‌半导体电子特种气体汇总

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‌半导体电子特种气体（Electronic Specialty Gases, ESG）行业关键材料汇总‌
——中文名称、应用场景及市场解析

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‌1. 什么是电子特种气体？‌

电子特种气体是半导体制造过程中不可或缺的关键材料，用于芯片制造的‌沉积（Deposition）‌、‌蚀刻（Etching）‌、‌掺杂（Doping）‌和‌清洗（Cleaning）‌等核心工艺。这类气体需满足超高纯度（通常≥99.999%）、无颗粒杂质和低水分含量等严苛要求，直接影响芯片性能和良率。

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‌2. 主要电子特种气体及其中文名称‌

以下列举半导体行业常用的电子特种气体及其应用场景：

‌（1）高纯度氮气（N₂, Nitrogen）‌

• ‌用途‌：惰性保护气，用于防止芯片氧化和污染。
• ‌特性‌：成本低但用量大，纯度需达‌6N级（99.9999%）‌以上。
  

‌（2）六氟化硫（SF₆, Sulfur Hexafluoride）‌

• ‌用途‌：等离子体蚀刻中的关键气体，用于硅基材料的深度蚀刻。
• ‌风险‌：强温室效应气体，需严格回收处理。
  

‌（3）四氟化碳（CF₄, Carbon Tetrafluoride）‌

• ‌用途‌：干法蚀刻气体，适用于氧化物和氮化物的刻蚀。
• ‌替代品‌：环保趋势下，部分被‌C₄F₆（六氟丁二烯）‌取代。
  

‌（4）三氟化氮（NF₃, Nitrogen Trifluoride）‌

• ‌用途‌：CVD（化学气相沉积）腔体清洗，替代传统SF₆以减少碳排放。
• ‌市场‌：需求随先进制程（如3nm/2nm）增长快速提升。
  

‌（5）硅烷（SiH₄, Silane）‌

• ‌用途‌：沉积多晶硅薄膜、氮化硅薄膜的核心前驱体。
• ‌风险‌：易燃易爆，存储运输要求极高。
  

‌（6）氖气（Ne, Neon）‌

• ‌用途‌：光刻机准分子激光器（如ArF/ KrF光源）的缓冲气体。
• ‌地缘影响‌：俄乌冲突曾导致全球氖气价格暴涨，供应链安全问题凸显。
  

‌（7）八氟环丁烷（C₄F₈, Octafluorocyclobutane）‌

• ‌用途‌：高精度蚀刻气体，用于3D NAND和逻辑芯片的复杂结构加工。
  

‌（8）锗烷（GeH₄, Germane）‌

• ‌用途‌：先进制程中硅锗（SiGe）材料的掺杂剂，提升晶体管性能。
  

（9）氢气（H₂, Hydrogen）‌

• ‌用途‌：用于外延生长（如硅基材料）、还原反应及硅片清洗，需纯度≥5N（99.999%）‌。
• ‌风险‌：易燃易爆，需严格管控存储环境。
  

（10） 氩气（Ar, Argon）‌

• ‌用途‌：作为惰性保护气体，用于离子刻蚀、金属溅射等工艺，纯度要求≥6N‌。
• ‌市场‌：全球氩气供应链受地缘政治影响较大（如俄乌冲突曾导致价格波动）‌。
  

（11）氟气（F₂, Fluorine）‌

• ‌用途‌：高活性蚀刻气体，用于硅和化合物半导体的深度蚀刻，需稀释后使用‌。
• ‌替代趋势‌：因安全性问题，部分场景被‌C₄F₆‌等氟碳化合物替代‌。
  

（12） 六氟乙烷（C₂F₆, Hexafluoroethane）‌

• ‌用途‌：先进制程中用于氧化物蚀刻，国产化进程较快（华特气体已实现规模化供应）‌。
• ‌环保挑战‌：高GWP值推动行业转向低排放替代品‌4。
  

（13）六氟化钨（WF₆, Tungsten Hexafluoride）‌

• ‌用途‌：化学气相沉积（CVD）中用于钨金属层的生成，适配3D NAND多层堆叠结构‌。
• ‌技术突破‌：中船特气产品已通过5nm制程认证，打破海外垄断‌。
  

（14）砷烷（AsH₃, Arsine）与磷烷（PH₃, Phosphine）‌

• ‌用途‌：III-V族化合物半导体（如GaAs、InP）的掺杂剂，用于光电子器件制造‌。
• ‌国产化‌：南大光电实现高纯度砷烷/磷烷量产，降低进口依赖‌。
  

（15）三氟甲烷（CHF₃, Trifluoromethane）‌

• ‌用途‌：用于等离子体蚀刻工艺，尤其在二氧化硅和氮化硅的选择性刻蚀中表现优异‌。
• ‌环保替代‌：因其较低GWP值，逐步替代传统高排放气体（如C₂F₆）‌。
  

（16）氨气（NH₃, Ammonia）‌

• ‌用途‌：氮化工艺中的核心气体，用于生成氮化硅（Si₃N₄）薄膜，作为芯片的绝缘层或掩膜材料‌。
• ‌纯度要求‌：需达到6N级（99.9999%）以避免金属杂质污染‌。
  

（17）氯化氢（HCl, Hydrogen Chloride）‌

• ‌用途‌：用于硅片清洗和蚀刻，清除金属氧化物残留；在MEMS器件制造中实现高精度结构加工‌。
• ‌安全管控‌：需严格密封存储，避免泄漏导致设备腐蚀‌。
  

（18）四氯化硅（SiCl₄, Silicon Tetrachloride）‌

• ‌用途‌：化学气相沉积（CVD）中生成二氧化硅薄膜，用于光波导和半导体钝化层‌。
• ‌产业链延伸‌：同时作为光纤预制棒的核心原料，支撑通信与光电子产业‌。
  

（19）溴气（Br₂, Bromine）‌

• ‌用途‌：与氯气（Cl₂）混合用于硅和金属的深度蚀刻，提升蚀刻速率与方向性‌。
• ‌工艺适配‌：在3D NAND存储芯片的垂直孔洞加工中不可或缺‌。
  

（20）一氧化碳（CO, Carbon Monoxide）‌

• ‌用途‌：作为蚀刻添加剂，调节等离子体反应活性，改善氮化镓（GaN）等化合物半导体的刻蚀均匀性‌。
• ‌复合气体‌：常与氟碳气体（如C₄F₆）混合，用于先进逻辑芯片的多层互连结构加工‌。
  

（21）三甲基锗（TMGe, Trimethylgermanium）‌

• ‌用途‌：锗硅（SiGe）外延层沉积的前驱体，提升高频器件的电子迁移率‌。
• ‌应用领域‌：5G射频芯片与毫米波通信器件的关键材料‌。
  

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‌3. 市场概览‌

• ‌规模‌：2023年全球电子特气市场规模约‌60亿美元‌，中国占比超30%，年增速约8%。
• ‌技术壁垒‌：提纯工艺（如吸附分离、低温精馏）、分析检测技术（痕量杂质检测）及容器处理技术（内壁钝化）。
• ‌国产替代‌：国产化率不足30%，但华特气体、金宏气体、南大光电等企业已在部分品类（如Ar/F₂/Ne混合气）实现突破。
  

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‌4. 技术趋势与挑战‌

• ‌环保要求‌：欧盟《含氟气体法案》推动低GWP（全球变暖潜能值）气体（如NF₃）替代传统气体。
• ‌先进制程驱动‌：EUV光刻、GAA晶体管等新技术需要更高纯度的定制化气体组合。
• ‌供应链安全‌：地缘政治背景下，本土化生产和储备成为各国战略重点。
  

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‌5. 结语‌

电子特种气体是半导体产业的“隐形支柱”，其技术门槛和战略价值堪比光刻机。随着中国半导体产业向高端迈进，突破特气“卡脖子”环节将是实现自主可控的关键一步。