特種氣體行業專題報告：電子工業“血液”，國產化勢在必行

特種氣體概況

工業氣體：工業“血液”

工業中，把常溫常壓下呈氣態的產品統稱為工業氣體。工業氣體是現代工業的基礎原材料，在國民經濟中有著重要的地位和作用，工業氣體行業原材料是空氣、工業廢氣、基礎化學原料等，其上游行業是氣體分離及純化設備制造業、基礎化學原料行業、壓力容器設備制造業等。下游領域包括集成電路、液晶面板、LED、光纖通信、光伏、醫療健康、節能環保、新材料、新能源、高端裝備制造等新興行業以及冶金、化工、機械制造等傳統行業，對國民經濟的發展有著戰略性的支持作用，因此被喻為“工業的血液”。

根據制備方式和應用領域的不同，工業氣體可分為大宗氣體和特種氣體，大宗氣體主要包括氧、氮、氬等空分氣體及乙炔、二氧化碳等合成氣體，特種氣體品種較多，主要包括電子特種氣體、高純氣體和標準氣體等。

特種氣體：現代工業“糧食”

特種氣體是工業氣體中的一個新興門類，是隨著近年來國防工業、科學研究、自動化技術、精密檢測，特別是微電子技術的發展而發展起來的。20 世紀 80 年代，電子產業的興起推動特種氣體的需求提高，外資開始通過收購、新設等方式建立氣體公司進入中國氣體市場，向國內氣體用戶提供氣體產品，隨著氣體供應商供氣模式的引入，國內企業原有的氣體車間、氣體廠和供氣站等紛紛發展為獨立的氣體公司，國內特種氣體市場逐步發展起來。

從應用領域劃分，特種氣體主要有電子氣體、高純氣體和標準氣體三種，廣泛應用于電子半導體、化工、醫療、環保和高端裝備制造等領域。其中，電子氣體是指用于半導體及其它電子產品生產的氣體，目前，我國電子氣體品種基本齊全，但數量和質量與發達國家相比，尚有較大差距；高純氣體通常指利用現代提純技術能達到的某個等級純度的氣體，對于不同類別的氣體，純度指標不同，大多用于超大規模集成電路及分離器件、光電子等高科技領域；標準氣體嚴格意義上應稱為標準校正氣體，是一種高度均勻，穩定性良好和量值準確的氣體，可分為單元標準氣體和多元標準氣體，目前標準氣基本滿足了我國石油、化工、環保、傳感器校核等諸多領域的需求，但對活性較強的標準氣，國內尚無法徹底解決量產問題。

在 2018 年我國特種氣體年銷售額中，電子行業約占 41%，石油化工約占 39%，醫療環保約占 10%，其它約占 10%。

電子氣體：電子工業“血液”

廣義的“電子氣體”指可用于電子工業生產中使用的氣體，是最重要原材料之一，狹義的“電子氣體”特指可用于電子半導體領域生產的特種氣體。電子氣體可以分為電子特種氣體和電子大宗氣體。電子氣體在電子產品制程工藝中廣泛應用于離子注入、刻蝕、氣相沉積、摻雜等工藝，被稱為集成電路、液晶面板、LED 及光伏等材料的“糧食”和“源”。

電子氣體地位日益凸顯

近年來，隨著電子工業的快速發展，電子氣體在半導體行業中的地位日益凸顯。在微電子、光電子器件生產過程中，從單個芯片生成到最后器件的封裝，幾乎每一步、每一個環節都離不開電子氣體，在不同的電子應用領域中，電子特種氣體和電子大宗氣體的成本占比略有不同。其中，集成電路領域，電子特種氣體和電子大宗氣體各自占比50%。電子氣體的質量很大程度上決定了半導體器件性能的好壞。電子氣體純度每提高一個數量級，都會極大地推動半導體器件質的飛躍。

電子氣體是僅次于大硅片的第二大市場需求半導體材料，電子氣體在 2016 年的半導體材料市場占比達 14%。隨著半導體產業的發展，電子氣體市場也隨之增長。

電子特種氣體的下游應用領域主要為電子半導體領域，具體又分為光伏、光纖通信、LED、液晶面板和集成電路，電子特氣市場需求與下游產業景氣度關聯度較高。2018 年中國集成電路、顯示面板、光伏三大下游對電子特氣的需求占比超過 90%。

電子特氣在電子產業的應用

1）電子氣體在集成電路領域的應用

特種氣體是半導體材料制造過程不可缺少的基硅性支撐材料，處于半導體產業鏈的上游，被稱為半導體的“源”，主要應用于薄膜、刻蝕、摻雜、氣相沉積、擴散等工藝。

化學氣相沉積(CVD)：是通過氣體混合的化學反應，在硅片表面沉積一層固體膜的工藝，通常包括氣體傳輸至沉積區域、膜先驅物的形成、膜先驅物附著在硅片表面、膜先驅物粘附、膜先驅物擴散、表面反應、副產物從表面移除、副產物從反應腔移除等八個主要步驟?；瘜W氣相沉積常用的特種氣體包括:SiH4、DCS、TCS、SiCl4、TEOS、NH3、N2O、WF6、H2、O2。

刻蝕：是采用化學和物理方法，有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程，刻蝕的目的是在涂膠的硅片上正確地復制掩膜圖形，可分為濕法刻蝕和干法刻蝕。硅片的刻蝕氣體主要是氟基氣體，包括 CF4、CF4/O2、SF6、C2F6/O2、NF3 等，但由于其各向同性，選擇性較差，因此改進后的刻蝕氣體通常包括氯基(Cl2)和溴基(Br2、HBr)氣體。鋁和金屬復合層的刻蝕通常采用氯基氣體，如 CCl4、Cl2、BCl3 等。

摻雜：是將需要的雜質摻入特定的半導體區域中，以改變半導體電學性質，形成pn 結、電阻、歐姆接觸等。常用的三價摻雜氣體有 B2H6、BBr3、BF3 等，常用的五價摻雜氣體有 PH3、POCl3、AsH3、SbCl5 等。2）電子氣體顯示面板領域應用

薄膜晶體管（TFT）和液晶顯示器（LCD）具有體積小、重量輕、低輻射、低耗電量、全彩化、速度快、對比度和亮高、屏幕觀察角度大、分辨率高等優點，是目前主流的平面顯示設備。TFT/LCD 的生產包括 TFT 陣列(包括薄膜、光刻、刻蝕)、彩色濾光片(包括黑矩陣膜、紅綠藍膜、透明導電層)、面板、模組等工序。薄膜工序，通過化學氣相沉積，在玻璃基板上沉積 SiO2、SiNx、a2Si、n 型 a2Si 薄膜，使用的特種氣體有 SiH4、PH3、NH3、NF3 等；干法刻蝕工序，在等離子氣態氛圍中選擇性腐蝕基材，通常采用 SF6、HCl、Cl2 等氣體。

3）電子氣體在太陽能電池中的應用

太陽能電池分為晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池，薄膜太陽能電池分為非晶硅(a-Si)薄膜和非晶/微晶硅(a-Si/μc-Si)疊層薄膜。晶體硅電池片生產中的擴散工藝用到 POCl3 和 O2，減反射層 PECVD 工藝用到 SiH4、NH3，刻蝕工藝用到 CF4；非晶硅太陽能電池在 LPCVD 沉積 TCO 工序用到 DEZn、B2H6；非晶/微晶硅沉積工序用到 SiH4、PH3/H2、TMB/H2、CH4、NF3 等。