電子特氣國產(chǎn)替代化加速

• 柯壯賓 2023年5月10日 來源：中研網(wǎng) 949 59
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電子特氣是半導(dǎo)體制造關(guān)鍵原材料，技術(shù)壁壘和認(rèn)證壁壘高，全球寡頭壟斷格局明顯；電子特氣國產(chǎn)替代空間大，國產(chǎn)替代進程有望加速推進；半導(dǎo)體等下游行業(yè)蓬勃發(fā)展，電子特氣需求有望快速增長。

電子特氣是半導(dǎo)體材料制造的關(guān)鍵原材料，下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。工業(yè)氣體是工業(yè)中使用的常溫常壓下呈氣態(tài)的物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的各個領(lǐng)域，根據(jù)其用量大小可以分為大宗氣體和特種氣體兩類，其中大宗氣體又可分為空分氣體（氧氣、氮氣、氬氣及稀有氣體）和合成氣體（CO/H2、乙炔、CO2等），特種氣體根據(jù)用途不同可分為電子特種氣體、醫(yī)療保健用氣體、食品飲料用氣體、航天用氣體等。

電子氣體種類繁多，按照用途劃分為電子特種氣體和電子大宗氣體兩類。電子大宗氣體一般用作電子工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境保護氣、載氣等，常用于高溫?zé)嵬嘶?、保護氣體、清洗氣體等環(huán)節(jié)。電子特種氣體普遍應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片、液晶面板材料制造等各個工藝流程中，比如清洗、沉積、光刻、刻蝕、離子注入、成膜、摻雜等環(huán)節(jié)。截至2020年，僅特種氣體中的單一組分氣（不包含混合氣）已有260種，具有相近化學(xué)組成的同系物通常具有相似化學(xué)性質(zhì)：例如氟化物（六氟乙烷、三氟化碳）都具有腐蝕性，常用作半導(dǎo)體刻蝕氣；硅烷與乙硅烷都可用作氣相沉積成膜工藝。

電子特氣主要應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域，在刻蝕和摻雜工藝中使用占比較高。電子特種氣體具有高技術(shù)、高附加值的特點，是半導(dǎo)體、液晶顯示面板、光伏、LED等電子工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的基礎(chǔ)和支撐性原材料，被廣泛應(yīng)用于清洗、光刻、刻蝕、摻雜、外延沉積等工藝中。根據(jù)Linx統(tǒng)計，全球電子特氣下游應(yīng)用市場中半導(dǎo)體占比為73.1%，顯示面板為19.4%，化合物半導(dǎo)體/LED為4.4%，光伏為3.1%；中國電子特氣下游應(yīng)用市場中半導(dǎo)體、顯示面板、光伏分別占比43%、21%、13%。根據(jù)成分與用途的不同，可以將電子特氣分為：光刻用氣、刻蝕用氣、摻雜用氣、外延沉積用氣等，其中，刻蝕用氣、摻雜用氣用量較多，2021年占比分別為36%和34%。

電子特氣是晶圓制造過程中僅次于硅片的第二大原材料，貫穿晶圓制造只要工藝流程。晶圓制造原材料中硅片占比約為32.9%，其次是電子特氣占比為14.1%，電子特氣作為大額用量的耗材，貫穿晶圓制造工藝的全流程。在晶圓制造的整套工藝生產(chǎn)過程中，使用到的電子氣體高達100種，核心工段涉及的電子特氣種類約40-50種，貫穿成膜、清洗、沉積、刻蝕、摻雜、離子注入等工藝流程中，因此電子特氣也被稱為晶圓的“糧食”。

表：電子特種氣體主要產(chǎn)品及其應(yīng)用

在晶圓制造的沉積成膜工藝流程中：首先使用氟化銨和氟化氫等多元電子特氣吹掃刻蝕晶圓基板，以獲得平整規(guī)則的晶圓表面；然后使用鉿烷/氧/氬混合電子特種氣進行沉積吹掃，在晶圓表面上形成一層氧化鉿膜；最后使用硅烷/氧/氬混合氣進行沉積吹掃，繼續(xù)在氧化鉿膜的表面上形成一層氧化硅膜。氟化物電子特氣刻蝕晶圓基材的化學(xué)原理為：氟離子具有強酸性，可以與硅片發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，腐蝕掉晶圓表面的硅膜。在晶圓上“雕刻”電路圖，是通過光刻工藝實現(xiàn)的，需要依次經(jīng)過：沉積成膜→光阻成膜→顯影→光刻刻蝕→光阻去除等五個步驟，反復(fù)進行以上步驟，就可以將光罩上的電路圖轉(zhuǎn)移到晶圓上，實現(xiàn)集成電路的設(shè)計制造，以上步驟中均需要不同種類的電子特氣參與。

特種氣體具有較高的技術(shù)壁壘、客戶認(rèn)證壁壘、營銷網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)壁壘和資質(zhì)壁壘。以上工藝體現(xiàn)出本行業(yè)極度依賴大型化工裝置、專業(yè)且特殊的檢測設(shè)備、專業(yè)技術(shù)與經(jīng)驗積累，非專業(yè)從事氣體生產(chǎn)的公司，需要另外購買大批量先進的生產(chǎn)設(shè)備，從零積累氣體純化、混配、充裝、鋼瓶處理與分析檢測等技術(shù)經(jīng)驗，這需要付出高昂的成本。

（1）技術(shù)壁壘：特種氣體在其生產(chǎn)過程中涉及合成、純化、混合氣配制、充裝、分析檢測、氣瓶處理等多項工藝技術(shù)，以及客戶對純度、精度等的高要求，對行業(yè)的擬進入者形成了較高的技術(shù)壁壘；

（2）客戶認(rèn)證壁壘：作為關(guān)鍵性材料，特種氣體的產(chǎn)品質(zhì)量對下游產(chǎn)業(yè)的正常生產(chǎn)影響巨大，因此對極大規(guī)模集成電路、新型顯示面板等精密化程度非常高的下游產(chǎn)業(yè)客戶而言，對氣體供應(yīng)商的選擇極為審慎、嚴(yán)格，形成了客戶認(rèn)證壁壘，其中顯示面板行業(yè)用特種氣認(rèn)證長達1-2年，集成電路領(lǐng)域用特種氣認(rèn)證長達2-3年。電子特氣的質(zhì)量將決定半導(dǎo)體產(chǎn)品質(zhì)量，因此客戶選擇電子特氣供應(yīng)商必須經(jīng)過審廠和產(chǎn)品認(rèn)證兩輪嚴(yán)格的審核認(rèn)證才能獲得認(rèn)可；

（3）營銷網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)壁壘：客戶對氣體種類、響應(yīng)速度、服務(wù)質(zhì)量的高要求都使得營銷網(wǎng)絡(luò)在氣體企業(yè)的經(jīng)營中處于重要地位，其次客戶對工業(yè)氣體產(chǎn)品的種類需求豐富，對氣體公司的綜合服務(wù)能力要求較高，因此形成了營銷網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)壁壘；

（4）資質(zhì)壁壘：工業(yè)氣體屬于危險化學(xué)品，在其生產(chǎn)、儲存、運輸、銷售等環(huán)節(jié)均需通過嚴(yán)格的資質(zhì)認(rèn)證，這對行業(yè)新進入者形成了較高的資質(zhì)壁壘。

電子特氣主要采用瓶裝供氣和儲槽供氣兩種方式。電子大宗氣體主要以現(xiàn)場制氣為主。由于電子特氣具有超高純度的指標(biāo)要求，且具有品類多、批量小、高頻次的應(yīng)用特點，采用瓶裝供氣模式是電子特氣行業(yè)的主流銷售模式，此外對一些需求量較大的電子特氣還會采用長管拖車（魚雷車）的運輸方式，因此配送能力和交付能力也是重要的競爭優(yōu)勢。

不同氣體供應(yīng)商之間的服務(wù)差異較大，一站式綜合服務(wù)可以增加客戶粘性，比如額外提供容器檢測、維修，供氣系統(tǒng)的設(shè)計和安裝等配套服務(wù)，從而構(gòu)成了電子特氣行業(yè)的客戶服務(wù)壁壘。

近年來全球工業(yè)氣體市場持續(xù)穩(wěn)步增長，中國工業(yè)氣體市場發(fā)展?jié)摿Υ?。?jù)億渡數(shù)據(jù)，2021年全球工業(yè)氣體市場規(guī)模9432億元，CAGR為6.97%，預(yù)計到2026年將達到13299億元，CAGR為7.11%。2021年中國工業(yè)氣體行業(yè)的市場規(guī)模1798億元，CAGR為10.39%，預(yù)計到2026年將達到2842億元，CAGR為9.59%。雖然中國工業(yè)氣體行業(yè)較全球起步晚，與國際氣體規(guī)模還存有較大差距，但中國市場增速遠高于以美國為代表的發(fā)達國家，同時在國家政策推動下，以電子特種氣體為代表的新興用氣需求不斷爆發(fā)，未來中國工業(yè)氣體市場發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

中國特種氣體市場規(guī)模CAGR高達18%，預(yù)計2026年將超800億元。近年來，中國特種氣體市場規(guī)?？焖僭鲩L，從2017年的175億元增長至2021年的342億元，CAGR高達18%。根據(jù)億渡數(shù)據(jù)，預(yù)計到2026年中國特種氣體行業(yè)的市場規(guī)模將增長到808億元，CAGR為18.76%。

2022年中國電子特氣市場規(guī)模超200億元，預(yù)計未來仍將保持高速增長。近年來全球電子特氣市場規(guī)模逐年增長，據(jù)國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）數(shù)據(jù)，2017年全球電子特氣市場規(guī)模為37億美元，2022年已經(jīng)達到50億美元，預(yù)計到2025年全球市場規(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，2022年中國電子特氣市場規(guī)模為220.8億元，同比增長12.77%，未來幾年，由于先進制程及存儲技術(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繼續(xù)保持高速增長。

中國特氣市場主要被外資占據(jù)，國產(chǎn)化比例有望不斷提高。全球和中國電子特氣市場均主要被海外公司占據(jù)，主要生產(chǎn)商分別為美國空氣化工、德國林德集團（林德集團和普萊克斯合并）、法國液化空氣和日本酸素（原名大陽日酸），合計占據(jù)全球電子特氣91%的市場份額，并且在中國占據(jù)主導(dǎo)地位，據(jù)TECHCET，2020年外資在中國電子特氣市場的合計市占率約85%，據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，到2025年中國電子特氣市場的國產(chǎn)化占比將提高到25%。

全球電子特氣產(chǎn)品細(xì)分種類繁多，前十大品種市場份額占比56%。據(jù)LinxConsulting統(tǒng)計，2021年全球主要電子特氣品種三氟化氮、六氟化鎢、六氟丁二烯、氨氣市場規(guī)模分別為8.8億、3.4億、3.1億、1.9億美元，前十大品種試產(chǎn)股規(guī)模合計25.4億美元，約占全球電子特氣市場份額56%。

國產(chǎn)電子特氣在部分細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域內(nèi)具有競爭優(yōu)勢，打破了國外技術(shù)的壟斷。經(jīng)過近十年的發(fā)展，我國電子特氣企業(yè)持續(xù)更新工藝設(shè)備和探索生產(chǎn)技術(shù)，在產(chǎn)品研發(fā)上陸續(xù)取得了重大突破，部分產(chǎn)品的容器處理技術(shù)、氣體提純技術(shù)、氣體充裝技術(shù)和檢測技術(shù)已經(jīng)達到了國際通行標(biāo)準(zhǔn)，已在部分特氣產(chǎn)品打破國外壟斷，實現(xiàn)國產(chǎn)替代，例如金宏氣體的超純氨純度，高純氧化亞氮，高純氫和高純氮等產(chǎn)品；華特氣體的高純六氟乙烷、高純四氟化碳、高純二氧化碳等產(chǎn)品，河南硅烷科技公司的硅烷混合氣產(chǎn)品，南大光電的磷烷砷烷等各種電子特種氣體，品質(zhì)已和外資氣體巨頭處于同一水平，成為國內(nèi)電子半導(dǎo)體領(lǐng)域眾多知名客戶的氣體供應(yīng)商。

從電子特氣行業(yè)內(nèi)的細(xì)分產(chǎn)品來看，磷烷和砷烷是晶圓加工制造工藝中用于化學(xué)氣相沉積和摻雜過程的關(guān)鍵材料，國內(nèi)產(chǎn)能在全球占比相對較高。根據(jù)QYResearch數(shù)據(jù)，預(yù)計2028年時我國高純磷烷的產(chǎn)能預(yù)計將提升至292噸，全球占比60.8%，2022-2028年平均增長率將達到19.2%，屆時我國高純磷烷市場銷售規(guī)模將達到3.3億元，全球占比達到46%；預(yù)計2028年時我國高純砷烷的產(chǎn)能預(yù)計將提升至180噸，全球占比62.1%，2022-2028年平均增長率將達到23.8%，屆時我國的高純砷烷市場銷售規(guī)模將達到1.59億元，全球占比達到38.9%，我國已成為全球高純磷烷和砷烷特種氣體的主要銷售地區(qū)。

國產(chǎn)刻蝕氣三氟化氮、六氟乙烷等細(xì)分產(chǎn)品具有競爭優(yōu)勢。用于半導(dǎo)體制造工藝中刻蝕和清洗工段的特種三氟化氮是市場規(guī)模最大的電子特氣，2021年全球產(chǎn)能約3萬噸，中國產(chǎn)能占比三分之一。特種六氟乙烷氣體是用于小線寬制程的刻蝕清洗氣體，2021年全球產(chǎn)能約584噸，中國產(chǎn)能占比60%。六氟化硫氣體也是用于半導(dǎo)體刻蝕過程的特種氣體，價格較三氟化氮更低廉，2021年全球產(chǎn)能約2萬噸，中國產(chǎn)能占比50%。此外，還有用于氧化沉積步驟的高純氨特種氣體，中國產(chǎn)能占全球50%以上。

地緣政治沖突導(dǎo)致外源稀有氣體供應(yīng)短缺，中國稀有氣體迎來發(fā)展機遇。烏克蘭是全球稀有氣體主要供應(yīng)國之一，其供應(yīng)了全球約70%的氖氣、40%的氪氣和30%的氙氣，俄羅斯是氦氣主要供應(yīng)國，俄烏沖突導(dǎo)致其稀有氣體生產(chǎn)和外輸受阻，極大程度地影響全球電子稀有氣體供應(yīng)鏈，2022年上半年稀有氣體價格出現(xiàn)大幅上漲，進一步增厚了特氣企業(yè)的利潤，同時也為國內(nèi)高純稀有氣體產(chǎn)品導(dǎo)入國外公司提供了前所未有的發(fā)展機遇。

國內(nèi)氣體公司不斷實現(xiàn)技術(shù)突破，市場份額有望擴大。中國電子特氣企業(yè)起步晚，工藝技術(shù)、企業(yè)規(guī)模等與國外領(lǐng)先企業(yè)仍存在一定差距，國產(chǎn)企業(yè)第一梯隊包括華特氣體、金宏氣體、南大光電和雅克科技，2020年市場份額占比分別為1.91%、1.56%、1.5%和1.3%。與國外氣體公司相比，大部分國內(nèi)氣體公司的供應(yīng)產(chǎn)品仍較為單一，用氣級別不高，尤其在集成電路、顯示面板、光伏能源、光纖光纜等高端領(lǐng)域。盡管與國際氣體公司相比，國內(nèi)氣體公司在資金、技術(shù)、設(shè)備等方面仍有差距，但在技術(shù)不斷突破、國家政策扶持、下游市場發(fā)展迅速等多重因素影響下，加上國內(nèi)企業(yè)擁有低成本、貼近客戶、反應(yīng)靈活等優(yōu)勢，國內(nèi)氣體企業(yè)的競爭力將不斷增強，市場份額有望擴大。

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  2023-2028年中國電子特氣行業(yè)發(fā)展趨勢及投資預(yù)測報告

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