特种气体通常被认为是电子行业的命脉和半导体制造的心脏。全球特种气体市场用于半导体芯片制造过程中的四个关键应用，与我们当今使用的技术的可用性和潜力直接相关。
Linx Consulting 执行合伙人 Mike Corbett在今天（7 月 7 日）举行的“2023 年特种气体”网络研讨会上向天然气界发表了讲话，讨论了与该行业相关的挑战、机遇和未来增长。
Corbett 透露，2022 年市场价值约为 53 亿美元，并解释说特种气体市场目前正在经历低迷。
“今年是有点下滑的一年，但特种电子气体的大部分需求来自半导体行业，因此四分之三以上的需求来自硅半导体行业，并且在过去五年中一直在增加到十年。”
大约 80% 的电子特种气体总体需求来自半导体。
大多数需求实际上是由几个因素驱动的。其中之一是垂直扩展的概念，其中设备的层数不断增加，但设备的复杂性也与此有很大关系。”
Corbett 补充道，20 年前，制造半导体器件或处理器晶圆需要几百个步骤，而现在这个数字可能超过一千个。
“因此，技术复杂性正在增加，现在正导致电子特种气体更多地集中到半导体行业。”
市场概况
市场通常根据不同的气体组和功能进行细分，但通常大多数气体将用于半导体行业的真空工艺，包括蚀刻处理、沉积、注入、外延生长层、热处理以及一些光刻应用。
“当我们研究气体时，我们将其分为特定组，其中一种是 HFC（氢氟碳化物）类型气体，主要用于蚀刻应用，然后我们看到许多用于沉积类型的硅基气体应用程序，”科贝特解释道。
还有用于改变半导体器件性能的掺杂气体、用于沉积碳基薄膜的碳氢化合物和也用于许多沉积工艺的氮基气体。
半导体行业也是全球氙、氪和氖等稀有气体的最大消费者，预计这一趋势将持续下去。
就主导产品而言，迄今为止最大的气体是NF3，它用于半导体行业和平板显示行业的腔室清洁。
在供应方面，大型工业气体公司往往在市场上占据强势地位。由于稀有气体的强劲增长，主要参与者林德和液化空气集团的地位不断提高，而大洋日酸和 Matheson 也继续巩固其作为领先供应商的声誉。
“市场上还有默克 (Merck) 和 EMD Electronics 等一些规格气体公司，韩国的 SK Materials 一直在建立广泛的产品组合，而在日本，KDK 也有着强大的影响力。”
“我们开始看到一些来自中国市场的新兴参与者，因为其中许多公司已经建立业务来服务当地市场，但越来越多地跨入硅半导体领域。”
市场低迷和潜在复苏
尽管特种气体行业潜力巨大，但半导体领域在 2023 年迄今为止经历了“低迷的一年”。为了确定市场地位，Linx 跟踪了一个称为 MSI（百万平方英寸硅工艺）的关键指标。
“今年我们将看到整体硅工艺下降约 10% 以上，”Corbett 说道。“这导致 2023 年规格天然气市场下滑，我们可能要到 2025 年初才能真正看到恢复到 2022 年的水平。”
然而，该公司仍然看到硅半导体领域是行业中增长最快的领域，而且就个别产品而言，许多需求都围绕着 HFC 类型的蚀刻气体。
“我们相信一些稀有气体将继续增长，许多沉积气体也将继续增长。”
大约六七年前发生了明显的转变，当时非易失性存储器领域从 2D 结构转向 3D 结构，这推动了对大量气体的需求。
未来的挑战
尽管全球化一直是半导体行业的关键驱动力，但它也引发了与多个地区同时投资相关的问题，这意味着供应商将面临在何处投入新产能的挑战。
“天然气产能方面的许多新投资已经在亚洲进行，现在他们的供应商将不得不投资于他们在过去几十年中可能只进行增量投资的地区，例如北美。”
科贝特提到了默克公司在宾夕法尼亚州注资 3 亿美元的投资，并补充说，随着北美等地区的天然气需求翻倍，他预计将看到更多投资。
该行业面临的另一个挑战是可持续性和有针对性地减少温室气体 (GHG)。
HFC 和 FC 等蚀刻气体在整个行业和多个技术代中广泛使用。由于氢氟碳化合物在大气中的寿命很长，因此被认为是有效的温室气体，因为它们吸收红外辐射。
最常用的五种 HFC 的温室气体效应比二氧化碳强 150 至 5,000 倍。
“要替代大量这些气体并通过限制其使用来实现更好的环境控制将非常困难。因此，可持续性主要集中在氟化气体上。”Corbett 解释道。
另一个关键问题围绕着日益全球化的市场中的供应链。从2023年8月1日起，镓、锗（制造半导体芯片的两种关键元素）和某些相关化合物的中国出口商在出口这些材料之前，必须获得商务部的出口许可证。
此举是为了回应西方对制造半导体器件至关重要的设备的限制。2022年的《美国芯片和科学法案》限制了对中国的高端微芯片和技术出口，这可能会影响北京在国防等领域的高性能计算能力。
这些新的限制可能会使西方公司生产电子设备变得更加昂贵和困难，进而导致消费者的价格上涨。
此举还可能迫使西方制造商通过从中国愿意出口的国家获得含有这些元素的组件来实现供应链的多样化，从而导致成本和复杂性进一步增加。
科贝特认为，除了俄罗斯的氦气供应问题外，供应链的不稳定将是该行业未来必须解决的问题。
“这些是我们今天看到的该行业面临的一些最大挑战，因为它在垂直缩放和3D设备方面继续增长，并继续消耗更多的电子气体。”
