半导体材料(3)-电子特气-韭研公社

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半导体材料(3)-电子特气

踏浪修行王地瓜

中线波段的老韭菜

2023-03-23 15:21:07

电子特种气体又称电子特气，是电子气体的一个分支，相较于传统工业气体，纯度更高，其中一些具有特殊用途。电子特气下游应用广泛，是集成电路、显示面板、太阳能电池等行业不可或缺的支撑性材料。

生产过程

特种气体的主要生产工序包括气体合成、气体纯化、气体混配、气瓶处理、气体充装、气体分析检测。气体合成是将原料在特定压力、温度、催化剂等条件下，通过化学反应得到气体粗产品。气体纯化是通过精馏、吸附等方式将粗产品精制成更高纯度的产品。气体混配是将两种或两种以上有效组分气体按照特定比例混合，得到多组分均匀分布的混合气体。气瓶处理是根据载气性质及需求的不同，对气瓶内部、内壁表面及外观进行处理的过程，以保证气体存储、运输过程中产品的稳定。气体充装是指通过压力差将气体充入气瓶等压力容器；气体分析检测即为对气体的成分进行分析、检测的过程。

电子特气分类

根据制备方法和应用领域的不同，工业气体可以分为大宗气体和特种气体。大宗气体包括空分气体(由空气分离得到)和合成气体，该类气体产销量大、对纯度要求低，主要用于化工能源、金属冶炼、机械制造等；特种气体可分为高纯气体、标准气体和电子特种气体。电子特气的下游应用包括集成电路IC、显示面板(LCD、OLED)、光伏、LED等。

图1.工业气体的分类及应用

资料来源：华特气体、浙商证券

集成电路制造需经过硅片制造、氧化、光刻、气相沉积、蚀刻、离子注入等工艺环节，这个过程中需要的高纯特种气体和混合气体的种类超过50种，且每一种气体应用在特定的工艺步骤中。此外，在显示面板、LED、光伏电池片等器件的制造中的不同工艺环节均会用到多种特种气体。

表1. 电子特气在不同领域的应用

资料来源：CNKI、东兴证券

根据应用领域，将电子特气细分为刻蚀用气体、CVD 用气体、稀释气体、掺杂用气体、外延用气体、离子注入用气体、发光二极管用气体等。

表2. 电子特气在不同领域的应用

资料来源：CNKI、东兴证券

市场结构及规模

在全球电子特气市场中，半导体所消费的特种气体占总市场的73%，其次是显示面板占比约20%，化合物半导体与 LED、光伏则分别占到 4%、3%。与全球市场相比，我国半导体市场发展相对滞后，但在面板、光伏等领域具有全球领先的规模优势，因此在电子特种气体的消费结构表现上与全球有所差异，半导体市场占比42%，面板显示占比高达37%，此外光伏占比13%、化合物半导体与LED 占比 8%。随着我国加大集成电路等半导体产业的发展，各大晶圆产能的密集建设、释放，我国半导体特种气体需求在迅速扩大，市场发展空间巨大。

图2. 全球(左)及我国(右)电子特气市场结构

资料来源：Linx，前瞻产业研究院，申万宏源

根据半导体协会统计，我国电子特气市场从2010年到2020年持续增长，2020年市场规模达到174亿元。近年来，受半导体及显示产业向大陆转移、光伏行业的快速发展等因素影响，2020年增长提速。

图3. 我国电子特气市场规模我国电子特气市场规模

资料来源：中国半导体工业协会、浙商证券

竞争格局

历经多次的行业兼并整合，因此目前全球电子特种气体形成了新林德（林德集团与普莱克斯）、美国空气化工、法国液化空气集团、日本大阳日酸公司等国际巨头垄断的局面。欧美地区具有先行优势的企业机构从产业链以及技术层面对电子特种气体的发展实施封锁，特别是对一些关键电子特种气体产品实施禁运，我国电子特气市场长期被外资企业所占据。

图4. 全球(左)及我国(右)电子特气市场竞争格局

资料来源：SEMI，金宏气体，申万宏源

随着国内技术趋于成熟，部分电子特气已经逐渐实现国产化，国产企业进入者增多，主要分为三类：第一是以华特气体、金宏气体为代表的气体公司，主营业务以工业气体为主，该类公司产品种类较多，纯度较高。其中，华特气体已经有近20种气体实现了进口替代；金宏气体的超纯氨纯度达7N，在国内市场份额已达50%以上。第二是以雅克科技、南大光电为代表的半导体材料平台型公司，多维布局。雅克科技为国内含氟气体龙头企业，通过收购华飞电子、成都科美特、江苏先科切入硅微粉、含氟电子特气、前驱体等半导体材料领域；南大光电涵盖含氟、含氢两类，该类公司专注于少量电子特气品类，销售渠道广泛。第三是以昊华科技、中船重工718所为代表的综合型公司，涵盖多个领域，综合实力较强。其中中船重工718所是国内最大的三氟化氮生产企业；昊华科技依托国内重点科研院所，生产含氟材料PTFE、特种气体三氟化氮和六氟化硫。

行业壁垒

特种气体纯度提升为核心技术瓶颈。集成电路对电子特气的纯度有着苛刻的要求，因为在芯片加工过程中，极微量的杂质也可能导致产品重大缺陷，特种气体纯度越高，产品的良率越高、性能越优。伴随IC芯片制程技术的不断发展，产品的生产精度越来越高，用于集成电路制造的电子特气亦提出了更高的纯度要求。

我国加工工艺整体落后以及不符合国际规范，大部分市场被国外公司占据。先进制程的集成电路制造技术要求电子特气的纯度达到 5N-6N（99.999%-99.9999%），目前国外多数厂商电子特气纯度可维持在 6N，我国企业主要在 4N-5N 的中低端领域，少数能达到 6N。

电子特气的纯度主要受三个因素影响：

一是提纯技术。电子特气的分离和提纯原理上可分为精馏分离、分子筛吸附分离以及膜分离三大类。在实际提纯分离过程中，为提升效率和良品率，会利用多种方法进行组合，配置工艺更为复杂，还需保证产品配比精度，因此抬高了研发壁垒。

二是气体检测技术。随着电子特气的纯度越来越高，对分析检测方法和仪器提出了更高的要求。目前国外电子气体的分析己经经历了离线分析、在线分析、原位分析等几个阶段，对于高纯度电子特气的分析已开发出完整的测试体系。而由于我国电子特气行业重生产而轻检测，因此分析方法和仪器同国外厂商都有一定差距。

三是气体的储存和运输。高纯电子特气运输为一大难关，在储存和运输过程中要求使用高质量的气体包装储运容器、以及相应的气体输送管线、阀门和接口，以防止气体二次污染。

参考资料：

1. 华创证券-半导体材料景气持续，国产替代正当时

2. 申万宏源-华特气体 (688268)—半导体特种气体国内领先者，产品品类持续扩张，成长进入快车道