电子气体是超大规模集成电路、平面显示器件、化合物半导体器件、太阳能电池、光纤等电子工业生产不可缺少的原材料，它们广泛应用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等工艺。在半导体制造过程中，几乎每一步都离不开电子气体，其质量对半导体器件的性能有着重要影响。

（1）电子气体分类：纯度是电子气体最重要的指标，气体纯度常用的表示方法有两种：用百分数表示：如99%，99.9%，99.99%，99.9999%等；用“N”表示：如3N，5N，5.5N等，数目N与百分数表示中的“9”的个数相对应，小数点后的数表示不足“9”的数，如5.5N表示99.9995%。

根据气体纯度不同，气体可分为普通气体、纯气体、高纯气体及超高纯气体4个等级。半导体制造领域，一个硅片需要经过外延、成膜、掺杂、蚀刻、清洗、封装等多项工艺，这个过程需要的高纯电子化学气体及电子混合气高达30多种以上，且每一种气体应用在特定的工艺步骤中。

（2）电子气体技术壁垒：电子气体的技术壁垒极高，最核心的技术是气体提纯技术。此外超高纯气体的包装和储运也是一大难题。在半导体制造中，电子气体纯度每提升一个数量级，都会促进器件性能的有效提升。

为了得到超高纯气体，气体制造需要进行以下几个步骤：

气体分离：气体的分离方法有精馏法、吸附法和膜分离法。精馏法是应用最广泛的方法，可分为连续精馏法和间歇精馏法。连续精馏法操作时原料液连续地加入精馏塔内，再沸器取出部分液体作为塔底产品；间歇精馏法原料液一次加入精馏釜中，因而间歇精馏塔只有精馏段而无提馏段。

气体提纯：气体制造通常是先将气体进行粗分离，再通过气体提纯技术来提高其纯度。气体提纯技术主要有化学反应法、选择吸附法、低温精馏法和薄膜扩散法等。

气体纯度检验：得到提纯后的气体，需对气体进行检测来验证其纯度。随着电子气体纯度越来越高，纯度检验也越来越重要。气体中杂质含量检测从10-6（ppm）级、到10-9（ppb）级甚至10-12（ppt）级。

气体的充装与运输：超高纯气体对充装和运输都有特别的要求，要求使用特殊的储运容器、特殊的气体管道及阀门接口等，避免二次污染。

（3）电子气体应用：

在半导体行业中，电子气体作为不可或缺的原材料，在各个环节中都得到广泛应用，如电子级硅的制备、化学气相沉积成膜、晶圆刻蚀工艺等过程，众多种类的气体都起到了至关重要的作用。

电子级硅制备：电子级硅的制备采用西门子法还原法，在制备过程中用到的气体有HCl和H2等，发生的化学反应包括：SiO2+C->Si+CO2↑；Si+HCl→SiHCl3+H2↑；SiHCl3+H2→Si+HCl。电子级硅对纯度有着极高的要求，目前纯度要求在11N9以上。未了得到电子级纯度硅，制备过程中气体的纯度要求在6N9以上。目前国内12英寸11N9电子级硅基本从日本进口。

化学气相沉积成膜：化学气相沉积（CVD）是利用高真空下，气体混合发生相关化学反应最终形成膜。典型的CVD成膜有二氧化硅绝缘膜制备和氮化硅绝缘膜制备。在二氧化硅绝缘膜制备中，SiH4是主要气体，采用6N9级别的O2、N2O作用辅助气体。晶圆加工工艺中生长二氧化硅（SiO2）绝缘膜涉及的化学反应：SiH4+O2->SiO2+2H2↑；SiH4+N2O->SiO2+2N2+H2。在氮化硅绝缘膜制备中，氮化硅(Si3N4)绝缘膜涉及的化学反应有：3SiH4+4NH3->Si3N4+12H2；3SiH2Cl2+4NH3->Si3N4+6HCl+6H2。目前国内在建晶圆加工产线在制备半导体膜和绝缘层的过程中涉及的电子特种气体包括SiH4、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、AsCl3等原料气体，以及H2、HCl、O2、N2O、NH3等反应气体。在国内半导体发展的过程中，实现6N9以上纯度的反应气体存在较大市场空间。

晶圆刻蚀工艺：在硅基底刻蚀中，主要选用氟基气体，例如氟利昂-14（CF4），在此过程中需要刻蚀部位的Si与CF4反应生成SiF4而除去，其化学反应式为：Si+CF4+O2->SiF4+CO2。氟利昂-116（C2F6）和氟利昂-23（CHF3）在刻蚀硅时容易产生聚合膜从而影响刻蚀效果，但是在刻蚀SiO2的时候不会出现此类现象，因此可用于SiO2的刻蚀。同时由于半导体Si薄膜存在各向同性的特点，刻蚀选择性差，因此后续开发中引入氯基（Cl2）和溴基（Br2、HBr）作用，最终生成物中还包括SiBr4和SiCl4从而提高选择性。

目前国内在建产线汇总涉及薄膜的气体包括CF4、C2F6、CHF3、Cl2、Br2、HBr和CH2F2等，但是此类刻蚀气体用量相对较少，刻蚀过程中需与相关惰性气体Ar、N2等共同作用实现刻蚀程度的均匀。

（4）电子气体市场情况：随着集成电路制造产业的发展，全球集成电路用电子气体的市场规模也逐渐扩大。据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国电子气体市场供需发展前景及投资战略预测报告》统计数据显示：2018年全球集成电路用电子气体市场规模达到45.12亿美元，同比增长15.93%。

2013-2018年全球集成电路用电子气体市场规模分析

数据统计：中金企信国际咨询

电子气体纯度要求高，制备难度大，目前以美国空气化工、美国普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气和日本大阳日酸株式会社为首的五大气体公司控制着全球90%以上的电子气体市场份额。

2018年全球电子气体主要生产企业规模比重分析

数据统计：中金企信国际咨询

（5）中国产业：2018年国内半导体用电子特气市场规模约4.89亿美元。经过30多年的发展，我国半导体用电子特气已经取得了不错的成绩，中船重工718所、绿菱电子、广东华特等均在12英寸晶圆用产品上取得了突破，并且实现了稳定的批量供应。

广东华特气体是国内首家打破高纯六氟乙烷、高纯三氟甲烷等产品进口制约的气体公司，并率先实现了近20个产品的进口替代。Ar/F/Ne、Kr/Ne、Ar/Ne和Kr/F/Ne等4种混合气于2017年通过全球最大的光刻机供应商ASML公司的产品认证。目前，公司是我国唯一通过ASML公司认证的气体公司，亦是全球仅有的上述4个产品全部通过其认证的四家气体公司之一。公司产品实现了对中芯国际、华虹宏力、长江存储、台积电等国际一流代工厂的供货，并进入了英特尔（Intel）、美光科技（Micron）、德州仪器（TI）、海力士（Hynix）等全球领先的半导体企业供应链体系。