电子特气国产替代化加速

电子特气是半导体材料制造的关键原材料，下游应用领域广泛。工业气体是工业中使用的常温常压下呈气态的物质，广泛应用于现代工业的各个领域，根据其用量大小可以分为大宗气体和特种气体两类，其中大宗气体又可分为空分气体（氧气、氮气、氩气及稀有气体）和合成气体（CO/H2、乙炔、CO2等），特种气体根据用途不同可分为电子特种气体、医疗保健用气体、食品饮料用气体、航天用气体等。

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电子气体种类繁多，按照用途划分为电子特种气体和电子大宗气体两类。电子大宗气体一般用作电子工业生产的环境保护气、载气等，常用于高温热退火、保护气体、清洗气体等环节。电子特种气体普遍应用于半导体芯片、液晶面板材料制造等各个工艺流程中，比如清洗、沉积、光刻、刻蚀、离子注入、成膜、掺杂等环节。截至2020年，仅特种气体中的单一组分气（不包含混合气）已有260种，具有相近化学组成的同系物通常具有相似化学性质：例如氟化物（六氟乙烷、三氟化碳）都具有腐蚀性，常用作半导体刻蚀气；硅烷与乙硅烷都可用作气相沉积成膜工艺。

电子特气主要应用于半导体领域，在刻蚀和掺杂工艺中使用占比较高。电子特种气体具有高技术、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Linx统计，全球电子特气下游应用市场中半导体占比为73.1%，显示面板为19.4%，化合物半导体/LED为4.4%，光伏为3.1%；中国电子特气下游应用市场中半导体、显示面板、光伏分别占比43%、21%、13%。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，2021年占比分别为36%和34%。

电子特气是晶圆制造过程中仅次于硅片的第二大原材料，贯穿晶圆制造只要工艺流程。晶圆制造原材料中硅片占比约为32.9%，其次是电子特气占比为14.1%，电子特气作为大额用量的耗材，贯穿晶圆制造工艺的全流程。在晶圆制造的整套工艺生产过程中，使用到的电子气体高达100种，核心工段涉及的电子特气种类约40-50种，贯穿成膜、清洗、沉积、刻蚀、掺杂、离子注入等工艺流程中，因此电子特气也被称为晶圆的“粮食”。

表：电子特种气体主要产品及其应用

在晶圆制造的沉积成膜工艺流程中：首先使用氟化铵和氟化氢等多元电子特气吹扫刻蚀晶圆基板，以获得平整规则的晶圆表面；然后使用铪烷/氧/氩混合电子特种气进行沉积吹扫，在晶圆表面上形成一层氧化铪膜；最后使用硅烷/氧/氩混合气进行沉积吹扫，继续在氧化铪膜的表面上形成一层氧化硅膜。氟化物电子特气刻蚀晶圆基材的化学原理为：氟离子具有强酸性，可以与硅片发生化学反应，腐蚀掉晶圆表面的硅膜。在晶圆上“雕刻”电路图，是通过光刻工艺实现的，需要依次经过：沉积成膜→光阻成膜→显影→光刻刻蚀→光阻去除等五个步骤，反复进行以上步骤，就可以将光罩上的电路图转移到晶圆上，实现集成电路的设计制造，以上步骤中均需要不同种类的电子特气参与。

特种气体具有较高的技术壁垒、客户认证壁垒、营销网络与服务壁垒和资质壁垒。以上工艺体现出本行业极度依赖大型化工装置、专业且特殊的检测设备、专业技术与经验积累，非专业从事气体生产的公司，需要另外购买大批量先进的生产设备，从零积累气体纯化、混配、充装、钢瓶处理与分析检测等技术经验，这需要付出高昂的成本。

（1）技术壁垒：特种气体在其生产过程中涉及合成、纯化、混合气配制、充装、分析检测、气瓶处理等多项工艺技术，以及客户对纯度、精度等的高要求，对行业的拟进入者形成了较高的技术壁垒；

（2）客户认证壁垒：作为关键性材料，特种气体的产品质量对下游产业的正常生产影响巨大，因此对极大规模集成电路、新型显示面板等精密化程度非常高的下游产业客户而言，对气体供应商的选择极为审慎、严格，形成了客户认证壁垒，其中显示面板行业用特种气认证长达1-2年，集成电路领域用特种气认证长达2-3年。电子特气的质量将决定半导体产品质量，因此客户选择电子特气供应商必须经过审厂和产品认证两轮严格的审核认证才能获得认可；

（3）营销网络与服务壁垒：客户对气体种类、响应速度、服务质量的高要求都使得营销网络在气体企业的经营中处于重要地位，其次客户对工业气体产品的种类需求丰富，对气体公司的综合服务能力要求较高，因此形成了营销网络与服务壁垒；

（4）资质壁垒：工业气体属于危险化学品，在其生产、储存、运输、销售等环节均需通过严格的资质认证，这对行业新进入者形成了较高的资质壁垒。

电子特气主要采用瓶装供气和储槽供气两种方式。电子大宗气体主要以现场制气为主。由于电子特气具有超高纯度的指标要求，且具有品类多、批量小、高频次的应用特点，采用瓶装供气模式是电子特气行业的主流销售模式，此外对一些需求量较大的电子特气还会采用长管拖车（鱼雷车）的运输方式，因此配送能力和交付能力也是重要的竞争优势。

不同气体供应商之间的服务差异较大，一站式综合服务可以增加客户粘性，比如额外提供容器检测、维修，供气系统的设计和安装等配套服务，从而构成了电子特气行业的客户服务壁垒。

近年来全球工业气体市场持续稳步增长，中国工业气体市场发展潜力大。据亿渡数据，2021年全球工业气体市场规模9432亿元，CAGR为6.97%，预计到2026年将达到13299亿元，CAGR为7.11%。2021年中国工业气体行业的市场规模1798亿元，CAGR为10.39%，预计到2026年将达到2842亿元，CAGR为9.59%。虽然中国工业气体行业较全球起步晚，与国际气体规模还存有较大差距，但中国市场增速远高于以美国为代表的发达国家，同时在国家政策推动下，以电子特种气体为代表的新兴用气需求不断爆发，未来中国工业气体市场发展潜力巨大。

中国特种气体市场规模CAGR高达18%，预计2026年将超800亿元。近年来，中国特种气体市场规模快速增长，从2017年的175亿元增长至2021年的342亿元，CAGR高达18%。根据亿渡数据，预计到2026年中国特种气体行业的市场规模将增长到808亿元，CAGR为18.76%。

2022年中国电子特气市场规模超200亿元，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，据国际半导体产业协会（SEMI）数据，2017年全球电子特气市场规模为37亿美元，2022年已经达到50亿美元，预计到2025年全球市场规模将达到60.23亿美元，CAGR为7.3%。我国正积极承接全球第三次半导体产业转移，下游市场对电子特种气体的需求快速提升，2022年中国电子特气市场规模为220.8亿元，同比增长12.77%，未来几年，由于先进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继续保持高速增长。

中国特气市场主要被外资占据，国产化比例有望不断提高。全球和中国电子特气市场均主要被海外公司占据，主要生产商分别为美国空气化工、德国林德集团（林德集团和普莱克斯合并）、法国液化空气和日本酸素（原名大阳日酸），合计占据全球电子特气91%的市场份额，并且在中国占据主导地位，据TECHCET，2020年外资在中国电子特气市场的合计市占率约85%，据前瞻产业研究院预测，到2025年中国电子特气市场的国产化占比将提高到25%。

全球电子特气产品细分种类繁多，前十大品种市场份额占比56%。据LinxConsulting统计，2021年全球主要电子特气品种三氟化氮、六氟化钨、六氟丁二烯、氨气市场规模分别为8.8亿、3.4亿、3.1亿、1.9亿美元，前十大品种试产股规模合计25.4亿美元，约占全球电子特气市场份额56%。

国产电子特气在部分细分产品领域内具有竞争优势，打破了国外技术的垄断。经过近十年的发展，我国电子特气企业持续更新工艺设备和探索生产技术，在产品研发上陆续取得了重大突破，部分产品的容器处理技术、气体提纯技术、气体充装技术和检测技术已经达到了国际通行标准，已在部分特气产品打破国外垄断，实现国产替代，例如金宏气体的超纯氨纯度，高纯氧化亚氮，高纯氢和高纯氮等产品；华特气体的高纯六氟乙烷、高纯四氟化碳、高纯二氧化碳等产品，河南硅烷科技公司的硅烷混合气产品，南大光电的磷烷砷烷等各种电子特种气体，品质已和外资气体巨头处于同一水平，成为国内电子半导体领域众多知名客户的气体供应商。

从电子特气行业内的细分产品来看，磷烷和砷烷是晶圆加工制造工艺中用于化学气相沉积和掺杂过程的关键材料，国内产能在全球占比相对较高。根据QYResearch数据，预计2028年时我国高纯磷烷的产能预计将提升至292吨，全球占比60.8%，2022-2028年平均增长率将达到19.2%，届时我国高纯磷烷市场销售规模将达到3.3亿元，全球占比达到46%；预计2028年时我国高纯砷烷的产能预计将提升至180吨，全球占比62.1%，2022-2028年平均增长率将达到23.8%，届时我国的高纯砷烷市场销售规模将达到1.59亿元，全球占比达到38.9%，我国已成为全球高纯磷烷和砷烷特种气体的主要销售地区。

国产刻蚀气三氟化氮、六氟乙烷等细分产品具有竞争优势。用于半导体制造工艺中刻蚀和清洗工段的特种三氟化氮是市场规模最大的电子特气，2021年全球产能约3万吨，中国产能占比三分之一。特种六氟乙烷气体是用于小线宽制程的刻蚀清洗气体，2021年全球产能约584吨，中国产能占比60%。六氟化硫气体也是用于半导体刻蚀过程的特种气体，价格较三氟化氮更低廉，2021年全球产能约2万吨，中国产能占比50%。此外，还有用于氧化沉积步骤的高纯氨特种气体，中国产能占全球50%以上。

地缘政治冲突导致外源稀有气体供应短缺，中国稀有气体迎来发展机遇。乌克兰是全球稀有气体主要供应国之一，其供应了全球约70%的氖气、40%的氪气和30%的氙气，俄罗斯是氦气主要供应国，俄乌冲突导致其稀有气体生产和外输受阻，极大程度地影响全球电子稀有气体供应链，2022年上半年稀有气体价格出现大幅上涨，进一步增厚了特气企业的利润，同时也为国内高纯稀有气体产品导入国外公司提供了前所未有的发展机遇。

国内气体公司不断实现技术突破，市场份额有望扩大。中国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，国产企业第一梯队包括华特气体、金宏气体、南大光电和雅克科技，2020年市场份额占比分别为1.91%、1.56%、1.5%和1.3%。与国外气体公司相比，大部分国内气体公司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。尽管与国际气体公司相比，国内气体公司在资金、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，加上国内企业拥有低成本、贴近客户、反应灵活等优势，国内气体企业的竞争力将不断增强，市场份额有望扩大。

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