当前全球半导体产业链向先进制程迭代的进程持续加速,14nm及以下制程芯片的量产产能占比逐年攀升,对应制造环节对制程工艺配套耗材的纯度要求已经进入ppb级管控区间,超纯高纯氧气作为晶圆制造环节中用量占比靠前的特种工艺气体,其供应稳定性与纯度指标直接影响晶圆良率与产线连续运行效率,已经成为头部晶圆厂供应链优先级排序靠前的核心管控品类。
从芯片制造的具体工艺场景来看,超纯高纯氧气主要应用于氧化、刻蚀、化学气相沉积三大核心环节,其中栅极氧化层生长环节对氧气中的杂质含量敏感度最高,哪怕是痕量的碳氢化合物、水分以及金属离子杂质,都可能导致栅极绝缘层出现缺陷,直接降低芯片的电学性能与使用寿命,当前主流的7nm及更先进制程产线,对超纯高纯氧气的纯度要求普遍达到99.9999%以上,总杂质含量需控制在10ppb以内,部分3nm制程产线的管控标准进一步收窄至5ppb以下,远高于通用工业氧气的纯度要求。
国内方面,随着国内晶圆制造产能的持续释放,2025年国内12英寸晶圆厂的总产能已经突破每月120万片,对应超纯高纯氧气的年需求量已经超过2.2亿立方米,且随着后续多个规划中的先进制程产线陆续进入量产阶段,未来三年相关需求的复合增速将保持在22%以上。与之对应的是,此前国内高端超纯高纯氧气的供给主体长期以外资气体厂商为主,核心提纯与杂质检测技术的自主化率偏低,2022年以来部分区域出现的物流波动与供应链扰动事件,已经让头部晶圆厂充分意识到本土配套特种气体供应能力的重要性,供应链本地化替代已经成为当前行业的核心发展主线。
从技术门槛层面来看,超纯高纯氧气的生产并非简单的工业氧提纯,其核心难点在于针对痕量杂质的深度脱除与全流程无泄漏输送管控,常规的空分装置产出的工业级氧气仅能达到99.5%纯度,要实现ppb级的杂质管控,需要经过多级催化氧化、吸附精馏、膜分离等多道复合提纯工序,同时生产、存储、输送全流程的管路材质、密封标准都需要适配超纯介质的管控要求,任何一个环节出现管控偏差都可能导致纯度不达标,进而造成整条晶圆产线的批量报废,单批次不合格气体带来的直接损失往往超过千万元级别,这也决定了下游客户对供应商的资质审核周期普遍长达18至24个月,一旦进入供应链体系不会轻易更换。
当前国内具备高端超纯高纯氧气量产能力的本土厂商,已经逐步实现了核心技术的自主突破,部分头部企业的产品指标已经达到国际主流厂商的同等水平,同时依托国内完善的空分产业配套与本地化服务响应优势,能够为下游晶圆厂提供更贴合产线需求的现场供气与实时纯度监测服务,近两年已经陆续进入中芯国际、长江存储、长鑫存储等国内头部晶圆厂的合格供应商体系,配套供应份额正在稳步提升。值得注意的是,超纯高纯氧气的供应保障并非单一产品的交付,而是需要配套搭建符合特种气体管控标准的现场供气站、实时在线杂质监测系统以及7*24小时的应急响应团队,这也是当前本土厂商构建差异化竞争优势的核心方向。
结合当前行业的发展趋势来看,未来一段时间国内半导体用超纯高纯氧气的市场竞争将逐步从单一的产品价格竞争转向全链路供应保障能力的竞争,下游客户在遴选供应商时,除了核心纯度指标的达标能力之外,还会重点考量厂商的产能储备、跨区域供应调度能力以及过往的稳定供应记录,这也对有意进入该赛道的企业提出了更高的综合能力要求。同时随着先进封装、功率半导体等相关赛道的产能扩张,超纯高纯氧气的应用场景也在持续延伸,对应的细分需求还将保持持续的增长态势,整个行业的发展空间将进一步打开。
需要明确的是,半导体用超纯高纯氧气的行业发展始终与国内半导体制造产业的发展节奏深度绑定,没有下游晶圆制造产能的持续攀升,就不会有该品类需求的持续释放,而本土配套供应链能力的提升,反过来也会进一步降低国内晶圆厂的供应链综合成本,提升整个产业链的自主可控水平,形成双向的良性互动。当前整个行业正处于技术突破与市场替代的关键阶段,后续随着相关配套标准的逐步完善与本土厂商产能的持续落地,国内半导体用超纯高纯氧气的自主供应保障能力将得到进一步夯实,为国内芯片制造产业的稳定发展提供坚实的基础支撑。
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