芯中芯空气纤维「中国芯工程」

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每每谈到集成电路制造，大家提到最多的是晶圆、光刻机和各种设备，但其实在芯片制造领域，有一个往往被放在次要地位的核心关键，那就是气体。

为什么电子气体那么重要？

熟知半导体制造的读者应该清楚，一片硅晶圆在抛光处理及一系列严格筛查后，还需要经历光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入等几大工艺，近千个步骤才能最终成为一个芯片。在这个过程中，如下图所示，几乎在芯片制造的每一个环节都少不了气体的介入。

电子气体分类（source：浙商证券）

业内领先的工业气体供应商——空气产品公司华东和华中区业务总监张云先生在接受半导体行业观察的采访时也告诉记者：气体是半导体工厂大规模生产和制造工艺的关键原材料——从单个芯片生成到最后器件的封装，几乎每一步都离不开气体。

空气产品公司华东和华中区业务总监张云

虽然气体是半导体工艺中的必需品，但事实上，这个行业具有较高的进入壁垒，其在生产过程中涉及合成、纯化、混合气配制、充装、分析检测和气瓶处理等多项工艺技术。

“尤其是电子级的各类气体，对于产品的纯度、精度等要求非常高，即使只是某一种特定杂质超标，都可能导致产品严重缺陷，甚至因为不合格气体的扩散，导致整个生产线被污染或报废。因此，电子级的气体品质很大程度上决定了半导体器件性能的好坏，也对行业的拟进入者形成了较高的技术壁垒。”张云先生解释说。

资料显示，拥有80多年历史的空气产品公司（Air Products， 纽约证券交易所代码：APD）在服务电子制造行业方面已有40多年的丰富经验，为全球众多知名的电子制造商供应各类大宗高纯气体，包括氮气、氢气、氧气、氩气、氦气等。

全球智慧，本地供应，

全力支持“中国芯”

随着近几年国内集成电路晶圆厂的增多，及原有晶圆厂产能扩充，电子气体迎来了新一轮的增长机遇。

30多年来，空气产品公司一直凭借其丰富的全球经验和世界领先的技术，积极支持中国电子行业的发展，推动中国集成电路产业的进步。公司已携手众多国内外领先的集成电路制造企业，助力下一代消费类电子设备的开发创新。

2019年，空气产品公司在无锡设立了电子级高纯气体工厂，成为极少数在中国大陆拥有自己的电子级高纯气体工厂的跨国气体公司之一，并在该工厂实现了电子级高纯气体、稀有气体和准分子激光混合气的本地化生产和充装。

“我们的无锡工厂利用自有空分生产的气体原料，通过一流的充装和分析设备，可生产超低水和氧含量的艾必利®系列6N（99.9999%）超高纯气体、高纯稀有气体、准分子激光混合气体和高纯工艺混合气，以满足电子制造行业严苛的用气需要，缩短供货周期，降低成本, 提高供货稳定性。”张云先生告诉记者。

从张云先生的介绍中我们得知，目前，受制于国内生产技术的限制，电子制造行业所需的5N/6N高纯气体、稀有气体及混合气体大都需要依赖于进口。而这一生产设施的投产一改之前超高纯气体、稀有气体和准分子激光混合气依赖国外进口的局面。”

据了解，该工厂采用压力法和重量法并用的充装模式，配备先进的SPIDER充装台，可实现大批量6N超高纯气体的充装，混配比稳定，精度可控制在0.01%的范围，且没有首末只充装偏差。艾必利®稀有气体规格从0.4升、1升到40升、47升到49升不等，重量精确到0.001KG，更精准稳定。另外，工厂还配备了先进的自动充装柜，每柜均配有5克或50克感量的梅特勒地秤，实现每柜一支钢瓶的充装，确保艾必利®准分子激光混合气的充装精准度。

先进的气体充装和混配系统，配比精准

“此外，我们的6N/5N5/5N的产品包装配置DISS/CGA阀门及钢瓶内壁抛光处理技术，并严格监管气体的品质有效期，确保运输和使用过程中产品品质稳定，避免二次污染。”张云先生接着说。

公司的艾必利电子级超高纯气体、稀有气体和准分子激光混合气广泛应用于半导体芯片氧化层的成型、等离子体沉积、清洁及蚀刻、工艺冷却、检漏及各类环境保护等工艺场景。此外，空气产品公司还为电子制造行业提供了一站式的整体解决方案，包括大型空分设备管道供气、普里森®现场制气设备、氢气、氦气等，满足各种工艺环节的应用需要。

空气产品公司稳定可靠的氦气供应

正是因为有了这些积累和投入，空气产品公司得以为中国首家20纳米以下先进制程的半导体工厂供气，助力打造更尖端、更先进的电子产品。而随着中国大陆晶圆厂在近几年进入投产高峰期，空气产品公司正不断提升和优化产品，以求更贴近本地客户，快速响应客户需求，助力客户提升产品品质和生产效率，并降低成本。

“空气产品公司而为了更好地服务本土市场，在国内还做了更多针对性布局, 持续优化产品供应，以优异的产品和可靠稳定的供应全力支持‘中国芯’战略。” 张云先生强调。

面向未来，提前布局

对于芯片产业而言，这几年不断微缩的晶体管给制造带来了前所未有的新挑战——这不仅需要设备商提供应对之策，也要求气体等半导体材料方面必须要做出相应的改变。因为随着芯片制造技术进入纳米级别，对气体纯度和品质稳定性的要求也越来越苛刻。

据张云先生介绍，从28纳米到7纳米，产品的金属杂质要求须下降 100 倍，污染粒子的体积也必须要缩小4倍，且采用先进制程的晶圆，对氧气十分敏感，很容易被氧化，这就要求气体中水、氧等关键杂质含量尽可能降低。

为了应对芯片技术飞跃对气体品质所带来的挑战，空气产品公司着眼未来，特别在无锡电子级高纯气体工厂采用了PPT级别的高端杂质分析系统，可以对6N气体进行100PPB 级别的分析，并提供精准的分析数据，产品中水、氧等关键杂质含量甚至可低到10PPB。

同时，为了满足行业对混合气体配比精度日益严苛的要求，空气产品公司无锡电子级高纯气体工厂的混配范围可从200PPM 到%，同时通过量化充装管路硬链接的系统偏差，做到精准、稳定的定量充装，从而缩小产品混配比偏差，不断提升数据统计SPC管控CPK 值。

在张云先生看来，由于下游行业需求猛增，叠加疫情带来的缺货等问题，中国的半导体行业有望迎来高质量发展。新增产能和技术创新都为电子级的气体带来了市场机会，但同时也提出了更高的挑战。从上述的介绍我们可以看到，空气产品公司似乎已经为这做好了充分准备。

艾必利电子级超高纯气体

今天是《半导体行业观察》为您分享的第2927内容，欢迎关注。

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