半导体材料的“粮食” “中国芯”要如何争这口“气”?

2020年-2022年是中国大陆晶圆厂投产高峰期,以长江存储,长鑫存储等新星晶圆厂和以中芯国际,华虹为代表的老牌晶圆厂正处于产能扩张期,未来3年将迎来密集投产。根据电子特气的特性来推断,新建晶圆厂将是电子特气国产代替的主要发展企业。国内新建晶圆厂的密集投产为电子特气打开了最佳代替窗口。


产业的转移倒逼着配套材料的国产化需求,为此政府给予了一系列政策支持,包括《“十三五”国家战略新兴产业发展规划》《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。


随着集成电路制造产业的发展,全球集成电路用电子气体的市场规模也逐渐扩大。电子特气全球市场超过100亿美元、中国市场超过100亿人民币。仅从集成电路用电子气体来看,据中国产业信息网的数据,2018年全球集成电路用电子气体的市场规模达到45.12亿美元,同比增长16%,中国集成电路用电子特气的市场规模约4.89亿美元。


近年来,随着电子工业的快速发展,电子气体在半导体行业中的地位日益凸显。在构成半导体的所有材料中,电子气体占到了13.3%的比重,仅次于硅材料,排名第二。


广义的“电子气体”指电子工业生产中使用的气体,是最重要原材料之一。狭义的“电子气体”特指电子半导体行业用的特种气体。其分为纯气体、高纯气和半导体特殊材料气体三类,是集成电路、平板显示、发光二极管、太阳能电池等半导体行业生产制造过程中不可或缺的关键性化工材料,被广泛的应用于清洗、刻蚀、成膜、掺杂等工艺。其质量对电子元器件的性能有重要影响。


在半导体工艺中,从芯片生长到最后器件的封装,几乎每一步、每一个环节都离不开电子特气,因此电子气体被称为半导体材料的“粮食”。


集成电路制造需经过硅片制造、氧化、光刻、气相沉积、蚀刻、离子注入等工艺环节,仅需要使用的纯气就超过50种,混合气体种类更多,且每一种气体仅应用在特定的工艺步骤中。此外,在显示面板、LED、太阳能电池片、光纤光缆等器件的制造中的不同工艺环节均会用到多种特种气体。


此前日本对韩国实施出口限制的高纯度氟化氢是半导体用的刻蚀气体,主要用于晶圆表面清洗、芯片加工过程的清洗和腐蚀。


当前特种气体已成为高科技应用领域和战略新兴行业发展不可缺少的基础原材料。据不完全统计,现有特种气体的种类达260余种,随着非低温气体分离技术(吸附、膜分离)、混配技术和提纯技术的发展,更多的特种气体产品将逐步走向市场。


电子特气从生产到分离提纯以及运输供应阶段都存在较高的技术壁垒,市场准入条件较高,在国际上被几家跨国公司垄断。目前以美国空气化工、美国普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气和日本大阳日酸株式会社为首的五大气体公司控制着全球90%以上的电子气体市场份额。


2018年,林德集团(与美国普莱克斯合并)收入占整体市场的36%,法国液化空气集团占30%,美国空气化工占11%,CR3达到77%。在中国的电子特气市场中,外资巨头目前也占有85%的市场份额。


虽然我国电子气体已经摆脱完全依赖进口的状态,但面对国外化工巨头已经实现的市场垄断,国内企业依然面临巨大的竞争压力。


国内电子特气产能相对分散,细分领域公司数量较多。相比较为成熟的大宗工业气体,国内达到电子级气体的产品仍然较少,但部分产品已实现进口替代。中船重工718所、绿菱电子、广东华特等均在12英寸晶圆用产品上取得了突破,并且实现了稳定的批量供应。


国内本土工业气体企业有数千家,普遍规模小,且多为从事普通工业气体零售、充装的气体公司,业务单一、区域限制明显,同时又受限于设备、技术、资金、物流等方面因素,企业发展存在较大瓶颈,行业竞争激烈。


当前,我国通过国家集成电路产业投资基金(大基金)撬动全社会资源对半导体产业进行投资和扶持,在电子特气领域也积极布局,入股电子气体企业,力争实现电子气体自主可控。国内其他电子气体公司抓住晶圆制造扩产的百年机遇,积极发展电子气体业务,争取打进国内新建晶圆厂的供应链。


基于未来几年中国大陆地区半导体、显示面板等主要电子元器件的新增产能较多,以及电子化工材料的进口替代需求强烈,国内电子气体行业也将迎来高速增长。


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