電子特氣：第二大半導(dǎo)體材料，國產(chǎn)替代空間廣闊
隨著全球半導(dǎo)體、顯示面板等電子產(chǎn)業(yè)鏈不斷向亞洲、中國大陸地區(qū)轉(zhuǎn)移，包括電子特氣在內(nèi)的上游原材料精細化程度持續(xù)提升，且實現(xiàn)國產(chǎn)替代意義重大。#半導(dǎo)體#
電子特種氣體是電子工業(yè)重要的原材料之一，主要應(yīng)用于冶金、化工和機械制造等傳統(tǒng)行業(yè)，以及集成電路、液晶面板、太陽能電池、光纖光纜、醫(yī)療健康、高端裝備制造等新興行業(yè)。
根據(jù)Linx Consulting資料顯示，半導(dǎo)體市場所需電子特氣占比達70%左右，液晶顯示和晶硅太陽能電池需求占比分別為20%和4%。
電子特氣：半導(dǎo)體制造的“糧食”
在半導(dǎo)體材料中，電子氣體是僅次于大硅片的第二大市場需求。
電子特氣在晶圓制造過程中占材料成本的14%左右，幾乎滲透到集成電路生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)，對集成電路的性能、集成度和成品率都有重大影響，被稱為半導(dǎo)體制造的“血液”和“糧食”。
根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會，我國2020年集成電路產(chǎn)業(yè)銷售規(guī)模達8848億元，同比增長17%，過去5年復(fù)合增速達20%，對電子特氣的需求帶來了持續(xù)、強勁的拉動。
隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈向國內(nèi)轉(zhuǎn)移，國內(nèi)電子氣體市場提速明顯，遠高于全球增速。
根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，中國電子特氣2020年市場規(guī)模為150億元，占全球比例約為48%，相較于2011年占比翻了一倍，2011-2020年市場規(guī)模中國CAGR遠高于全球數(shù)據(jù)，中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會預(yù)計2024年中國電子特氣市場規(guī)模將達到230億元，占比提高至接近60%。
電子特氣應(yīng)用于晶圓制造的各個環(huán)節(jié)：
電子特氣的純度直接決定了產(chǎn)品的性能、集成度和成品率。電子特氣純度每提高一個數(shù)量級，都能推動半導(dǎo)體器件產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。
在半導(dǎo)體集成電路中，電子氣體主要應(yīng)用于蝕刻、摻雜、CVD、清洗等。
在晶圓制程中部分工藝涉及氣體刻蝕工藝的應(yīng)用，主要涉及CF4、NF3、HBr等；摻雜工藝即將雜質(zhì)摻入特定的半導(dǎo)體區(qū)域中以改變半導(dǎo)體的電學(xué)性質(zhì)，需要用到三階氣體B2H6、BF3以及五階氣體PH3、AsH3等；在硅片表面通過化學(xué)氣相沉積成膜（CVD）工藝中，主要涉及SiH4、SiCl4、WF6等。
電子特氣決定了集成電路產(chǎn)品的最終良率和可靠性。
比如，離子注入氣體的氫化物氣體濃度沒有達到要求，那么在離子注入時，硅片的PN結(jié)濃度就會和理想值相差較遠，造成電性偏移。而如果光刻氣的配比出現(xiàn)偏差，將直接造成光刻機光源的波長發(fā)生變化，最終導(dǎo)致光刻線寬出現(xiàn)偏移。若CVD氣體含有部分雜質(zhì)，在薄膜沉積后，在絕緣層上會出現(xiàn)導(dǎo)電離子，造成短路現(xiàn)象。
12英寸、90納米制程的IC制造技術(shù)需要電子氣體純度要在99.999%-99.9999%（5N-6N）以上，有害的氣體雜質(zhì)需要控制在10-9（ppb），對金屬元素雜質(zhì)以及塵埃粒子做出了嚴格的限制。
在更為先進的28nm及目前國際一線的6nm-10nm制程工藝中，電子特氣的純度要求則很可能更高，甚至達到ppb（10-12）級別。
由于行業(yè)對產(chǎn)品純度的特殊要求，電子特氣的純化、雜質(zhì)檢測、儲運技術(shù)面臨全方位考驗。
從電子特氣產(chǎn)業(yè)鏈來看，氣體原料和化工原料是電子特氣的主要生產(chǎn)原料；氣體設(shè)備是電子特氣的重要生產(chǎn)設(shè)備。另外，由于氣體產(chǎn)品大多數(shù)為危險化學(xué)品，因此運輸環(huán)節(jié)鋼瓶需求也必不可少。
目前空氣分離設(shè)備，基礎(chǔ)化學(xué)原料供求穩(wěn)定，國家對環(huán)境保護的重視及工業(yè)尾氣排放目標的限制也意味著原材料中工業(yè)尾氣的供應(yīng)將更加充足。
電子特氣市場格局：國際巨頭寡頭壟斷、國產(chǎn)化動力強勁
從市場格局來看，電子特氣行業(yè)高度集中，國際巨頭形成寡頭壟斷。
其行業(yè)技術(shù)壁壘在于從生產(chǎn)到分離提純以及運輸供應(yīng)階段，一直受到歐美發(fā)達國家的技術(shù)封鎖。
由于海外特種氣體市場的發(fā)展較早，國際主要工業(yè)氣體巨頭均在特種氣體領(lǐng)域形成了深厚的技術(shù)積累和產(chǎn)品布局，特氣已成為海外工業(yè)氣體巨頭收入的重要組成部分，并且這部分產(chǎn)品競爭壁壘、產(chǎn)品附加值較高的特氣業(yè)務(wù)通常毛利率水平高于普通工業(yè)氣體。
美國氣體化工、美國普萊克斯、法國液化空氣、日本大陽日酸株式會社和德國林德集團五家公司壟斷全球特種氣體91%的市場份額。
與海外公司相比，國內(nèi)氣體公司在資金、技術(shù)、設(shè)備等方面仍有一定差距，大部分本土公司產(chǎn)品較為單一、用氣級別不高，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)主要集中在中低端市場。
中國市場的競爭格局也大致相似，幾大跨國巨頭同樣占有接近90%的市場份額。
隨著國內(nèi)技術(shù)趨于成熟，部分電子特氣已經(jīng)逐漸實現(xiàn)國產(chǎn)化，國產(chǎn)企業(yè)進入者增多，主要分為三類：
第一是以華特氣體、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，該類公司產(chǎn)品種類較多，純度較高。其中，華特氣體已經(jīng)有近20種氣體實現(xiàn)了進口替代；金宏氣體的超純氨純度達7N，在國內(nèi)市場份額已達50%以上。
第二是以雅克科技、南大光電為代表的半導(dǎo)體材料平臺型公司，多維布局，兩家公司電子特氣板塊占比分別為16%、72%。雅克科技為國內(nèi)含氟氣體龍頭企業(yè)，通過收購華飛電子、成都科美特、江蘇先科切入硅微粉、含氟電子特氣、前驅(qū)體等半導(dǎo)體材料領(lǐng)域；南大光電涵蓋含氟、含氫兩類，該類公司專注于少量電子特氣品類，銷售渠道廣泛。
第三是以昊華科技、中船重工718所為代表的綜合型公司，涵蓋多個領(lǐng)域，綜合實力較強。其中中船重工718所是國內(nèi)最大的三氟化氮生產(chǎn)企業(yè)；昊華科技依托國內(nèi)重點科研院所，生產(chǎn)含氟材料PTFE、特種氣體三氟化氮和六氟化硫。
電子特氣行業(yè)壁壘較高
電子特氣壁壘較高，一方面是企業(yè)客戶的資質(zhì)認證較難，且時間很長。
根據(jù)華特氣體招股說明書披露，客戶對氣體供應(yīng)商的選擇均需經(jīng)過審廠、產(chǎn)品認證2 輪嚴格的審核認證，其中光伏能源、光纖光纜領(lǐng)域的審核認證周期通常為0.5-1 年，顯示面板通常為1-2年，集成電路領(lǐng)域的審核認證周期長達2-3 年。
另一方面，電子特氣在下游制造過程中的成本占比相對較低，但對電子產(chǎn)品性能影響較大，一旦質(zhì)量出現(xiàn)問題，下游客戶將會產(chǎn)生較大損失為了保持氣體供應(yīng)穩(wěn)定，客戶在與氣體供應(yīng)商建立合作關(guān)系后不會輕易更換氣體供應(yīng)商。
由于電子特氣價格昂貴且運輸不便，電子特氣國產(chǎn)化的動力相當(dāng)強勁。
國內(nèi)電子特氣生產(chǎn)企業(yè)和產(chǎn)品：
資料來源：天風(fēng)證券
產(chǎn)品種類上看，在半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用的有110余種單元特種氣體，其中常用的有超過30種。據(jù)中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，目前集成電路生產(chǎn)用的電子特氣我國僅能生產(chǎn)約20%品種。
部分電子特氣產(chǎn)品，如三氟化氮、四氟化碳、六氟化硫、六氟化鎢、氧化亞氮、氨氣等國產(chǎn)化程度較高，部分產(chǎn)品的國產(chǎn)化率超過50%。但是如準分子氣體（氟基混配氣體，主要應(yīng)用在激光領(lǐng)域）等國產(chǎn)化率目前還比較低。
由于本土電子特氣廠商擴產(chǎn)速度快、人工及原材料成本低，一旦相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)突破，產(chǎn)品競爭力遠勝于海外企業(yè)。長遠來看，我國高端電子特氣國產(chǎn)替代勢在必行、增長空間廣闊。
三氟化氮
三氟化氮（NF3）是目前應(yīng)用最廣的電子特氣，占全球電子氣體產(chǎn)量約50%。
三氟化氮在蝕刻時，蝕刻物表面不留任何殘留物，是良好的蝕刻、清洗劑。大量應(yīng)用于半導(dǎo)體、液晶和薄膜太陽能電池生產(chǎn)工藝中。
隨著半導(dǎo)體、顯示面板行業(yè)生產(chǎn)及消費重心逐漸向中國大陸轉(zhuǎn)移，加上生產(chǎn)三氟化氮的主要原料均由國內(nèi)供給，兩頭在內(nèi)的供應(yīng)鏈格局決定了三氟化氮生產(chǎn)應(yīng)用向國內(nèi)轉(zhuǎn)移是大勢所趨，預(yù)計2021年國內(nèi)三氟化氮需求將達到近1.6萬噸，占全球約40%，2018-2021年CAGR約28.7%。
長期以來，三氟化氮的生產(chǎn)和銷售廠家集中在美國的空氣產(chǎn)品和化學(xué)品公司、韓國SKM、日本的關(guān)東電化公司和三井化學(xué)公司等國外幾家氣體公司。
國內(nèi)的三氟化氮產(chǎn)能主要集中在718所和黎明院。其中，黎明院是以化學(xué)推進劑及原材料研制為主業(yè)發(fā)展起來的綜合性高新技術(shù)企業(yè)，在化學(xué)推進劑及原材料、聚氨酯新材料、含氟氣體材料、過氧化氫及配套原材料四個專業(yè)領(lǐng)域具備顯著的科研優(yōu)勢。
六氟化鎢
六氟化鎢產(chǎn)業(yè)集中度較高，主要生產(chǎn)商包括CSIC，林德等國際氣體公司。
隨著半導(dǎo)體行業(yè)向大陸轉(zhuǎn)移、配套材料國產(chǎn)化推動，電子級六氟化鎢生產(chǎn)工藝逐步被國內(nèi)廠商突破。國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)能主要集中在中船重工718所，另有昊華黎明院、南通厚成、博瑞中硝、歐中電子等公司有在建項目。
四氟化碳
根據(jù)CNKI相關(guān)文獻預(yù)測，如果OLED新工藝得到突破，四氟化碳的需求將會顯著增加，2021年大陸四氟化碳需求量將超過3000噸，2025年有望超過8000噸。
目前我國半導(dǎo)體工廠的四氟化碳50%來自于日本，國內(nèi)華特氣體、南大光電、昊華科技、雅克科技、中船重工718所等企業(yè)均在積極布局氟碳類氣體，預(yù)計所有項目完工后能滿足中國市場大部分需求。
特種氣體國產(chǎn)替代勢在必行
經(jīng)濟新常態(tài)下更加強調(diào)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，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)對中國經(jīng)濟增長的貢獻率將愈加突出。
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，其市場規(guī)模將繼續(xù)保持高速發(fā)展。
近年來國家相繼發(fā)布《“十三五”國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《新材料產(chǎn)業(yè)指南》等指導(dǎo)性文件，旨在推動包括特種氣體在內(nèi)的關(guān)鍵材料國產(chǎn)化。在下游市場需求高速擴張，國家政策進行支持等多重因素的影響下，我國特種氣體行業(yè)有望在未來加快國產(chǎn)替代步伐，實現(xiàn)高速發(fā)展。
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