半導(dǎo)體第二大材料，電子特氣加速國產(chǎn)化

一集成電路領(lǐng)域應(yīng)用

電子特種氣體，簡稱電子特氣，是指應(yīng)用于電子行業(yè)的氣體，是工業(yè)氣體中附加值比較高的特殊用途氣體。電子特氣主要用于集成電路、顯示面板、LED、光伏電池領(lǐng)域，其質(zhì)量直接影響電子器件的成品率和性能。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，從全球來看，電子特種氣體應(yīng)用于集成電路行業(yè)的需求占市場總需求的71%，應(yīng)用于顯示面板行業(yè)的需求占市場總需求的18%；從我國來看，電子特種氣體應(yīng)用于集成電路行業(yè)的需求占市場總需求的42%，應(yīng)用于顯示面板行業(yè)的需求占市場總需求的37%。

電子特氣下游需求

資料來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

在集成電路領(lǐng)域，電子特氣是晶圓制造的關(guān)鍵耗材，在半導(dǎo)體制造材料中的成本占比約14%，僅次于硅片，對半導(dǎo)體產(chǎn)品性能至關(guān)重要。電子特氣貫穿晶圓加工的制備外延片、清洗、沉積和氧化成膜、光刻、刻蝕、摻雜各環(huán)節(jié)，有著芯片加工之“糧食”的稱號。目前半導(dǎo)體行業(yè)各個環(huán)節(jié)使用的特種氣體有114種，常用的有44種，主要包含有三氟化氮、六氟化鎢、六氟丁二烯、氨氣等，一般采用液態(tài)與瓶裝氣體生產(chǎn)模式。

2022年晶圓制造材料結(jié)構(gòu)市場占比

資料來源：SEMI、觀研天下

電子特氣廣泛應(yīng)用于清洗、成膜、光刻、刻蝕、摻雜等半導(dǎo)體制造工序。

各工藝電子特氣數(shù)量

資料來源：ICMtia

清洗是指用化學(xué)或物理方法對芯片加工過程及CVD反應(yīng)腔室中附著的雜質(zhì)、殘留物等進行清理，是芯片制造中步驟最多的工藝，主要的清洗氣體包括三氟化氮等。

成膜是指原料氣或蒸汽通過氣相反應(yīng)沉積出一層金屬或者氧化物亦或氮化物的過程，主要的成膜氣體包含有六氟化鎢、硅烷、笑氣、氨氣等?？涛g氣體用于有選擇地從硅片表面去除不需要的光阻或者光刻膠，其基本目標是在涂膠的硅片上正確地復(fù)制掩模圖形?？涛g氣體主要為氟碳類氣體，如一氟甲烷，二氟甲烷或者三氟甲烷等，除此外，鹵素類氣體也用于刻蝕過程，如氯化氫、溴化氫與氯氣等。

光刻過程中，需要充入混合氣，在受到高壓激發(fā)后，混合氣會形成等離子體，在其過程中產(chǎn)生的固定波長的光線在經(jīng)過聚合、濾波等過程后形成光刻機光源，主要的混合氣有氬/氟/氖混合氣、氪/氖混合氣、氬/氖混合氣、氬/氙/氖混合氣等。在半導(dǎo)體器件和集成電路制造中，通過將摻雜氣體摻入半導(dǎo)體材料內(nèi)以使其具有所需要的導(dǎo)電類型和一定的電阻率，主要摻雜氣體包括砷烷、磷烷、硼烷、三氟化硼等。

ICMtia數(shù)據(jù)顯示，成膜、清洗+刻蝕是集成電路制造中使用電子特氣規(guī)模最大的兩個環(huán)節(jié)，2021年國內(nèi)市場規(guī)模分別為12.9、17.9億元。

電子特氣產(chǎn)品分類

資料來源：中船特氣招股說明書

從單品類特種氣體市場規(guī)模來看，根據(jù)Linx Consulting數(shù)據(jù)，2021年全球電子特種氣體市場規(guī)模為44.23億美元，三氟化氮、六氟化鎢與六氟丁二烯為電子特氣使用量最大的三種氣體，市場規(guī)模分別為8.80、3.35與3.11億美元，前十氣體市場規(guī)模占比為58%，主要應(yīng)用于成膜、清洗與刻蝕環(huán)節(jié)。從工藝環(huán)節(jié)用特種氣體市場規(guī)模來看，ICMtia數(shù)據(jù)顯示，成膜、清洗+刻蝕是集成電路制造中使用電子特氣規(guī)模最大的兩個環(huán)節(jié)，2021年國內(nèi)市場規(guī)模分別為12.9、17.9億元。

電子特氣各品類市場規(guī)模

資料來源：Linx Consulting

 

 

二

行業(yè)壁壘高，國產(chǎn)化方興未艾

電子特氣的質(zhì)量衡量指標主要為純度和配比精度。純度是電子特種氣體重要指標之一，直接影響芯片的良品率和可靠性。通常情況下，氣體純度用百分數(shù)表示，如99.99%（4N）、99.999%（5N）、99.9995%（5N5）等。隨著集成電路制造工藝的迭代升級，線寬越來越窄，晶體管密度越來越高，對電子特氣的純度、穩(wěn)定性等指標的要求也越來越高，部分氣體純度需要達到6N及以上。

電子特氣產(chǎn)品純度等級

資料來源：液空中國官網(wǎng)

特種氣體具有較高的技術(shù)壁壘、客戶認證壁壘、營銷網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)壁壘和資質(zhì)壁壘。電子特種氣體種類較多，不同類產(chǎn)品的合成、純化等工藝技術(shù)可能存在較大差異，且工藝路線長、過程復(fù)雜；同時，電子特種氣體對產(chǎn)品純度、產(chǎn)品指標的穩(wěn)定性和一致性要求極高，需要對生產(chǎn)過程中各類雜質(zhì)含量進行精準有效的控制，工藝難度較大。下游廠商對氣體產(chǎn)品的質(zhì)量和供應(yīng)穩(wěn)定性有極高的要求，對于原材料和供應(yīng)商的認證和選擇非常嚴格，因此在向客戶推廣時面臨較高的準入壁壘，需要較長時間的審核認證周期。

電子特氣市場集中度高，當前全球和中國電子特氣市場主要被林德集團、液化空氣、空氣化工和日本酸素等公司占據(jù)。2020年全球電子特氣市場中，林德占比20.2%、液化空氣占比15.5%、空氣化工占比6.6%、大陽日酸占比5.5%；2020年中國電子特氣市場中，空氣化工、林德、液化空氣、大陽日酸占比分別為25%、23%、22%、16%。國內(nèi)企業(yè)起步較晚，但近年來已在部分氣體產(chǎn)品中取得突破，技術(shù)實力不斷提升，競爭力不斷增強。

據(jù)中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，我國僅能生產(chǎn)約20%的集成電路生產(chǎn)用電子特氣品種，目前國內(nèi)廠商攻克了成膜、光刻、刻蝕、清洗與離子注入等步驟的部分難點，其余均依賴進口，進口電子氣體價格昂貴、運輸不便，使得電子特氣國產(chǎn)替代需求強烈、空間廣闊。

我國僅能生產(chǎn)20%品種的集成電路生產(chǎn)用的電子特氣

資料來源：中船特氣招股說明書，浙商證券研究所

經(jīng)過多年的研發(fā)生產(chǎn)，目前部分電子特氣已經(jīng)逐漸實現(xiàn)國產(chǎn)化，國內(nèi)企業(yè)進入者增多，主要可分為三類：1）以華特氣體、金宏氣體為代表的氣體公司，主營業(yè)務(wù)以工業(yè)氣體為主，該類公司氣體產(chǎn)品種類較多，逐步覆蓋電子氣體部分品種；2）以中船特氣、昊華科技等為代表的專業(yè)特氣公司，立足于電子特氣主營業(yè)務(wù)，經(jīng)過多年的技術(shù)積累，部分品類已形成了獨特的競爭力，發(fā)展?jié)摿Υ螅?）以雅克科技、南大光電為代表的電子材料平臺型公司，通過并購以及自主研發(fā)方式實現(xiàn)光刻膠、電子特氣等產(chǎn)品的多維布局。

已實現(xiàn)國產(chǎn)替代的特種氣體產(chǎn)品

資料來源：公司招股書、各公司公告、觀研天下

 

 

 

三

行業(yè)發(fā)展情況

中國電子特氣行業(yè)周期性并不顯著，從光伏行業(yè)爆發(fā)帶來電子特氣的第一次迅速發(fā)展到后續(xù)LED、顯示面板以及集成電路行業(yè)的相繼接力，2009年至今行業(yè)發(fā)展大致可分為四個階段。

我國電子特氣市場發(fā)展階段

資料來源：未來智庫

2009-2011年，隨著光伏組件價格下降、光伏電站收益率上升，光伏裝機需求顯著上升。2009-2011年中國光伏發(fā)電新增裝機容量由0.2GW增長至2.1GW，年復(fù)合增速為259%，光伏裝機需求的爆發(fā)式增長帶來了電子特氣市場的第一次發(fā)展。

2012-2014年，光伏行業(yè)走弱，LED接力，2010年以來LED產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)能擴張與其替代白熾燈給LED打開廣闊市場空間，2012年-2014年LED市場規(guī)模由1920億元增長至3507億元，年復(fù)合增速35%，高于“十二五”規(guī)劃增速26%。LED市場的高速增長承接了2012年歐美雙反所帶來的光伏行業(yè)下滑對電子特氣市場的影響，電子特氣市場實現(xiàn)穩(wěn)定增長。

2015-2018年，顯示面板行業(yè)量價回升維持電子特氣行業(yè)10%以上增長。中國TV品牌崛起提升了對大尺寸面板的需求，隨著國內(nèi)面板廠商京東方與華星光電開展大尺寸面板產(chǎn)能擴張，以及中國臺灣地震影響群創(chuàng)等公司產(chǎn)能，面板價格迅速上升，量價齊升帶來顯示面板市場迅速回溫，電子特氣市場穩(wěn)定增長。

2019-2022年，集成電路行業(yè)高速發(fā)展，電子特氣增長提速。隨著大數(shù)據(jù)、云平臺、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展與5G應(yīng)用的到來，芯片市場需求強勁，先進工藝和成熟工藝快速成長，2019-2021年中國集成電路市場復(fù)合增速為19%，集成電路行業(yè)的高速發(fā)展維持了電子特氣的穩(wěn)定增長。

近年來全球電子特氣市場規(guī)模逐年增長，據(jù)TECHCET，預(yù)計到2025年全球電子特氣市場規(guī)模將達到60.23億美元，CAGR為7.3%。我國正積極承接全球第三次半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，下游市場對電子特種氣體的需求快速提升，據(jù)SEMI，2022年中國電子特氣市場規(guī)模約為220.8億元，同比增長12.77%，未來幾年，由于先進邏輯制程及存儲技術(shù)需求增加、顯示市場持續(xù)增長、“碳中和”及“碳達峰”對光伏需求的增加，預(yù)計電子特氣市場需求將持續(xù)保持高速增長。