电子特气行业研究报告：中国电子特气从进口替代到供应全球

  按照应用领域的不同，工业气体可大致分为大宗气体和特种气体。大宗气体是指纯度要求低于 5N，产销量较大的工业气体。特种气体大范围的使用在电子、电力、石油化学工业、采矿等领域，对纯度、品种、性质有特别的条件，产品数量多但单一产品用量较小。电子气体指的是专门用于电子半导体领域的一类工业气体，可分为电子大宗气体、电子特种气体等。（1）电子大宗气体：指运用于半导体制造中耗量较大的气体，如氧气、氮气、氩气、 氢气、氦气和二氧化碳等，大多数都用在环境气、保护气与载体，一般都会采用现场制气生产模式。（2）电子特种气体：是指应用于电子行业的气体，其质量直接影响电子器件的成品率和性能。目前半导体行业所有的环节使用的特种气体有114 种，常用的有 44 种。主要包含有三氟化氮、六氟化钨、六氟丁二烯、氨气等，一般都会采用液态与瓶装气体生产模式。

  电子特气产业上游原料是空气、空气废气以及基础化学原料，下游大多数都用在集成电路、显示面板、LED 与光伏等泛半导体行业，2021 年需求占比分别为 43%、21%、13%、6%。

  电子气体按照制造工序不同可分为外延晶体生长气、热氧化气、外延气、掺杂气、扩 散气、化学气相沉积气（CVD）、喷射气、离子注入气、等离子蚀刻气、载气/吹洗气、光刻气、退火气、焊接气、烧结气和平衡气等。

  按照气体所含化学成分，电子特气可分为含氟气体、含硅气体、含硼气体、含锗气体、 氢化物气体等。其中含氟特气约占全球电子特气市场的 30%左右，主要用作清洗剂、蚀刻剂、掺杂剂及成膜材料等。

  我们梳理了 2009 年以来中国电子特气的发展路程，从光伏行业爆发带来电子特气的第一次快速地发展到后续 LED、显示面板以及集成电路行业的相继接力，中国电子特气行业周期性并不显著。

  （1）第一阶段（2009-2011 年）：光伏行业爆发式增长带来电子特种气体行业第一次 发展

  在这一阶段，随着光伏组件价格下降、光伏电站收益率上升，光伏装机需求显著上升。2009-2011 年中国光伏发电新增装机容量由 0.2GW 增长至 2.1GW，年复合增速为 259%， 光伏装机需求的爆发式增长带来了电子特气市场的第一次发展。

  （2）第二阶段（2012-2014 年）：光伏行业走弱，LED 接力，电子特气市场增长稳定

  2010 年以来 LED 产业链产能扩张与其替代白炽灯给 LED 打开广阔市场空间，2012年2014年LED市场规模由 1920 亿元增长至 3507 亿元，年复合增速 35%，高于十二五规划 增速 26%。LED 市场的快速地增长承接了 2012 年欧美双反所带来的光伏行业下滑对电子特气市场的影响，电子特气市场实现稳定增长。

  （3）第三阶段（2015-2018 年）：显示面板行业量价回升维持电子特气行业 10%以上增长

  中国 TV 品牌崛起提升了对大尺寸面板的需求，随着国内面板厂商京东方与华星光电 开展大尺寸面板产能扩张，以及中国台湾地震影响群创等公司产能，面板价格迅速上升， 量价齐升带来显示面板市场迅速回温，电子特气市场稳定增长。

  （4）第四阶段（2019-2022 年）：集成电路行业快速地发展，电子特气增长提速

  随着大数据、云平台、工业物联网的快速发展与 5G 应用的到来，芯片市场需求强劲， 先进工艺和成熟工艺快速成长，2019-2021 年中国集成电路市场复合增速为 19%，集成电 路行业的快速地发展维持了电子特气的稳定增长。

  北美半导体协会多个方面数据显示，芯片制造成本中电子气体（含电子大宗气体与电子特气） 占比约为 14%，是半导体制造的第二大耗材。其中，硅片材料、电子气体、掩模板、光刻 胶占比分别为 31%、14%、14%、6%。

  半导体制造涉及上千道工序，工艺极其复杂，需使用上百种电子特种气体。作为集成 电路、显示面板等行业必需的支撑性材料，电子特气大范围的应用于清洗、成膜、光刻、刻蚀、 掺杂等工艺环节。

  我们梳理了清洗、成膜、光刻、刻蚀、掺杂等半导体制造涉工序中所使用的主要电子 特种气体：

  清洗是指用化学或物理方法对芯片工艺流程及 CVD 反应腔室中附着的杂质、残留物等 进行清理，是芯片制造中步骤最多的工艺，主要的清洗气体包括三氟化氮等。

  成膜是指原料气或蒸汽通过气相反应沉积出一层金属或者氧化物亦或氮化物的过程， 主要的成膜气体包含有六氟化钨、硅烷、笑气、氨气等。

  光刻是指通过涂胶、曝光、显影等工艺，利用化学反应进行微细加工图形转移的技术 工艺。在光刻过程中，需要充入混合气，在受到高压激发后，混合气会形成等离子体，在 其过程中产生的固定波长的光线在经过聚合、滤波等过程后形成光刻机光源。主要的混合气有氩/氟/氖混合气、氪/氖混合气、氩/氖混合气、氩/氙/氖混合气等。目 前，乌克兰供应全球 70%的氖气，40%的氪气和 30%的氙气。ArF 准分子激光器所使用的 氩/氟/氖混合气体中氖气占比为 95%，其中氪气主要使用在于光刻制程，氙气主要使用在于半 导体刻蚀制程。

  刻蚀气体用于有选择地从硅片表面去除不需要的光阻或者光刻胶，其基本目标是在涂 胶的硅片上正确地复制掩模图形。刻蚀气体主要为氟碳类气体，如一氟甲烷，二氟甲烷或 者三氟甲烷等。除此外，卤素类气体也用于刻蚀过程，如氯化氢、溴化氢与氯气等。

  在半导体器件和集成电路制造中，通过将掺杂气体掺入半导体材料内以使其具有所需 要的导电类型和一定的电阻率，主要掺杂气体包括砷烷、磷烷、硼烷、三氟化硼等。

  2 预计 2023 年中国电子特气市场规模 249 亿元，受益晶圆厂扩张、 光伏装机高增，预计 2023-2025 年行业复合增速 13%

  晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其产销数据是衡量集成电路行业景气度的 重要指标之一。SEMI 多个方面数据显示，2022 年全球晶圆出货量较 2021 年增长 4%，达到 147 亿 平方米。据 ICMtia，2021 年 200-300mm 晶圆出货面积占全球集成电路用硅片出货面积的 93%。因此，我们主要梳理了全球以及中国 200mm、300mm 晶圆产能情况：

  1）300mm 晶圆产能：据 SEMI 所发布的《300mm 晶圆厂展望报告》，在 2021 和 2022 年强劲增长后，由于内存和逻辑元件需求疲软，2023 年 300mm 晶圆厂产能扩张将放缓， 预计为 735 万片/月，且至 2026 年将达到每月 960 万片的历史上最新的记录，该区间内计划将有 82 座新厂房和产线mm 晶圆产能：据 SEMI 所发布的《200mm Fab Outlook to 2025》，2021-2025 年 全球 200mm 晶圆厂产能将迎来 20%的增长以及 13 条新增的 200mm 晶圆生产线 万片的历史上最新的记录。依据以上预测，我们假定 2021-2025 年全球 200mm 晶圆厂产能扩张速度维持在 4%，预计 2023 年全球 200mm 晶圆厂产能为 651 万片/ 月，晶圆厂生产线mm 晶圆产能复合增速为 12%

  总结二：晶圆厂产能扩张带来中国半导体制造份额提升，预计 2030 年将提升至 24%。

  由于美国的出口管制，预计未来中国晶圆厂产能扩张重点将继续放在成熟技术上。基 于中国晶圆厂产能扩张，未来中国芯片制造能力将稳步上升，SIA 多个方面数据显示 2020 年中国半 导体制造份额为 15%，预计将于 2030 年提升至 24%，成熟制程领域国产替代空间广阔。

  总结三：未来晶圆厂产能释放将带来电子特气需求上升，预计 2025 年中国集成电路 用电子气体规模预计为 134 亿元，2021-2025 年 CAGR 为 12%。

  晶圆厂产能释放将带来电子特气需求上升。IC Insights 多个方面数据显示，中国集成电路市场 需求预测将由 2020 年的 1430 亿美元增长至 2025 年的 2230 亿美元，复合增速 9.3%，市场 需求持续上升。中国集成电路用电子气体规模预计将从 2021 年的 85 亿元增长至 2025 年的 134 亿元，四年 CAGR 为 12%，行业前景广阔。

  显示面板是构成显示器的重要组件之一，主要可分为 LCD、LED 与 Mini Led，下游应 用于电视、电脑、平板与车载显示器等领域。Forst&Sullivan 多个方面数据显示，在经历 2015-2018 年的快速地增长之后，目前显示面板市场规模稳定增长。随着 2023 年经济逐渐复苏所带来的 换机需求，面板价格持续回暖，行业有望实现进一步复苏。

  2.3 光伏市场：多晶料价格下降催生 2023 年光伏装机明显地增长，光伏用电子 特气将持续收益

  （1）复盘：行业发展已由政策补贴驱动转向市场驱动，降本增效成为光伏行业发展 核心

  1）全球市场：国际可再次生产的能源机构（IRENA）多个方面数据显示，2010-2021 年，全球光伏发 电平均度电成本由 0.417 美元/kWh 下降至 0.048 美元/kWh，降幅达 88%，光伏新增装机量 从 17.5GW 增长至 132.8GW，增幅 659%。2）中国市场：基于行业发展前期的政策支持与技术进步，中国光伏发电产业获得快速 成长，目前行业发展已由政策补贴驱动转向市场驱动；受益于光伏产业链各环节的技术迭 代所带来的降本增效，2010-2021 年中国光伏发电平均度电成本下降 89%，目前光伏发电 已实行平价上网。

  （2）展望 2023 年：近期多晶料供应压力缓解带来度电成本下降，光伏行业需求将进 一步释放，带动光伏用电子特气快速增长

  电子特种气体种类较多，不同类产品的合成、纯化等工艺技术可能存在比较大差异，且 工艺路线长、过程复杂。电子特种气体对产品纯度、产品指标的稳定性和一致性要求极高， 需要对生产的全部过程中各类杂质含量进行精准有效的控制，工艺难度较大。根据气体纯度的不同，通常又将气体纯度分为四级，即普通气体、纯气体、高纯气体 和超高纯气体。

  电子特种气体企业开发一种满足半导体工艺要求的气体品种，往往需要长时间的研发 积累，实现关键核心技术的突破，以及在产业化应用中对工艺参数不断来优化。目前国 内气体公司实现了对部分电子特种气体品种的国产替代，在产品的开发和产业化中，通常 要面临不同类产品之间的核心技术壁垒。

  在中国本土企业突破技术壁垒，打破国外垄断并实现气体国产化后，仍然面临下游市 场拓展问题。原因主要系：1）电子特气要求气体超净高纯，且产品批次质量需具备高稳定性，下游芯片制造厂商 经常使用国外企业所生产的气体，对国内企业产品质量存疑，中国电子特气产品首次进入 下游厂商做试验存在一定难度；2）单品类电子特气占芯片制造成本的比重较低（如电子级氢氟酸只占芯片制造成本的 1.2%），而下业的认证周期较长（光伏能源/光纤光缆行业、显示面板行业、集成电路 行业的认证周期通常分别为 0.5-1 年、1-2 年、2-3 年），芯片制造企业花费大量财力物力去 评估的动能较弱；3）半导体制造需上千道工序，对气体稳定性要求极高，若产品质量出现问题，轻则导 致下游相关批次产品质量不达标，重则扩散污染整条生产线，造成高额损失，下游厂商更 换电子特气供应体系的潜在损失较高。

  电子特气行业生产环节需要较大规模的固定资产投入，为了能够更好的保证产品质量的稳定性， 还需要投入大量精密监测和控制设备。行业内企业在扩大业务规模的程中，往往通过兼并 收购的方式横向布局，对于资本实力有很高的要求。同时，气体作为消耗品只能以气态和液态的形式存在，要专业的储存设备，针对瓶 装气体用户要投入大量的气瓶；针对液态气体用户则需要投入液态储罐、气化器、减压 装置等固定资产。电子特气作为危化品，需要具有危化资质的专门运输设备，还应当对运 输的全过程进行跟踪监测和严控，由此带来的运输及监控设备投入也较大。

  中国电子特气市场：中国电子特气发展时间较短，主要由早期进入中国市场的国外企业垄断，国产替代空间广阔。

  集成电路用电子特气品种数量较少，未来国产化空间广阔。据中国工业气体工业协会统计，我国仅能生产约 20%的集成电路生产用电子特气品种，目前国内厂商攻克了成膜、 光刻、刻蚀、清洗与离子注入等步骤的部分难点，其余均依赖进口，进口电子气体价格昂贵、运输不便，使电子特气国产替代需求强烈、空间广阔。

  产业政策助力技术推进，国产化进程有望提速。电子特种气体作为关键性电子材料， 在历史上得到国家产业政策的全力支持。针对电子特气行业所面临的痛点，国务院、国家发改委、科技部、工信部、财政部、国家税务总局等部门相继出台一系列产业支持政策， 有力推动了电子特种气体产业的发展。我们所梳理的部分重点政策有：1）2006 年国务院所颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020 年）》 中提出“极大规模集成电路制造技术及成 工艺”国家科技重大专项（简称“ ”专项）， 鼓励研究开发离子注入、扩散、刻蚀等关键工艺用电子特气；2）2017 年针对新材料进入市场初期时下游客户使用所存在的风险，工业与信息化部、 财政部、保监会三部门决定建立新材料首批次应用保险补偿机制，对合乎条件的电子特气 产品最高补偿高达 5 亿块钱，若芯片企业使用国产原材料出现一些明显的异常问题，国家险资可承担 80%损失，企业需承担 20%的损失。3）2019 年成立的国家集成电路产业投资基金二期着重关注的材料方面涵盖大硅片、 光刻胶、掩模版、电子特气等领域，部分被投标的为细分行业龙头（如 大光电、中船特 气）。

  从单品类特种气体市场规模来看：2021 年全球三氟化氮、六氟化钨与六氟丁二烯市场 规模居前三，分别为 8.80、3.35 与 3.11 亿美元，前十气体市场规模占比为 58%，主要使用在 于成膜、清洗与刻蚀环节。依据数据显示，2021 年全球电子特种气体市场规模 为 44.23 亿美元，其中全球市场规模排名靠前的电子特种气体为三氟化氮、六氟化钨、六 氟丁二烯、氨气等，共占 58%，主要使用在于成膜、清洗与刻蚀环节。

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