pp电子：【科普】半导体材料之三：特种气体

​​电子特气这几个月受到关注主要是因为俄乌战争。

 

资料显示，乌克兰供应的氖气约占全球70%，在半导体制程当中，氖气可用于KrF镭射以曝光；除了氖气，乌克兰也供应全球约40%氪气，氪气同样用于KrF镭射，两者皆与曝光制程密切相关。此外，乌克兰亦生产氙气，供应量约占全球30%，用于半导体蚀刻制程。

 

由于乌克兰在氖气、氪气、氙气市场供应量巨大，在全球供应当中的占比也较高，战事爆发，电子特气限制出口。很可能导致氖气、氪气、氙气供应的短缺，即便市场迅速寻求新气体供应商或扩大气体产能，也需要数月甚至半年以上产品认证时间，使半导体制程的电子特气供应陷入紧缺。

 

由于乌克兰大量供应氖、氪用于KrF镭射，KrF镭射更是主要用于8吋晶圆250~130nm成熟制程。目前250~130nm制程产品包括电源管理晶片（PMIC）、微机电系统（MEMS）及MOSFET元件、IGBT等功率半导体元件。一旦乌克兰与俄罗斯开战，且战事若扩大、双方僵持不下，氖气、氪气短缺问题将使上述产品出货受程度不一影响。在目前全球缺芯仍未缓解的背景之下，这必然将进一步加剧缺芯问题。以终端产品看，需大量电源管理晶片、功率半导体的汽车业，又将面临新缺料危机。

 

 

电子特气：半导体制造的血液

 

电子特气的定义及重要性：

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。在半导体材料中，电子气体是仅次于大硅片的第二大市场需求。

 

电子特气的使用场景：

电子特气应用于晶圆制造的各个环节:

 

电子特气的纯度直接决定了产品的性能、集成度和成品率。电子特气纯度每提高一个数量级，都能推动半导体器件产生质的飞跃。

在半导体集成电路中，电子气体主要应用于蚀刻、掺杂、CVD、清洗等。

在晶圆制程中部分工艺涉及气体刻蚀工艺的应用，主要涉及CF4、NF3、HBr等；掺杂工艺即将杂质掺入特定的半导体区域中以改变半导体的电学性质，需要用到三阶气体B2H6、BF3以及五阶气体PH3、AsH3等；在硅片表面通过化学气相沉积成膜（CVD）工艺中，主要涉及SiH4、SiCl4、WF6等。

华特气体招股书

 

 

离子注入气体的氢化物气体浓度没有达到要求，那么在离子注入时，硅片的PN结浓度就会和理想值相差较远，造成电性偏移。

若光刻气的配比出现偏差，将直接造成光刻机光源的波长发生变化，最终导致光刻线宽出现偏移。

若CVD气体含有部分杂质，在薄膜沉积后，在绝缘层上会出现导电离子，造成短路现象。

所以在半导体领域，电子特气的纯度直接影响 IC 芯片的集成度、性能和良品率，在清洗、气相沉积成膜（CVD）、光刻、刻蚀、离子注入等半导体工艺环节中都扮演着重要的角色。

 

电子特气的规模：

根据 SEMI 数据，在晶圆材料 328 亿美元的市场份额中，电子特气占比达 13%，43 亿美元，是仅次于硅片的第二大材料领域。近年来，伴随下游晶圆厂的加速扩张，特气市场景气度向好，需求量有望持续扩容。

 

根据 SEMI 数据，2020 年全球晶圆制造电子气体市场规模为 43.7 亿美元。在全球产业链向国内转移的趋势下，中国电子特气市场规模在过去十年快速增长，2020 年达到了 173.6 亿元。

 

中国电子特气市场规模（亿元）及增速

 

在各半导体材料领域中，电子特气公司的平均毛利率处于较高水平。对比半导体产业链来看，晶圆厂的盈利能力最强，例如世界最大晶圆代工厂台积电的毛利率为 51.6%，国内晶圆厂龙头中芯国际的毛利率约为 30%。而对于特种气体公司来说，电子特气平均毛利率能达到近 50%。

 

电子特气当前的节点：

12英寸、90纳米制程的IC制造技术需要电子气体纯度要在99.999%-99.9999%（5N-6N）以上，有害的气体杂质需要控制在10-9（ppb），对金属元素杂质以及尘埃粒子做出了严格的限制。

在更为先进的28nm及目前国际一线的6nm-10nm制程工艺中，电子特气的纯度要求则很可能更高，甚至达到ppb（10-12）级别。

由于行业对产品纯度的特殊要求，电子特气的纯化、杂质检测、储运技术面临全方位考验。

从电子特气产业链来看，气体原料和化工原料是电子特气的主要生产原料；气体设备是电子特气的重要生产设备。另外，由于气体产品大多数为危险化学品，因此运输环节钢瓶需求也必不可少。

电子特气的全球格局：

从市场格局来看，电子特气行业高度集中，国际巨头形成寡头垄断。

其行业技术壁垒在于从生产到分离提纯以及运输供应阶段，一直受到欧美发达国家的技术封锁。

 

美国气体化工、美国普莱克斯、法国液化空气、日本大阳日酸株式会社和德国林德集团五家公司垄断全球特种气体91%的市场份额。

与海外公司相比，国内气体公司在资金、技术、设备等方面仍有一定差距，大部分本土公司产品较为单一、用气级别不高，国内相关企业主要集中在中低端市场。中国市场的竞争格局也大致相似，几大跨国巨头同样占有接近90%的市场份额。

 

 

电子特气的国产化：

新兴终端市场加速成长，国内企业经过多年技术积累有望迎来国产化全面“开花”。伴随俄乌战争、经济制裁等事件的频繁发生，国际局势变得更加复杂动荡。在此背景下，进口产品价格昂贵、运输不便，本土化产品供应稳定、性价比高等特点更为显著，国内下游企业逐步转向国产供应。电子特气国产化是必然趋势，将在市场化因素主导下全面加速。

 

国内电子特气生产企业和产品：

 

 

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。

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，两家公司电子特气板块占比分别为16%、72%。

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。

 

截至 2022 年 Q1，我国拥有众多生产工业气体的企业，其中约一半位于华东地区。由于行业技术壁垒高且客户粘性大，短期内行业的马太效应将继续延续，但近些年国家推出的相关支持政策及法律法规有望在往来助力相关细分行业的内资企业大力发展。

国内电子特气主要厂商产能情况及项目进展

 

 

电子气体应用广泛，对技术要求很高，对于气源及其供应系统有着苛刻的要求，属于典型的技术密集型行业，其最难的行业壁垒体现在两大层次：

1.技术壁垒；2.资质壁垒。其余行业壁垒主要为客户认证壁垒、市场服务壁垒、人才壁垒、资金壁垒等。

气体纯化和气体精度是气体制造的两个主要技术壁垒。

根据华特气体招股说明书披露，客户对气体供应商的选择均需经过审厂、产品认证2 轮严格的审核认证，其中光伏能源、光纤光缆领域的审核认证周期通常为0.5-1年，显示面板通常为1-2年，集成电路领域的审核认证周期长达2-3 年。

由于电子特气价格昂贵且运输不便，电子特气国产化的动力相当强劲。

另外在半导体工业中应用的有110余种单元特种气体，其中常用的有超过30种。据中国工业气体工业协会统计，目前集成电路生产用的电子特气我国仅能生产约20%品种。

部分电子特气产品，如三氟化氮、四氟化碳、六氟化硫、六氟化钨、氧化亚氮、氨气等国产化程度较高，部分产品的国产化率超过50%。

但是如准分子气体（氟基混配气体，主要应用在激光领域）等国产化率目前还比较低。由于本土电子特气厂商扩产速度快、人工及原材料成本低，一旦相关技术实现突破，产品竞争力远胜于海外企业。长远来看，我国高端电子特气国产替代势在必行、增长空间广阔。

 

关键公司：

1、华特气体：光刻气获ASML认证。

华特实现了对国内8寸以上集成电路制造厂商超过80%的客户覆盖率，解决了中芯国际、华虹宏力、长江存储等客户多种气体材料制约，并进入了英特尔、美光、TI、海力士等全球领先的半导体企业供应链体系。

公司部分产品已批量供应14nm、7nm等产线，并且部分氟碳类产品已进入5nm工艺。

 

2、金宏气体：超纯氨龙头

公司已组建了五家分公司和十七家子公司，特种气体、大宗气体和天然气涵盖半导体、新材料、新能源等领域，品类超百种，是各行业重要战略合作伙伴。

金宏气体产品涵盖特种气体、大宗气体、天然气三大类，主要原材料来自空气、工业生产所产生的尾气以及大化工的产品深度加工和延伸。公司气体被广泛应用于IC、面板、LED、光纤通信、光伏、医疗健康、节能环保、新材料、新能源、高端装备制造等领域。其中，公司自主研发超纯氨、高纯氧化亚氮、八氟环丁烷等，为电子半导体高端制造客户提供了新选择

金宏气体主要气体产品

3、凯美特气：进军电子特种稀有气体

岳阳凯美特电子特种稀有气体项目通过生产设备选型和关键工艺技术的研发和掌握，可以生产高质量的电子特种气体。

 

4、雅克科技：半导体材料平台型龙头

实施了一系列并购重组之后，公司进入电子材料业务，目前该业务板块已成长为公司新的主营业务。公司电子材料业务具体包括半导体前驱体材料/旋涂绝缘介质（SOD）、电子特气、半导体材料输送系统（LDS）、光刻胶和球形硅微粉等业务种类。

公司的电子特气业务主要通过全资子公司成都科美特开展。成都科美特的主要业务是含氟类特种气体的研发、生产、提纯与销售，主要产品为六氟化硫和四氟化碳。pp电子

雅克科技特种气体客户

5、昊华科技：六氟化硫龙头

昊华科技主营业务分为氟材料、特种气体、特种橡塑制品、精细化学品及技术服务五大板块，产品服务于多个国家军、民品核心产业。在特气方面，昊华拥有国家重要的特种气体研究生产基地，形成了具有自主知识产权的特种气体制备综合技术，产品主要为含氟电子气（包括三氟化氮、六氟化硫等）、绿色四氧化二氮、高纯硒化氢、高纯硫化氢等，广泛应用于半导体集成电路、电力设备制造、LED、光纤光缆、太阳能光伏、医疗健康、环保监测等领域。

在电子特气领域，公司是国内具备高纯度三氟化氮研制能力的先驱；国内最早从事六氟化硫研发的企业，亦是国内仅有的高纯度六氟化硫研制企业；国内仅有的硒化氢研制企业。​​​​