半导体实验室的气路系统设计和普通工业车间完全不是一个量级。一台电子束曝光机或者薄膜沉积设备，对氮气、氧气和氩气的纯度要求通常在99.999%以上，管路里多一个微米级的油污颗粒，都可能毁掉整片晶圆。集中供气方案的核心思路，是把所有气源集中管理，通过专用管路把合格气体送到每个实验台，而不是在每个设备旁边放一堆钢瓶。
大宗气部分一般从液氮罐或者杜瓦罐开始。氮气用量最大，实验室通常配置一个2到3立方米的液氮储罐，依靠汽化器把液氮转化成常温气体，经过调压阀组后进入车间主管路。氧气和氩气用量相对小，用杜瓦瓶组通过自动切换汇流排供气，一组钢瓶用完自动切换到另一组，中间不需要人工干预，实验不会因为换瓶而中断。主管路从气源间引出，沿着吊顶或墙体走到每个用气区域，每个分支点设置球阀和调压阀，方便独立关停和检修。
特气间的设计是整个系统里安全等级最高的部分。硅烷、磷烷、砷烷这些气体一旦泄漏，后果不堪设想。特气间要单独设置，与实验室主体区域用防爆墙隔开，通风换气次数不低于每小时12次，排风口安装在气体密度对应的高度位置。每个特气钢瓶都放在密闭的气瓶柜里，柜内安装固定式气体探测器，报警值通常设在25%LEL或者IDLH浓度的一半。探测器联动排风机和紧急切断阀，一旦检测到泄漏浓度超标，自动切断气源并加大排风。
管道材质是保证气体纯度的关键。半导体实验室的高纯气体管路普遍采用316L EP级不锈钢管，内壁经过电解抛光处理，表面粗糙度Ra值控制在0.25微米以下。管路连接全部采用自动轨道氩弧焊，焊缝内部做氦气保护，防止氧化产生焊缝夹渣和氧化皮。管路安装完成后要做氦质谱检漏，泄漏率要求小于1乘10的负9次方帕立方米每秒。管材从气瓶出口到用气点全程不能有普通碳钢或者黄铜接头，这些材质会析出金属离子污染高纯气体。
气体纯化器和终端过滤是最后一道把关。大宗氮气在进入管路之前经过一级纯化器，把水分和残余氧气降到ppb级。每个用气点前端再安装一个小型纯化器和终端过滤器，过滤精度达到0.003微米，拦住管路安装过程中残留的微粒。纯化器通常设计成一用一备，切换时不停气，在线监测纯度数据，一旦输出纯度偏离设定值自动切换到备用单元。终端过滤器要定期更换滤芯，更换周期根据用气量和污染程度确定。
监测和报警系统把所有气路状态汇聚到实验室的中控面板上。每个调压阀组的出口压力、纯化器进出口纯度、气瓶柜内气体探测器读数都实时显示，异常情况声光报警并记录日志。设计这套系统时，要预留好未来扩展的接口和备用管路位置，实验室新增加设备时不用重新走主管路，从预留分支口接出来就行。整个方案的造价不低，但相比因为气体纯度不达标而报废实验样品和晶圆的损失，这笔投入是值得的，长期来看性价比很高。
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