（Gate, Contact, Trench） | 六氟化硫（SF₆）、三氟化氮（NF₃）、四氟化碳（CF₄）、氯气（Cl₂）、六氟丁二烯（C₄F₆） |
| 腔室清洁 (Chamber Clean) | 清除反应腔内沉积物 | 三氟化氮（NF₃）、六氟乙烷（C₂F₆）、氟气（F₂） |
| 退火/扩散 | 激活杂质、修复晶格损伤 | 氮气（N₂）、氧气（O₂）、氢气（H₂） |
| 外延生长 (Epitaxy) | 生长高质量单晶层 | 氯化硅（SiH₂Cl₂）、氢气（H₂） |
| 载气/吹扫气 | 输送反应气体、隔离环境 | 氮气（N₂）、氩气（Ar）、氦气（He） |
⚠️ 关键点：
一片12英寸晶圆的制造过程可能涉及50种以上电子特气，经历数百道工艺步骤。
三、电子特气的主要分类
| 类别 | 代表气体 | 特点与挑战 |
|---|---|---|
| 含氟气体 | NF₃, SF₆, CF₄, C₂F₆, F₂ | 用于刻蚀和清洁，强温室效应（GWP值高），环保压力大。 |
| 含氢气体 | SiH₄, GeH₄, PH₃, AsH₃, B₂H₆ | 多数易燃、剧毒（如PH₃、AsH₃），需使用气体稀释系统（如PH₃ in H₂）降低风险。 |
| 惰性气体 | N₂, Ar, He, Xe | 用作载气、保护气，纯度要求极高，尤其He用于冷却和检漏。 |
| 含氯/溴气体 | Cl₂, HCl, BCl₃ | 用于刻蚀金属和多晶硅，强腐蚀性，对管道材质要求高（EP级不锈钢）。 |
| 前驱体气体 | TMA, TEOS, HCD, WF₆ | 用于ALD/CVD，分子结构复杂，易分解，需温度控制和稳定输送系统。 |
四、全球主要电子特气供应商（国际巨头）
市场高度集中，由欧美日企业主导，形成“三巨头+专业厂商”格局。
| 企业 | 国家 | 核心优势 |
|---|---|---|
| 林德集团 (Linde plc) | 德国/英国 | 全球最大工业气体公司，收购普莱克斯后实力更强，提供现场制气（On-Site） 和特气供应一体化解决方案。 |
| 液化空气集团 (Air Liquide) | 法国 | 技术积累深厚，全球布局，为台积电、三星、英特尔提供高纯气体和气体面板系统。 |
| 空气产品公司 (Air Products) | 美国 | 大宗气体与特气并重，擅长现场制氮、制氢，服务全球大型晶圆厂。 |
| 大阳日酸 (Taiyo Nippon Sanso) | 日本 | 亚洲领先，子公司SNAP为三星配套，技术实力强，尤其在稀有气体（Ne, Kr, Xe）提纯方面。 |
| 昭和电工 (Showa Denko) | 日本 | 提供高纯氨（NH₃）、含氟气体、WF₆等，是MOCVD和刻蚀气体重要供应商。 |
| Entegris | 美国 | 不仅供应气体，还提供气体输送系统、过滤器、阀门，实现“气体+材料+设备”一体化。 |
| SK Materials | 韩国 | 原SK Chemicals，为三星电子配套，技术进步快。 |
📊 市场格局：前五大厂商合计占据全球电子特气市场70%以上份额。
五、中国主要电子特气供应商（国产替代主力）
近年来，中国企业突破“卡脖子”技术，多款气体进入主流晶圆厂认证。
| 企业 | 股票代码 | 核心进展 |
|---|---|---|
| 华特气体 (Huate Gas) | 688268.SH | ✅ 国内电子特气领军企业。 ✅ 超20种气体通过中芯国际、长江存储、华虹认证，包括NF₃、WF₆、PH₃、AsH₃、F₂等。 ✅ 光刻混合气（Kr/Ne/Ar）获ASML认证，进入英特尔、德州仪器供应链。 |
| 金宏气体 (Jinhong Gases) | 688106.SH | ✅ 从大宗气体向特气延伸。 ✅ 超10种电子特气通过认证，如高纯氨、笑气（N₂O）、氢气、氦气等。 ✅ 在长三角布局多个现场制气项目，绑定中芯、长鑫等。 |
| 凯美特气 (KMTG) | 002549.SZ | ✅ 以回收石化尾气提纯高纯CO₂、Ar、Ne著称。 ✅ 激光混合气（Kr/Ne/Ar）通过ASML、AMAT认证，用于光刻机光源。 ✅ 湖南基地具备大规模生产能力。 |
| 昊华科技 (Hao Hua Technology) | 600378.SH | ✅ 中化集团旗下，拥有黎明院、西南院技术背景。 ✅ 生产高纯WF₆、NF₃、GeH₄、PH₃等。 ✅ 多款气体进入中芯国际、华虹等供应链。 |
| 南大光电 (Nanda Optoelectronic) | 300346.SZ | ✅ 突破ArF光刻气技术，国内唯一通过验证。 ✅ 布局氢类、氟类电子特气，如磷烷、砷烷。 |
| 雅克科技 (Yako Tech) | 002409.SZ | ✅ 通过收购韩国UP Chemical，掌握高端前驱体（如含铪、含锆化合物），用于High-k介质。 |
六、电子特气供应链的关键环节
- 气体生产：高纯合成、提纯、配比（如NF₃提纯、稀有气体分离）。
- 气体包装与输送：
- 钢瓶/ISO-Tank：用于运输。
- Gas Cabinet / VMB（阀柜）：集成减压、过滤、控制。
- CGS（洁净气体供应系统）：确保气体在厂内输送的纯净。
- 气体输送系统：
- 管道材质（EP级不锈钢）、焊接工艺（轨道焊）、泄漏检测（He检漏）至关重要。
- 企业如富士金（Fujikin）、Swagelok、Entegris提供高端阀门与接头。
- 现场制气（On-Site Generation）：
- 大型晶圆厂常采用现场制氮、制氢、制氧，保障稳定供应。
- 林德、液空、金宏气体等提供EPC总包服务。
七、发展趋势与挑战
- 国产化率提升：目前中国电子特气整体国产化率约30%-40%，但在高端光刻气、掺杂气、前驱体等领域仍严重依赖进口。
- 技术壁垒高：涉及合成、提纯、分析、包装、运输全链条，需长期研发积累。
- 认证周期长：进入晶圆厂需1-3年验证，先发优势明显。
- 安全与环保压力：
- 含氟气体（NF₃、SF₆）是强温室气体，面临减排压力。
- 剧毒气体（PH₃、AsH₃）需严格安全管理。
- 产业集群化：围绕中芯、长存、华虹等晶圆厂，形成区域化气体供应网络。
- 并购整合加速：头部企业通过并购获取技术（如雅克科技收购UP Chemical）。
八、总结
| 类别 | 代表企业 |
|---|---|
| 国际巨头 | 林德、液化空气、空气产品、大阳日酸、昭和电工 |
| 国产龙头 | 华特气体（认证最多）、金宏气体（现场制气）、凯美特气（光刻气）、南大光电（ArF气） |
| 高端前驱体 | 雅克科技（UP Chemical） |
| 气体系统 | 富士金、Swagelok、新锐股份（国产替代） |
🔚 结论：
- 电子特气是半导体制造的“隐形冠军”材料，虽用量小但不可或缺。
- 华特气体是中国电子特气国产化的标杆企业，认证种类和客户质量领先。
- 随着中国半导体产业扩张，电子特气将成为继光刻胶、硅片之后又一个重点突破的“卡脖子”环节。
- 具备核心技术、通过主流晶圆厂认证的国产供应商，将迎来黄金发展期。