在宇宙诞生之初,最先出现的物质就是氢和少量的氦,因为这两种元素是原子序数最小的,也是质量最轻的,所以也最容易形成。氢和氦也占据了宇宙中物质总量的98%,而其余的元素则共享余下的2%。宇宙虽然是氢和氦的世界,但地球上却并非如此。地球大气中谁才是主角?氧气吗?并不是,是氮气。地球大气的组成成分大体上是这样的:78%的氮气、21%的氧气、0.94%的稀有气体、0.03%的二氧化碳以及少量的水蒸气和其它气体
地球并不是一颗很大的行星,它的质量约为5.965X10∧24千克,如此规模的行星,其引力是不足以束缚住氢气这么氢的气体的,所以氢气就越飞越高,飘散到宇宙中去了。不过好在氢氦算是一种比较活跃的元素,所以很多氢元素便与氧元素结合成为了水,以这种特殊的形式保留在了地球之上。除了氢之外,氦就是最轻的元素了,但与氢不同,氦是一种极其稳定的元素,几乎不与任何物质发生反应,所以在地球形成之后,氦气便全部飘散到了宇宙之中,一点也没有剩下。那么地球上现有的氦气是从何而来的呢?在地球内部存在着一些放射性元素,这就是氦气的来源。氦气产生之后会混在地下的天然气中,在开采天然气时通过分离获得。然而这些重元素的衰变周期动辄几十亿年,所以氦在地球上绝对是一种稀有资源。
地球大气中没有氢和氦是因为它们轻,那么为何会有这么多氮气呢?因为氮气的化学性质十分活跃,早在星云中时,它们就与氢反应成为了NH3,也就是氨气。氨气算是一种很重的气体,所以没办法摆脱地球引力,就都留在了地球上。在地球原始大气中,最多的并不是氮气,而是氨气,那么氨气又是如何变为氮气的呢?这是太阳光的功劳。当太阳光照射到地球上后,短波辐射会使氨气发生分解,分解之后的氨气会变为氮气和氢气。没有悬念,分解生成的氢气会忙不迭地向宇宙中逃逸,而氮气却被地球引力给牢牢束缚住了,因为氮气是一种比氨气更重的气体,它的分子量大约为28,而氨气仅为17。跟着时间的推移,氨气慢慢地减少,氮气逐渐增多,于是地球大气就变为了氮气的世界,直到后来,随着植物在地球上出现,大量的氧气通过光合作用生成了,于是氧气才在地球大气中占有了一席之地。
特种气体,气体工业名词,是指那些在特定领域中应用的,对气体有特别的条件的纯气,高纯气或由高纯单质气体配制的二元或多元混合气。门类繁多,通常可区分为电子气体,标准气,环保气,医用气,焊接气,杀菌气等,大范围的使用在电子,电力,石油化学工业,采矿,钢铁,有色金属冶炼,热力工程,生化,环境监视测定,医学研究及诊断,食品保鲜等领域。
气体本身化学成分可分为:硅系、砷系、磷系、硼系、金属氢化物、卤化物和金属烃化物七类。特种气体其中主要有:甲烷、乙烯、正戊烷、正丁烯、正丁烷、异戊烷、异丁烯、异丁烷、乙烷、一氧化碳、一氧化氮、一甲胺、一氟甲等。单一气体有259种,其中电子气体115种,有机气体63种,无机气体35种,卤碳素气体29种,同位素气体17种。
特种气体主要有电子气体、高纯气体和标准气体三种,大范围的应用 于电子半导体、化工、医疗、环保和高端装备制造等L域。全球电子特种气体市场分布电子特种气体种类多,应用领域广泛。电子特种气体在半导体整个制程应用中成本占比仅为 5~6%,但由于其品种繁多,在半导体制程工艺中覆盖广泛,因此成为衡量半导体技术的核心产品。在制备特种气体供应环节所涉及的市场依然是国内外公司积极布局的方向。特种气体的分类方式很多种,例如按照气体本身化学成分可分为:硅系、砷系、磷系、硼系、金属氢化物、卤化物和金属烃化物七类。按照在集成电路中的作用可分为掺杂气体、外延气体、离子注入气体、发光二极管用气体、刻蚀气体、化学气相沉积(CVD)用气体、载运稀释气体七类。
同时,以上分类存在交叉,例如在硅烷(SiH4)既属于硅系气体,又属于外延气体,同时在化学气相沉积中也存在应用;例如四氯化硅(SiCl4)既属于硅系气体,又属于外延气体,同时在化学气相沉积(CVD)中也存在应用。因此,具体讨论高纯气体的分类时参考成分和应用具体归属。考虑特种气体,包括五大类:
1)硅族气体:含硅基的硅烷类,如硅烷(SiH4)、二氯二氢硅(SiH2Cl2)、乙硅烷(Si2H6)、四氯化硅(SiCl4)、四氟化硅(SiF4)等;
2)掺杂气体:含硼、磷、砷等三族及五族原子之气体,如三氯化硼(BCl3)、三氟化硼(BF3)、磷烷(PH3)、砷烷(AsH3)、三氯化砷(AsCl3)、三氯化磷(PCl3)等;
3)蚀刻清洗气体:以含卤素的卤化物及卤碳化合物为主,如氯气(Cl2)、三氟化氮(NF3)、溴化氢(HBr)、四氟化碳(CF4)、六氟乙烷(C2F6)等;
4)反应气体:以碳系及氮系氧化物为主,如二氧化碳(CO2)、氨(NH3)、氧化亚氮(即笑气, N2O)等;
5)金属气相沉积气体:含卤化金属及有机烷类金属,如六氟化钨(WF6)、三甲基镓(Ga(CH3)3)等。在半导体制造工艺中所需的常规气体如氮气(N2)、氧气(O2)、氩气(Ar)和氢气(H2)等并不属于特种气体行列,但是此范围常规气体的高纯度制备依然涉及较高技术壁垒,属于国外垄断及国内寻求自给替代的领域。目前国内电子提气体应用领域派瑞科技的NF3、 WF6电子特种气体进入国内主流12 寸晶圆 Fab厂商生产线,四川科美特产品中 CF4 进入台积电 12 寸台南 28nm 晶圆加工生产线、 电子级硅制备
在西门子法还原 SiO2制备电子级硅的工艺中,涉及到的特种气体有 SiHCl3,HCl,SiCl4 等。涉及的常规气体有:H2 和 CO2,在此过程中发生的化学反应包括:SiO2+C-Si+CO2↑;Si+HCl→SiHCl3+H2↑;SiHCl3+H2→Si+HCl。在整体制备工艺中还涉及 SiCl4 的还原过程:SiCl4+H2-SiHCl3。在国内上海新昇半导体公司牵头的 12 英寸(300mm)硅晶圆的生产中,需要11N9 纯度的电子级硅。对于此反应中涉及的电子气体纯度要求极高,在 6N9 以上,目前 12 英寸 11N9电子级硅原料均依赖于从日本进口,上海新昇公司正在尝试与青海地区相关企业对接测试其供应的 11N9 电子级硅,如果此类供应商进入中国国产硅晶圆体系,对于实现国内电子气体替代具有重大推动作用。
在金属硅到电子级单晶硅的纯化过程中,为了除去其中的磷和砷等 V 族元素杂质以及铁、铝等金属元素杂质,通常采取蒸馏和分子筛吸附脱除等物理处理工艺。其原因是,如果国内具备自行生产 11N9 电子级硅的产线,上游涉及 SiHCl3、 HCl、SiCl4、 H2和 CO2的企业将具有越来越明显的研发驱动力,同时此产线也为上游气体研发提供量产测试的对接平台,因此电子特种气体的进口替代进程将取决于相关原料制备的国产化进程。
化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)是利用高真空下,气体混合发生相关化学反应最终成膜,在晶圆加工中物理成膜的方式包括蒸镀法、离子电镀法、溅镀法,但是只有化学气相沉积法是以气体为原料成膜大多数都用在制备半导体膜和绝缘膜,其他方法涉及应用的均是惰性保护类气体,如 Ar、 N2等,例如导体膜的制备。由于化学气相沉积成膜的种类多种,因此所涉及的电子特种气体品类也不同,在单晶硅成膜方法有多种,涉及的化学反应包括:SiCl4+2H2-Si+4HCl;SiHCl3+H2-Si+3HCl;SiH2Cl2-Si+2HCl;SiH4-Si+2H2。其中前三种化学反应涉及的气体分别为 SCl4、 SiHCl3、SiH2Cl2,在生产大规模集成电路中能应用,因为此时反应温度比较高,当整个半导体行业升级为超大规模集成电路时,就考虑以最后一种的硅烷(SiH4)作为反应气体实现低温条件下的化学气相沉积。
目前国内建设的多条晶圆加工生产线mm 硅晶圆的加工中,单晶硅薄膜的制程选用 6N9 以上 SiH4 作为反应源气体可实现在低温条件下的化学气相沉积制备单晶硅。在二氧化硅绝缘膜和氮化硅绝缘膜的制备中,以SiH4或 SiH3Cl2 为源气,辅助气体中分别涉及 6N9 级别的 O2、 N2O 和 NH3 的应用。晶圆加工工艺中生长二氧化硅(SiO2)绝缘膜涉及的化学反应:SiH4+O2-SiO2+2H2;SiH4+N2O-SiO2+2N2+H2。
在晶圆制程中涉及图案化过程中部分工艺涉及气体刻蚀工艺的应用,也称干法刻蚀,此过程是利用电子特种气体在电离条件下形成等离子体,等离子体通过物理作用和化学作用除去图形化工艺中部分位置,刻蚀气体的分类也是通过基底材料的不同而不同。在刻蚀半导体 Si 基底时,主要选用氟基气体,例如氟利昂-14(CF4),在此过程中需要刻蚀部位的 Si 与 CF4 反应生成 SiF4 而除去,其化学反应式为:Si+CF4+O2-SiF4+CO2。氟利昂-116(C2F6)和氟利昂-23(CHF3)在刻蚀硅时由于易产生聚合膜进而影响刻蚀效果,但是在刻蚀 SiO2 的时候不可能会出现此类现象,因此用于 SiO2 的刻蚀。同时由于半导体 Si 薄膜存在各向同性的特点,刻蚀选择性差,因此后续开发中引入氯基(Cl2)和溴基(Br2、 HBr)作用,最终生成物中还包括 SiBr4和 SiCl4来提升选择性。在绝缘层 SiN4 的刻蚀中通常选用氟利昂-32(CH2F2) ,原因是 CH2F2 在刻蚀 Si和 SiO2 过程中均会产生聚合膜进而影响刻蚀效果。综上所述,目前国内在建产线汇总涉及薄膜的气体包括 CF4 、 C2F6 、 CHF3、Cl2、 Br2、 HBr 和 CH2F2 等,但是此类刻蚀气体用量相对较少,刻蚀过程中需与相关惰性气体 Ar、 N2等共同作用实现刻蚀程度的均匀。
在半导体材料的制备,理想条件下的 IV 族元素(Si、 Ge、 Sn)原子核外有 4 个电子,因此就需要通过掺杂引入形成 N 型和 P 型半导体,在 Si 中引入 III 族元素(如 B)形成 N 型半导体,在 Si 中引入 V 族元素如(N、P)形成 P 型半导体,P 型半导体与 N 型半导体形成 PN 结是后续功能器件的基础。因此,在 300mm大硅片制备前端11N9的高纯Si的掺杂工艺中制备N型半导体涉及到B2H6、BBr3和 BF3 等电子气体的应用,制备 P 型半导体涉及到 PH3、POCl3、 AsH3、 SbCl5等电子气体的应用。电子特种气体的制备逻辑与超净高纯试剂的制备逻辑存在部分相似,部分电子气体如(N2、 O2、 Ar、 NH3 等)能够最终靠工业气体的分离和纯化实现,此部分的制备工艺对于分离设备的依赖十分显著,目前国内通过进口相关分离纯化设备元件进行拼装改造,避开海外技术专利封锁,最终实现纯化。
但是,纯化过程涉及工艺从 4N9 到 6N9 的纯度升级过程任重道远,如果探索出合理的合成路线降低投资所需成本成果主流企业思考的问题。另一类作为源料气体如硅烷(SiH4)、砷烷(AsH4)等,均需要在源头合成实现,目前均被欧、美、日等公司垄断,小松电子金属、三井东亚化学、帝国氧气等是日本 SiH4的主要供应厂商,普莱克斯(元UCC公司)、 APCI、曼特森等是欧美等国 SiH4 的主要供应厂商,其制备工艺核心技术不对外公布,因此没办法实现短期内的技术壁垒突破。国家开展“02”专项,由中船重工第七十八研究所组织南大光电、中昊光明化工、洛阳黎明化工、广东佛山华特气体和大连科利德等单位共同攻克电子特种气体的难关。目前国内企业中雅克科技(002409)通过外延并购整合韩国 UP Chemical 电子特种气体前驱体业务,共同开辟国内市场,其 SOD 产品目前已确定进入 SK 海力士28nm 的 DRAM 供应链,未来将在集成电路产业基金支持下持续拓展国内客户,同时其预计收购的四川科美特四氟化碳气体进入台积电供应链,成为台南14A 厂制定供应商,未来将布局进入台积电在大陆建设的晶圆产线,通过电解氟化氢过程成本优势扩大其未来行业竞争力。
电子特气中水汽、氧等杂质组易使半导体表面生成氧化膜,影响电子器件的常规使用的寿命,含有的颗粒杂质会造成半导体短路及线路损坏
而伴随半导体工业的持续不断的发展,产品的生产精度慢慢的升高。以集成电路制造为例,其电路线宽已经从最初的毫米级,到微米级甚至纳米级
随着电子特气的纯度慢慢的升高,对分析检测的新方法和仪器提出了更高的要求,检测限从最早的ppm级已发展到ppt级。目前国外电子气体的分析己经经历了离线分析、在线分析(on-line),原位分析(insitu)等几个阶段。
高纯电子特气得来不易,在储存和运送过程中要求使用高质量的气体包装储运容器、及相应的气体输送管线、阀门和接口,确保避免二次污染。
特种气体产业链随着全球半导体、显示面板等电子产业链不断向亚洲、中国大陆地区转移,包括电子特气在内的上游原材料精细化程度持续提升,且实现国产替代意义重大。电子特种气体是电子工业重要的原材料之一,主要使用在于冶金、化工和机械制造等传统行业,以及集成电路、液晶面板、太阳能电池、光纤光缆、医疗健康、高端装备制造等新兴行业。根据LinxConsulting显示,半导体市场所需电子特气占比达70%左右,液晶显示和晶硅太阳能电池需求占比分别为20%和4%。
电子特气在晶圆制作的完整过程中占材料成本的14%左右,几乎渗透到集成电路生产的每个环节,对集成电路的性能、集成度和成品率都有重大影响,被称为半导体制造的“血液”和“粮食”。根据中国半导体行业协会,我国2020年集成电路产业销售规模达8848亿元,同比增长17%,过去5年复合增速达20%,对电子特气的需求带来了持续、强劲的拉动。
随着全球半导体产业链向国内转移,国内电子气体市场提速明显,远高于全球增速。根据中国半导体行业协会多个方面数据显示,中国电子特气2020年市场规模为150亿元,占全球比例约为48%,相较于2011年占比翻了一倍,2011-2020年市场规模中国CAGR远高于全球数据,中国半导体行业协会预计2024年中国电子特气市场规模将达到230亿元,占比提高至接近60%。电子特气应用于晶圆制造的各个环节:
资料来源:林德集团官网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,电子气体主要使用在于蚀刻、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,要使用到三阶气体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。电子特气分类介绍:
资料来源:华特气体招股说明书电子特气决定了集成电路产品的最终良率和可靠性。比如,离子注入气体的氢化物气体浓度未达到要求,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。
而如果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明显的变化,最后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。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nm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别的条件,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。目前空气分离设备,基础化学原料供求稳定,国家对环境保护的重视及工业尾气排放目标的限制也代表着原材料中工业尾气的供应将更加充足。
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。由于海外特种气体市场的发展较早,国际主要工业气体巨头均在特种气体领域形成了深厚的技术积累和产品布局,特气已成为海外工业气体巨头收入的重要组成部分,并且这部分产品竞争壁垒、产品附加值较高的特气业务通常毛利率水平高于普通工业气体。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%的市场占有率。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,国内相关企业大多分布在在中低端市场。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%的市场占有率。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,大致上可以分为三类: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,该类公司产品品种类型较多,纯度较高。其中,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,在国内市场占有率已达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有突出贡献的公司,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,总实力较强。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。
电子特气壁垒较高,一种原因是企业客户的资质认证较难,且时间非常长。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。另一方面,电子特气在下游制作的完整过程中的成本占比相比来说较低,但对电子科技类产品性能影响较大,一旦质量出现问题,下游客户将会产生较大损失为了保持气体供应稳定,客户在与气体供应商建立合作伙伴关系后不会轻易更换气体供应商。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。国内电子特气生产企业和产品:
资料来源:天风证券产品品种类型上看,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,主要使用在在激光领域)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。
三氟化氮(NF3)是目前应用最广的电子特气,占全球电子气体产量约50%。三氟化氮在蚀刻时,蚀刻物表面不留任何残留物,是良好的蚀刻、清洗剂。大量应用于半导体、液晶和薄膜太阳能电池生产的基本工艺中。随着半导体、显示面板行业生产及消费重心逐渐向中国大陆转移,加上生产三氟化氮的主要的组成原材料均由国内供给,两头在内的供应链格局决定了三氟化氮生产应用向国内转移是大势所趋,预计2021年国内三氟化氮需求将达到近1.6万吨,占全球约40%,2018-2021年CAGR约28.7%。长期以来,三氟化氮的生产和销售厂家集中在美国的空气产品和化学品公司、韩国SKM、日本的关东电化公司和三井化学公司等国外几家气体公司。国内的三氟化氮产能大多分布在在718所和黎明院。其中,黎明院是以化学推进剂及原材料研制为主业发展起来的综合性高新技术企业,在化学推进剂及原材料、聚氨酯新材料、含氟气体材料、过氧化氢及配套原材料四个专业领域具备显著的科研优势。
六氟化钨产业集中度较高,主要生产商包括CSIC,林德等国际气体公司。随着半导体行业向大陆转移、配套材料国产化推动,电子级六氟化钨生产的基本工艺逐步被国内厂商突破。国内现有产能大多分布在在中船重工718所,另有昊华黎明院、南通厚成、博瑞中硝、欧中电子等公司有在建项目。
根据CNKI相关文献预测,如果OLED新工艺得到突破,四氟化碳的需求将会明显地增加,2021年大氟化碳需求量将超过3000吨,2025年有望超过8000吨。目前我国半导体工厂的四氟化碳50%来自于日本,国内华特气体、南大光电、昊华科技、雅克科技、中船重工718所等企业均在积极布局氟碳类气体,预计所有项目完工后能满足中国市场大部分需求。
经济新常态下更强调经济结构的优化升级,集成电路、显示面板、光伏能源、光纤光缆、新能源汽车、航空航天、环保、医疗等产业对中国经济稳步的增长的贡献率将愈加突出。特种气体作为上述产业高质量发展不可或缺的关键性材料,其市场规模将继续保持快速地发展。近年来国家发布的《新材料产业指南》等指导性文件,旨在推动包括特种气体在内的关键材料国产化。在下游市场需求高速扩张,国家政策进行支持等多重因素的影响下,我国特种气体行业有望在未来加快国产替代步伐,实现高速发展。
特种气体是指在特定领域中应用的对纯度、品种、性质有特别的条件的气体工业气体是现代工业的基础原材料,被喻为“工业的血液”:
可分为特种气体、合成气体、空分气体三大类。特种气体是指在特定领域中应用的对纯度、品种、性质有特别的条件的气体,最重要的包含电子气体、医疗气 体、标准气体、激光气体、食品气体、电光源气体等。特种气体是工业气体中的一个新兴门类:
电子气体是特种气体的一个重要分支:电子气体在电子科技类产品制程工艺中大范围的应用于离子注入、刻蚀、气相沉积、掺杂等工 艺,被称为集成电路、液晶面板、LED 及光伏等材料的“粮食”和“源”。在技术进步、需求拉动、政策刺激等多重因素的影响下,特气行业国产化趋势明显
中国的特种气体行业已经经过了30年的发展和沉淀。随着不断的经验积累和技术进步,业内领先企业已在部分产品上实现突破,达到国际通行标准,逐步实现了进口替代, 特种气体国产化具备了客观条件。在需求层面,近年连续建设了多条 8 寸、12 寸大规模集成电路生产线、高世代面板生产线等,为保障供货稳定、服务及时、控制成本 等,特种气体国产化的需求迫切。此外,近年来国家相继发布一系列政策,旨在推动包括特种气体在内的关键材料国产化。
随着在技术进步、需求拉动、政策刺激等多重 因素的影响下,特气行业国产化趋势明显。80年代中期,行业处于萌芽期。美国气体化工产品公司(APCI)进军中国,成为第一家在华投资的海外气体企业
1999-2007年期间,行业处于初步发期。我国电子气体初步形成产业,但产业基础较为薄弱。
2008-2018年期间,行业处于成长期。一方面,国家陆续出台有关政策支持鼓励行业的发展;另一方面,国外半导体厂家纷纷在我国加大投资力度,带动我国半导体产业链 的进一步成长。此外,我国企业也通过自主创新突破电子工业技术,成功将多晶硅制成改为单晶硅制成,通过工艺创新变更扩大和推动特种气体化学品的需求量和产品更 新换代速度。这一些因素叠加使得我国特种气体行业得到不断成长。一、电子特种气体的概况电子气体是集成电路、显示面板、发光二极管、光伏等领域生产制作的完整过程中不可或缺的关键性材料,被大范围的应用于清洗、刻蚀、成膜、掺杂等工艺环节。随着半导体和微电子工业的迅猛发展,对电子气体的品种、数量、质量及纯度提出了更高的要求。《战略性新兴起的产业分类(2018)》在电子专用材料制造的重点产品中将电子气体进一步分为了电子特种气体和电子大宗气体。>
显示面板行业,在掺杂和刻蚀工序中,主要以硅烷等硅族气体、磷化氢等掺杂气体和六氟化硫等刻蚀气体为主;在薄膜工序中,通过化学气相沉积在玻璃基板上沉积二氧化硅等薄膜,使用的特种气体主要为三氟化氮、四氢化硅、磷化氢、氨气等;(3)光伏行业,在太阳能电池生产中,三氯氧磷和氧气用于扩散工艺,四氢化硅、氨气、二乙基锌、乙硼烷、硅烷用于薄膜沉积,四氟化碳用于刻蚀。二、电子特气行业的市场规模随着半导体产业的发展,电子气体市场也将随之增长,近年来国内半导体市场发展迅速,为电子气体提供了广阔的空间。根据国际半导体产业协会数据,2020年全球晶圆制造用电子气体市场规模达43.7亿美元,同比增长4.05%。根据高禾投资研究中心预测数据,至2028年全球晶圆制造用电子气体市场规模达59.1亿美元,年复合增长率为3.84%。>
根据高禾投资研究中心预测数据,至2030年我国电子特种气体行业市场规模将达577.4亿元,年复合增长率为12.77%。
电子特种气体从合成、提纯、充装、储运等环节均存在较高的技术壁垒,且客户认证周期长、更换供应商意愿低等也形成了较高的客户壁垒。截至2018 年,全球以美国气体化工、美国普莱克斯、法国液化空气、日本大阳日酸和德国林德等五家公司垄断全球特种气体91%的市场占有率,市场集中度高。>
2021年美国发布的供应链100天调查报告称,全球六大电子特气供应商为:美国Versum Materials(从美国空气化工独立出来的Versum Materials于2019年10月被德国默克Merck并购)、韩国SK Materials、日本大阳日酸、法国液化空气公司、已合并的林德集团和普莱克斯(英国/美国)和日本KDK(这里似乎不准确,日本九州电通简称是KDK,但是其似乎并不生产电子特气)控制了整个市场的一半左右的份额,另外约50家供应商占据了另一半市场。
而在这另外的约50家供应商当中,日本厂商也占据了较大的比重。根据sanyo-times的资料,昭和电工、关东电化工业、ADEKA(艾迪科)、日本中央硝子(Central Glass)、住友精化、大金工业等都生产和销售各种电子材料方面的气体。比如,高纯度CI2(氯气)的主要厂商是昭和电工和ADEKA(艾迪科)。