芯片制造的“血液”——電子特氣市場(chǎng)全景解析

電子特種氣體（簡(jiǎn)稱電子特氣）是特種氣體的重要分支。它幾乎滲透到半導(dǎo)體生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，參與到化學(xué)氣相沉積、光刻、刻蝕、摻雜等工藝，是電子行業(yè)的重要原材料，被稱作芯片制造的“血液”。

 

 

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)原材料規(guī)模占比中，電子特氣位列第二，僅次于大硅片的市場(chǎng)需求。

 

01 電子特氣市場(chǎng)概況

 

由于電子特氣是大規(guī)模集成電路、平面顯示器件、化合物半導(dǎo)體器件、太陽(yáng)能電池、光纖等電子工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的基礎(chǔ)和支撐性材料，隨著這些市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電子特氣的需求也逐步上升。

 

工業(yè)氣體產(chǎn)業(yè)鏈

 

根據(jù)TECHCET數(shù)據(jù)，2020年，全球電子特氣市場(chǎng)規(guī)模為58.5億美元，預(yù)計(jì)在2025年將超80億美元，年復(fù)合增速達(dá)到6.5%。

 

在未來(lái)的3-5年，先進(jìn)邏輯芯片、高端存儲(chǔ)芯片、面板將成為電子氣體市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。

02 國(guó)產(chǎn)電子特氣未來(lái)

 

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)電子特氣大多依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化率只有15%，進(jìn)口制約較為嚴(yán)重。

 

從產(chǎn)品種類上看，據(jù)中國(guó)工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前集成電路生產(chǎn)用的電子特氣，我國(guó)能生產(chǎn)的品種約為20%，主要集中在集成電路的清洗、蝕刻、光刻等工藝環(huán)節(jié)，對(duì)摻雜、沉積等工藝的特種氣體僅有少部分品種取得突破。

 

然而，進(jìn)口電子氣體價(jià)格昂貴、運(yùn)輸不便，且基于自主可控的供應(yīng)鏈安全，電子特氣國(guó)產(chǎn)化替代需求強(qiáng)烈、空間廣闊，外加下游Fab廠的加速認(rèn)證，未來(lái)國(guó)產(chǎn)化率將顯著提高。

 

這一趨勢(shì)可以從全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈向國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移中看出，該結(jié)果也導(dǎo)致國(guó)內(nèi)電子氣體市場(chǎng)增速明顯，遠(yuǎn)高于全球增速。2019年，我國(guó)電子特氣行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為140.2億元，2020年規(guī)模達(dá)到173.6億元，同比增速達(dá) 23.8%。

 

中國(guó)電子特氣市場(chǎng)規(guī)模與增速

 

根據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，到2022年全球?qū)⑿聰U(kuò)建29座晶圓廠，其中中國(guó)大陸將新建8座晶圓廠。當(dāng)前我國(guó)正積極承接全球第三次半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，隨著全球晶圓廠的加速擴(kuò)建以及產(chǎn)能的逐步釋放，下游市場(chǎng)對(duì)電子特種氣體的需求廣闊，電子特氣的市場(chǎng)空間有望持續(xù)擴(kuò)大。

 

國(guó)家政策對(duì)工業(yè)氣體的發(fā)展大力支持，同樣利好電子特氣的國(guó)產(chǎn)化發(fā)展。

 

中國(guó)工業(yè)氣體政策

 

03 電子特氣過(guò)濾

 

 

電子特氣的種類繁多，參與半導(dǎo)體生產(chǎn)的多個(gè)環(huán)節(jié)。

 

 

 

化學(xué)氣相沉積

 

沉積多晶硅薄膜，通常用硅烷（SiH?）進(jìn)行高溫反應(yīng)。

 

 

光刻

 

光刻用電子氣體（鐳射氣體）是用來(lái)產(chǎn)生光刻機(jī)光源的電子氣體，根據(jù)光刻光源波長(zhǎng)的不同而不同。

 

 

 

刻蝕

 

干法刻蝕主要利用氣體與等離子體進(jìn)行刻蝕，四氟化碳是目前電子工業(yè)中用量最大的等離子刻蝕氣體。

 

 

 

摻雜

 

擴(kuò)散和離子注入是半導(dǎo)體摻雜的兩種主要工藝。擴(kuò)散是在合適的溫度和濃度梯度下，用III、V族元素占據(jù)硅原子位置。離子注入是將具有很高能量的雜質(zhì)離子射入半導(dǎo)體襯底中，也是目前應(yīng)用最廣泛的主流摻雜工藝。

 

由于半導(dǎo)體涉及的工藝已經(jīng)到了納米尺度，其性能優(yōu)劣與電子特氣的質(zhì)量高低息息相關(guān)，因此，電子特氣也是特種氣體中對(duì)于純度、質(zhì)量穩(wěn)定性要求最高的。

 

 

 

 

經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下更加強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，集成電路、顯示面板、光伏能源、光纖光纜、新能源汽車、航空航天、環(huán)保、醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率將愈加突出。

 

特種氣體作為上述產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的關(guān)鍵性材料，其市場(chǎng)規(guī)模將繼續(xù)保持高速發(fā)展。

 

近年來(lái)國(guó)家發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)指南》等指導(dǎo)性文件，旨在推動(dòng)包括特種氣體在內(nèi)的關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化。在下游市場(chǎng)需求高速擴(kuò)張，國(guó)家政策進(jìn)行支持等多重因素的影響下，我國(guó)特種氣體行業(yè)有望在未來(lái)加快國(guó)產(chǎn)替代步伐，實(shí)現(xiàn)高速發(fā)展。