电子气体：百尺竿头，如何更进一步？

半导体材料凭借技术壁垒高、价值高、生产难度大等特性，成为各国科技贸易竞争之间的重要筹码。据国际半导体产业协会（SEMI）数据显示，2021年全球半导体材料市场规模达到643亿美元，市场保持较快增速。

其中，电子气体就是芯片制造过程中不可或缺的基础原材料，被广泛应用于光刻、离子注入、刻蚀、气相沉积、掺杂等工艺环节。近年来随着下游电子半导体行业的快速发展，电子气体的重要性愈发凸显，被称为集成电路产业的“粮食”和“血液”。

据统计，电子气体在半导体产业原材料市场规模占比约为13%，仅次于大硅片的市场需求，其产品纯度要求高、研发周期长、生产工艺复杂，在半导体行业发展过程中有着不可替代的重要作用。

值得关注的是，电子半导体器件的性能优劣与电子气体的质量息息相关，其纯度和洁净度会直接影响到集成电路的质量、集成度、特定技术指标和良率。例如，CVD气体如果含有部分杂质，在薄膜沉积后，在绝缘层上会出现导电离子，造成短路现象。

一般而言，对电子气体的纯度要求达到甚至超过了5N-6N（N指纯度百分比中9的个数，例如5.7N表示99.9997%，6N表示99.9999%），同时还要求将金属元素净化到10-9级至10-12级。一旦电子气体的纯净度不达标，轻则使得下游产品质量不过关，重则扩散污染整条产品线，造成产品全部报废。

因此，电子气体的品质很大程度上决定了半导体器件性能的好坏，电子气体纯度每提高一个数量级，都会极大地推动半导体器件质的飞跃。

尤其是随着摩尔定律的持续推进，先进制程工艺不断发展，以及晶圆尺寸从8英寸向12英寸过渡，对半导体产品的参数和性能要求越来越严格。作为半导体制造的关键材料，伴随着产业链技术的快速迭代，对电子气体的纯净度提出了更高的要求。

在这个过程当中，颗粒、杂质和污染控制变得极为重要。而优质的过滤解决方案，可以有效提升电子气体的纯净度，在气体材料环节确保整个生产工艺流程的稳定，从而全方位提高芯片制造的良率、降低生产成本。

因此，为电子气体和终端应用选择合适的过滤器来去除杂质、提高纯度，成为保障电子气体可靠性的关键之一。由此，业界也开始关注到了这个芯片良率背后容易被忽视的部分——过滤、纯化和分离解决方案市场。

过滤、分离、纯化这个市场也与半导体产业的发展相辅相成。在这个过程中，也出现了一些知名企业。其中，就包括颇尔公司（PALL CORPORATION，以下简称颇尔）。

据了解，颇尔在过滤器领域已有超过75年的历史，在这几十年的投入当中，随着半导体对电子材料的依赖越来越大，颇尔也一直持续对半导体材料方面进行着过滤和纯化方面的研究。

其中，半导体行业里的气体过滤和纯化就是颇尔重点发展和研究的方向之一，如下图所示，半导体行业气体应用主要分大宗气体，特种气体，气柜，设备Hook up，气体面板集成和POU端应用等。在不同应用点位上，颇尔的气体产品基本能够实现全方位进行覆盖。

颇尔拥有PTFE、HAPS、316L不锈钢、镍和陶瓷膜材用于气体过滤，可以过滤粒径≥3nm (0.003µm) 的半导体应用气体。

在具体产品上，颇尔有适用于超大流量的Emflon High Flow系列滤芯，有适用于大中流量的VFSH系列滤芯，有适用于中小流量的Gaskleen系列，应用点位覆盖集成气体输送系统和机台终端，为半导体各环节的气体净化保驾护航。

同时，对于气体过滤的新趋势，颇尔也是较早进入该领域且取得了一定成绩的市场主体：

集成气体输送系统为整合气体输送系统元件的最新设计。在该设计中，元件集成在表面贴装基板上，在降低空间需求、减少设备停机时间和成本方面具有许多优势。

颇尔顶部安装式过滤器组件非常适合用于集成气体输送系统，并且易于在安装基板上进行检修和更换。该过滤器设计 用于＞3nm半导体级气体的过滤，并且可用于各种材料、流速和接口连接。该组件可在高达100slpm流速下用于316L不锈钢、镍和PTFE介质。同时，该组件可用于多种接口，包括通过C型密封和W型密封连接的接口。

气体扩散器非常适合用于加载互锁接口或其他真空腔室（大量气体在短时间内流经小孔口）的排气应用。颇尔ChamberKleen™扩散器将不锈钢过滤器和可360度流动的独特扩散器膜组合在一起。这种组合可实现大量气体 均匀流动，限制腔室内颗粒的干扰。因此可在几乎无颗粒干扰的情况下实现快速排气，从而提高晶圆生产量和设备综合效率。

可以看出，颇尔的过滤、纯化解决方案可用于涵盖目前市场上绝大多数类型的半导体制造过程中用到的气体工艺及装备，以满足客户不同功能、高质量、节省成本和提高生产效率等方面的需求。

除了产品方案和技术实力上面的优势之外，颇尔也在积极推进市场布局。北京工厂作为颇尔在中国唯一的制造厂，定位为气体产品制造中心和熔喷产品制造中心，以卓越的交货及质量表现为颇尔的中国、亚洲及欧洲市场提供高性价比和富有竞争力的产品，包括气体过滤器，熔喷滤芯，单芯及多芯不锈钢罐体，纤维滤芯等。

本土化制造将强化颇尔在变化动荡的国际形势下的供应链韧度，提供更快的交货，更好的质量，并使产品更加贴和本土客户的需求，服务更灵活，更及时。

当前，颇尔中国积极推进北京亦庄园区内的气体过滤器产线扩展项目，相关产品将于2023年一季度导入国内市场。届时，北京工厂生产的气体过滤器将涵盖PTFE、HAPS、镍或不锈钢过滤介质，可用于过滤≥3nm (0.003µm)的工艺气体，可适用于不同温度、流量下的不同点位的各种工艺反应气体、CDA过滤。其中就包括：

颇尔GaskleenTM顶部安装式过滤器组件，非常适合用于集成气体输送系统，并且易于在安装基板上进行检修和更换。该组件可在高达100slpm流速下工作，可用于多种接口，包括通过C型密封和W型密封连接的接口。

颇尔Gaskleen® 6101系列采用PFA滤芯，精度≥3nm，紧凑型设计，进出口不同大小和连接形式，大膜面积设计，实现低压差，高流量，在半导体行业广泛应用。

通过上述内容能够看到，作为半导体制造的“血液”，电子气体在很大程度上决定着半导体器件的性能品质和良率，是支撑半导体发展必不可少的基础性原材料。

近些年，随着电子半导体产业的蓬勃发展，电子气体市场规模持续增长。据TECHCET数据统计，全球电子气体市场规模已由2017年的51.77亿美元增长至2020年的58.44亿美元，预计2025年将超过80亿美元，市场空间广阔。

从市场格局来看，由于电子气体行业具有较高的技术壁垒，市场集中度较高。全球电子气体市场中，德国林德气体、法国液化空气、美国空气化工、日本大阳日酸等企业市占率超过 90%。我国电子气体发展初期，由于技术、工艺、设备和经验等多方面差距明显，市场几乎被外资气体公司垄断。

然而，近年来随着国际贸易形势、俄乌冲突等多种因素干扰，半导体产业不确定性愈加凸出，全球半导体产业链逐渐向中国迁移。长期来看，这也将倒逼国内晶圆厂加速国产设备、材料、零部件验证和导入步伐，半导体产业链各环节国产化将持续加速。

其中，面对半导体材料市场的增长态势，半导体材料的发展成为了国内半导体产业链发展的重点方向之一。国内新建的集成电路制造、半导体显示产线数量快速增长，对于电子气体等关键材料的需求也在同步提升。

与此同时，在国家政策支持和业内人士的共同努力下，目前已有部分气体种类实现了国产替代，国产化率逐步提升。国内企业争取借助这一波涨势加速提升本土半导体材料的市场竞争力。

为了契合中国半导体发展的这一趋势，也为了贴近国内本土客户应用需求，颇尔持续加强本地研发项目，设立研发中心和生产基地，在中国进行生产、制造、研发，利用中国的供应链环境、人才基础以及巨大的应用市场空间赋能行业客户，旨在解决客户在生产过程中的新需求，提供更灵活，更及时的服务。

展望未来，伴随中国电子气体产业的快速发展，颇尔计划将更多的过滤产品转移到北京工厂进行生产，致力于通过丰富的产品组合、优异的产品性能以及全面的增值服务，加大对于中国本土市场的布局力度，给中国市场和客户的快速发展提供助力，为国内半导体产业的进步添砖加瓦。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第3290内容，欢迎关注。