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电子特气是晶圆制造关键耗材,具有高壁垒
电子特气主要应用于半导体领域,消费量占比约7成。电子特种气体,简称电子特气、ElectronicSpecialtyGases、ESG,是特种气体的重要分支,具有高技术、高附加值的特点,是半导体、液晶显示面板、光伏、LED等电子工业生产中必不可少的基础和支撑性原材料,被广泛应用于清洗、光刻、刻蚀、掺杂、外延沉积等工艺中。根据观研天下,集成电路所消费的电子特气占全部电子特气的42%,显示面板为37%,光伏为13%,LED为8%。
电子特气是除硅片外用量比较大的晶圆制造材料,成本占比约14%。晶圆制造的整套工艺中,需要使用的电子气体种类多达100种,核心工段涉及的电子特气种类约40-50种,且经常以多元混配气形式使用。
刻蚀、掺杂环节特气用量占比较高。根据成分与用途的不同,可以将电子特气分为:光刻用气、刻蚀用气、掺杂用气、外延沉积用气等,其中,刻蚀用气、掺杂用气用量较多,2022年占比分别为36%和34%,外延沉积+光刻+其他用气累计占比30%。
电子特种气体被誉为半导体产业的“血液”,对半导体材料性能至关重要。由于特定杂质超标将导致电路功能的严重缺陷,晶圆制造对电子特气的纯度要求极为严格,一般大于6N。若不达标,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。电子特气的质量衡量指标主要为纯度和配比精度。
(1)纯度:单组分气体指标,以N表示(纯度百分比中9的个数),特气比较低要求5N以上,核心工段纯度要求更高,例如用于沉积成膜的硅烷气体,纯度要求为8N及以上;高纯度是企业踏入国际主流晶圆厂材料供应商的敲门砖:近年来芯片制程微缩(32→3nm),电子特气中的污染粒子体积也要缩小11倍以上,才能保持输出产品的良品率。因此,“纯度内卷”是发展趋势,特气纯度每提高一个数量级,都会极大推动半导体器件质的飞跃;
(2)配比精度:多组分气体指标,衡量混配气比额的精准度,以ppm(10-6)、ppb(10-9)、ppt(10-12)以及百分数来表示;混配气比纯气毛利率更高,可达80%,混配气一般由客户定制,高精度混配将打开盈利天花板。
特种气体具有较高的技术壁垒、客户认证壁垒、营销络与服务壁垒和资质壁垒。
特气主要采用瓶装供气和槽车供气。目前工业气体的主要供气模式包括液态气体、管道气体、瓶装气体。零售供气可选瓶装供气和储槽供气两种方式,现场供气可选现场制气和管道供气两种方式。基于电子特气超高纯度的指标要求,结合其品类多、批量小、高频次的应用特点,电子特气基本全部采用瓶装供气模式;当气体需求量较大时,会采用长管拖车供应(鱼雷车),因此对配送及交付能力要求很高。
电子特气行业集中度高,国产替代空间广阔
2022年电子特气市场规模超200亿,预计未来仍将保持高速增长。近年来全球电子特气市场规模逐年增长,据TECHCET,预计到2025年全球电子特气市场规模将达到6023亿美元,CAGR为73%。我国正积极承接全球第次半导体产业转移,下游市场对电子特种气体的需求速提升,据SEMI,2022年电子特气市场规模约为2208亿元,同比增长1277%,未来几年,由于先进逻辑制程及存储技术需求增加、显示市场持续增长、“碳中和”及“碳达峰”对光伏需求的增加,预计电子特气市场需求将持续保持高速增长。
特气市场主要被外资占据,国产替代空间巨大。全球和电子特气市场均主要被海外占据,全球气体主要生产商分别为林德集团(林德集团和普莱克斯合并)、液化空气、空气化工和日本酸素(原大阳日酸),2022年他们占据全球电子特气91%的市场份额,并且在占据主导地位。
国内气体不断现技术突破,市场份额有望扩大。电子特气企业起步晚,工艺技术、企业规模等与国外领先企业仍存在一定差距。国产企业首梯队包括华特气体、金宏气体、南大光电和雅克科技等。与国外气体相比,大部分国内气体的供应产品仍较为单一,用气级别不高,尤其在集成电路、显示面板、光伏能源、光纤光缆等高端领域。尽管与国际气体相比,国内气体在资金、技术、设备等方面仍有差距,但在技术不断突破、政策大力扶持、下游市场发展迅速等多重因素影响下,加上国内企业拥有的国际企业法比拟的低成本、贴近客户、反应灵活等势,国内气体企业的竞争力将不断增强,市场份额有望扩大。
国内企业速成长,多种特种气体已现国产替代,国产化进程将加速推进。的特种气体行业经过30年的发展和沉淀,通过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现突破,达到国际标准,逐步现进口替代,特种气体国产化具备了客观条件。
半导体产业链自给自足重要性愈发凸显,特种气体国产替代需求不断提升。半导体是数字经济产业转型、双循环等重大发展战略的基础性、先导性产业,我国十四五规划对半导体产业链中包括先进制程、高端IC和先进封装技术、关键的半导体设备和材料、第代半导体等领域各个关键卡脖子环节提供重点支持。在当前半导体产业环境和国际形势下,国际贸易摩擦、全球性疫情等因素更是增加了半导体供应链的不确定性。2022年8月9日,美国总统拜登签署了《2022年芯片和科学法案》,向美国国内半导体制造厂商、设备厂商等提供补贴,以增强美国本土半导体制造水平,并限制先进工艺流向。因此,在复杂的地缘和科技博弈中,半导体产业链的区域性自给自足成为趋势,现国内半导体全产业链自给自足的重要性愈发凸显。
相较于进口气,国产气具有多项势,国产替代是未来趋势。和进口气相比,国产气具有流程简单、运输周期短、运输风险较低、容器周转频率更高、运输成本低、机动性更高、售价较低的势,因此未来趋势是国产替代。
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