半导体材料系列(三):电子特气——半导体产业的“粮食”和“血液”

电子特种气体(简称“电子特气”)是集成电路晶圆制造所需的重要材料,几乎贯穿了晶圆制造从生产到封装每一个环节,包括光刻、刻蚀、成膜、清洗、掺杂、沉积等,因此被誉为半导体产业的“粮食”和“血液”。
目前,半导体行业各个环节使用的电子特气共有114种,其中常用的有44种,包含三氟化氮、六氟化钨、六氟丁二烯、氨气等,分别应用于不同的半导体领域。

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资料来源:中船特气招股书

相较于一般的工业气体,电子特气作为特殊用途气体,对气体的纯度、质量稳定性与一致性、包装容器等具有更高的要求,其质量将直接影响晶圆产品的良率、性能及产量,这使得电子特气成为具备高集中度、高附加值、高技术门槛等特点的细分行业之一。具体来看:

  • 当前,全球电子特气市场主要被几家跨国公司垄断,包括林德集团、液化空气、空气化工和日本酸素等,2021年,上述几家跨国企业占据全球电子特气91%的市场份额,行业集中度极高;

  • 从生产工艺看,电子特气的生产涉及合成、纯化、分离、混配、充装、分析检测、气瓶处理等多项技术,生产流程较长、生产工艺复杂,对生产企业技术实力要求较高,电子特气也因此具备了较高的附加值;

  • 从电子特气纯度来看,在普通工业生产中,大宗气体纯度一般只需要达到99.99%(4N)以上,而在半导体晶圆制造过程中,电子特气纯度要求达到99.999%(5N)以上,高端制程芯片的气体纯度更是需要达到99.999999%(8N);从电子特气配比精度来看,衡量混配气比额的精准度通常以ppm(10-6)、ppb(10-9)、ppt(10-12)等来表示,随着产品组分的增加、配制精度的上升,常要求气体供应商能够对多种ppm(10-6)乃至ppb(10-9)级浓度的气体组分进行精细操作。可见,电子特气的纯度和配比精度要求为进入者设置了较高的技术门槛。

目前,虽然我国的集成电路产业技术水平和产业规模与世界先进国家和地区仍然存在一定差距,但随着5G、人工智能、物联网等终端产业迅速发展,集成电路在国民经济及国家战略安全中的重要性愈发凸显,使得集成电路制造产能规模大幅提升,进而也带动了配套用材料如电子特气等产业实现快速发展。

此外,受益于显示市场持续增长、“碳中和”及“碳达峰”对光伏需求增加等因素的影响,其他半导体领域对电子特气的需求也在持续扩大。

根据TECHCET数据,2025年全球电子特种气体市场规模预计将增至60.23亿美元,2021-2025年复合增长率预计达到7.33%,我国方面,预计2025年国内电子气体市场规模将提升到316.60亿元,2021-2025年复合增长率达到12.77%。

虽然外国厂商目前在中国电子特气市场仍占据主导地位,但国内气体公司正在不断实现技术突破。其中,华特气体、凯美特气、中船气体等国内厂商均在部分特种气体产品领域实现了国产替代。

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电子特气企业已实现国产替代的产品
资料来源:中商产业研究院

尽管上述公司与外国厂商相比,在资金、技术、设备等方面仍有差距,但在技术不断突破、国家政策大力扶持、下游市场发展迅速等多重因素影响下,叠加国内企业相较于外资企业在客户、周转、机动性、成本等方面更具优势,国内气体企业的竞争力将不断增强,市场份额有望不断扩大。