半导体特殊材料气体有哪些 (电子级半导体材料)

【规模占比】 随着二级市场持续低迷,叠加行业周期下行,半导体的资本热度开始持续下降,人们意识到,要造好一颗国产芯片,真正卡脖子的地方更多的是在上游的设备和材料,因此设备和材料领域的投资热度依旧坚挺,对于一颗芯片来说,最重要的材料当然是硅,除此之外,市场规模排名第二的就是电子特气,占晶圆制造成本的14.1%,被誉为芯片制造的“血液”,是一个值得深入挖掘的分支(下图为2022年半导体各材料市场规模占比)

电子特气,半导体材料特种气体

【应用环节】 半导体是一个纯净的事业,所使用的硅片纯度需要在9-11N以上,晶圆制造的过程也需要在一个纯净的环境里,对电子特气的纯度要求也要在6N以上,电子特气主要应用于光刻、刻蚀、成膜、清洗、掺杂、沉积等工艺环节,其中在刻蚀工艺和掺杂工艺中的应用占比分别为36%和34%,占比较高(下图蓝色部分为集成电路工艺流程中使用电子特气的环节)

电子特气,半导体材料特种气体

【品种分类】 除了应用在半导体领域,电子特气还广泛应用于显示面板的成膜和清洗环节、半导体照明的外延环节、光伏的沉积、扩散和刻蚀环节等领域,从分类上来说,主要分为三氟化氮等清洗气体、六氟化钨等金属气相沉积气体等

电子特气,半导体材料特种气体

【产业链及核心壁垒】 电子特气从何而来呢,电子特气来自于空气、工业废气、及基础化学原料,经过气体分离纯化设备及压力容器设备等提纯,制备成大宗气体(纯度较低)和特种气体(纯度较高)两类,其中应用于电子领域的气体统称为电子特气,从产业链条来看,不算复杂,链条的关键在于提纯,制造工艺和精度纯度构成了技术壁垒,技术人员的小体量及低流动性构成了人才壁垒,气瓶、液态储罐及气化器等大量的固定投资构成了资金壁垒,下游的长认证周期构成了认证壁垒,这些壁垒也构成了电子特气企业的核心竞争力(下图为电子特气产业链图表)

电子特气,半导体材料特种气体

【商业模式】 电子特气供应模式逐渐向TGM模式转变,TGM是全面气体及化学品运维服务的简称,是指气体供应商在客户现场提供的一整套气体综合服务,一般用于半导体领域大型厂商,包括产品管理、设备管理、工程和技术支持服务、分析服务、信息管理服务及废物管理等。由于半导体领域大型公司对气体质量、安全性要求极高,多将整套气体供应服务外包给气体公司,目前多由外资龙头企业垄断,国内气体公司仍在摸索,布局阶段(下图为电子特气不同业务模式对比)

电子特气,半导体材料特种气体

【市场规模】 据TECHCET数据,2021年全球电子特气市场规模大约为62.51亿美元,其中中国市场规模约195.8亿人民币,预计到2025年,中国电子特气市场规模将提升到316.6亿元,2021年到2025年复合增长率达到12.77%(下图为中国电子特气市场规模变化图)

电子特气,半导体材料特种气体

【发展历史】 电子特气起源于二十世纪80、90年代,电子产业兴起推动电子气体行业发展,中国电子特气萌芽于上世纪80年代,背景是美国空气化工产品公司(APCI)进军中国,成为第一家在华投资海外气体企业。随着国内技术进步和产业转型升级,以盈德气体、宝钢气体为代表的中国本土气体公司也加入了大规模现场制气的竞争,凭借着成本以及本土化优势,在国内市场上占据了一定的市场份额。上世纪90年代国内电子特气行业进入起步期,由于当时国内半导体企业主要以外资、合资为主,所以相关材料配套并未考虑国内企业,行业发展较为滞后;2007年后,随着国家政策扶持及国内自主创新能力提升,行业进入加速发展期,如今国内电子气体企业基本都是由大宗气体企业的业务延申而来

【市场格局】 欧美企业由于占尽先发优势,经过几十年发展,已形成一批国际巨头,林德等前十大企业,共占据全球电子气体90%以上市场份额,其中林德、液化空气、大阳日酸和空气化工等4大国际巨头市场份额超过70%

电子特气,半导体材料特种气体

【国产企业】 电子特气的最大应用领域在半导体,围绕晶圆厂发展,从产业趋势上来讲,晶圆厂经过几次全球产能转移,第一次在欧美,第二次转到台湾日本,第三次就是转到中国,当前我国正积极承接全球第三次半导体产业转移,随着中国晶圆厂的加速扩建以及产能的逐步释放,下游市场对电子特种气体的需求广阔,电子特种气体的市场空间有望持续扩大,国内企业迎来发展机遇,下面详细列举一下国内主要电子特气企业

1. 金宏气体

电子特气,半导体材料特种气体

国内综合性气体供应商龙头企业,由金向华1999年在苏州成立,公司起初做液态氧气分装起家,2002年,金宏气体收购法液空在苏州设立的子公司,生产乙炔;2003年在苏州工业园区成立园区金宏气体,生产液氧、液氮,标志着金宏气体从分装正式开启生产模式。2005年起开拓了食用干冰、医用氧、二氧化碳回收、液氦供应等多个应用项目 ,2009年完成股改,2010年公司研发出7N电子级超纯氨,一举打破国外垄断,目前能够为客户提供特种气体、大宗气体和天然气三大类100多个气体品种,在国内超纯氨市场占有率达50%以上,公司2014年挂牌新三板,2020年科创板上市。

2. 华特气体

电子特气,半导体材料特种气体

以电子特气为核心业务的民族品牌,由佛山二氧化碳研究所出身的石平湘1999年下海创立,公司以普通工业气体起家,2005年开始,将发展目光转向特气业务,持续投入到特气的研发,产品主要包括四氟化碳、高纯六氟乙烷等,用于蚀刻、清洗等环节,公司的光刻气产品,是我国唯一通过ASML认证的气体公司(全球仅4家),还进入了英特尔、美光科技、德州仪器、海力等企业供应链体系 ,公司2019年登陆科创板,2021年特种气体占比主营收入60%,普通工业气体占比20%,设备和工程占比20%

3. 凯美特气

电子特气,半导体材料特种气体

国内二氧化碳气体龙头,以液体二氧化碳、干冰起家,公司成立于1991年,总部位于湖南岳阳,实控人祝恩福,公司前身是曾是中石化三产企业,中石化上市进行主辅分离、改制分流,凯美特气作为三产企业被剥离出来。公司以石油化工尾气、废气、火炬气为原料,将其中有价值成分进行分离、液化、提纯形成产品的工业气体公司,主营产品包括液体二氧化碳及干冰、氢气、燃料气以及电子特种气体等 ,2011年深交所上市,2018年公司开始布局电子特种气体产业,2020年取得生产许可正式进入电子特气赛道,2021年进行试销售实现营业收入1800多万元,目前正在大力发展激光混配气(刻蚀阶段使用)

4. 杭氧股份

电子特气,半导体材料特种气体

空分设备起家,而后业务逐步扩展到工业气体领域,战略是做优设备、做大气体,公司于1950年建厂,前身为浙江铁工厂,杭州国企,2010年在深交所上市,公司是国内第一台空气分离(简称“空分”)设备的制造者,空分设备产量和销量稳居全球第一,国内市场占有率超50%,空分设备领域绝对的老大,由于国内气体业务外包之风逐渐盛行,行业处于成长期,而设备业务已经处于成熟期,杭氧至少从2011年就开始在着力打造气体业务,也颇有成效;截至2021年,杭氧拥有了46家气体公司,在电子特气方面,高纯和超高纯氪氙氖稀有气体产能和销量处于国内领先水平,目前气体业务占营收比已超过设备业务。

5. 南大光电

电子特气,半导体材料特种气体

国内氢类电子及含氟电子特气龙头企业,公司于1986年在*京大南**学成立,从研发MO源起家,于2012年在深交所上市,公司依托“863”计划 项目成果,逐步深入,目前主要有先进前驱体材料、电子特气、光刻胶及配套材料这三大业务。前驱体(MO源系列产品),也是南大成立的初始核心技术,产品主要有三甲基镓、三乙基镓等十余种,市场份额全球第二,国内第一。2017年开始发力电子特气,主要有磷皖、砷皖、三氧化氮,2019年收购含氟电子特气供应商飞源气体,特气业务近年快速发展,目前营收占比超70%,已成第一大业务,在光刻胶领域,公司于 2017 年获得国家“02 专项”193nm 光刻胶及配套材料的研发项目立项,2020 年公司研发的 ArF 光刻胶产品成为国内通过产品验证的第一只国产 ArF 光刻胶,标志着国产光刻胶产品 的产业化取得关键性的突破。

6. 雅克科技:

电子特气,半导体材料特种气体

国内六氟化硫、四氟化碳重要参与者,公司成立于1997年,2010年上市,做有机磷阻燃剂起家,2013年开辟LNG保温绝热板业务,产能于2015年逐步投入使用。2015年以合计约2亿元收购华飞电子进军电子材料领域,2016年参股公司江苏先科并购韩国UP Chemical,进军前驱体领域,2017年收购从事电子气体的科美特90%股权和参股公司江苏先科84.83%股权(从参股变全资控股),并和韩国Foures合资设立控股子公司雅克福瑞(韩方部分技术出资),生产前驱体等化学材料的输送设备。本轮引入了大基金,2020年,公司收购韩国LG化学体内彩色光刻胶事业部进军面板光刻胶领域,并于2020收购从事TFT-PR光刻胶业务的江苏科特美45%股权,成为LG的长期供应商、全球主要的面板光刻胶供应商之一,形成了硅微粉、电子特气(主要是六氟化硫、四氟化碳,用于清洗和蚀刻)、光刻胶三大半导体材料业务线

7. 中船(派瑞)特气:

电子特气,半导体材料特种气体

国内领先、世界知名的电子特种气体和三氟甲磺酸系列产品供应商,中船特气前身是中国船舶重工集团有限公司第七一八研究所“特气工程部”,技术底蕴深厚,国家“02专项”高纯电子气体研发和产业化项目的牵头单位,于2000年研制出纯度99.9%的三氟化氮气体,打破了国外垄断。目前,中船特气主打产品三氟化氮用于(清洗,蚀刻)、六氟化钨(用于沉积)产能世界领先,广泛应用于集成电路、显示面板、锂电新能源等行业,除电子特气外,公司另一大业务为三氟甲磺酸系列占比约(9%),718 所于2016年成立了中船特气,并于 2020 年将 718 所、派瑞科技的特气相关业务无偿划转至公司,公司2023年成功登陆科创板

8. 昊华科技:

电子特气,半导体材料特种气体

国内电子特气领域领先者,由研究所改制而来,追溯至1958年在成都市挂牌成立的“化工部西南化工设计研究分院,99年西南院设立天科股份并于2001年上市,2018年置入大股东中国昊华化工集团旗下晨光院、黎明院、西北院、曙光院等11家公司100%股权,主营业务扩展至氟化工、聚氨酯功能材料、电子化学品、特种涂料以及橡胶制品等领域,2019年更名为昊华科技,昊华旗下黎明院和光明院是承担着主要电子特气业务的子公司。其中光明院以氢化物气体为主,比如硫化氢硒化氢;而黎明院以氟化气体为主,比如三氟化氮,四氟化碳,六氟化硫和六氟化钨。是国内仅有的高纯度六氟化硫研制企业,公司目前电子特气产品主要有NF3、SF6、CF4、WF6等,总产能达到8600吨