2020年电子特种气体行业研究报告

2020年电子特种气体行业研究报告

1、电子工业的“血液”——电子特气

工业中，常温常压下呈气态的产品被人们统称为工业气体产品。根据制备方式和应用领域的不同，工业气体可分为大宗气体和特种气体。大宗气体主要包括氧、氮、氩等空分气体，及乙炔、二氧化碳等合成气体，特种气体主要包括电子气体、高纯气体和标准气体。大宗气体产销量大，但是对纯度要求不高。特种气体产销量虽小，但根据不同的用途，对不同特种气体的纯度或组成、有害杂质允许的最高含量、产品的包装贮运等，都有极其严格的要求，属于高技术、高附加值产品。

在半导体的生产中，大宗气体和电子特气都有应用。大宗气体主要包括空分气体中的氧气、氮气，品种少、用量大，对纯度要求不高（99.99%左右甚至是普通纯度），可用于助燃、防氧化等，供应方式以现场制气、集中供应为主。电子特气主要包括氢化物、氟化物、氟代烷烃、金属有机化合物等等，是超大规模集成电路、平面显示器件、化合物半导体器件、太阳能电池、光纤等电子工业生产不可缺少的基础性支撑原材料，被广泛应用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相沉积、扩散等工艺，供应方式以零售分散供应为主。

随着半导体和微电子工业的迅猛发展，业界对电子特气的品种、数量、质量及纯度都提出了更高的要求。一般而言，对电子特气的纯度要求达到了 4.5N、5N 甚至6N、8N（N 指纯度百分比中9 的个数，小数点后的5 表示最后一位不满9的小数，4.5N 表示99.995%，8N 表示99.999999%），同时还要求将金属元素净化到10-9 级至10-12 级。纯度每提升一个N，以及粒子、金属杂质含量浓度每降低一个数量级，都将带来工艺复杂度和难度的显著提升。一旦电子特气的纯度或是净度不达标，轻则使得产品质量不过关，重则扩散污染整条产品线，甚至报废，造成巨额损失。电子特气在半导体工业中起到举足轻重的作用，被称为电子工业的“血液”。

1.1. 品种庞杂、功能多样，不可或缺的关键材料

电子特气下游的主要应用包括半导体、显示面板、光伏和LED。全球范围内来看，半导体行业对电子特气的需求占到总量的71%，显示面板需求占到18%。与其余地区相比，我国的晶圆代工产业的发展稍显滞后，而以京东方为代表的显示面板企业则已经初具规模。因此，与全球范围相比，我国电子特气的下游应用比例有所差别，其中半导体行业对电子特气需求占到国内总需求的42%，显示面板需求占到37%。

在半导体工业中，常用的特种气体有100 多种，其中在集成电路制造中的硅片制造、氧化、光刻、气相沉积、蚀刻、离子注入等核心工艺环节中，需要的特种气体种类超过50 种。目前电子特气并没有形成国际通行的分类体系，通常根据气体的用途对其进行区分，比如外延晶体生长气、热氧化气、外延气、掺杂气、扩散气、化学气相沉积气、喷射气、离子注人气、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（有的气体有多种用途）等。

尽管半导体生产中要用的特种气体品种繁多，但单种气体的用量并不是太大。根据统计，一个月产量5 万片的8 英寸晶圆厂一年要用的电子特气数量有56 种，金额约为5000 万元。具体到个别品种，以下表中用量最大的三氟化氮气体为例，一年用量为628 瓶，常用的规格一瓶为50Kg，一年大约消耗31.4 吨，按某上市公司出厂价15 万元/吨左右计，折合金额471 万元。

也正是由于电子特气多品种、小批量、高频次的特点，使得下游半导体产业的客户希望气体供应商能够覆盖更多类别的产品，并且提供包装容器处理、检测、维修及供气系统的设计、安装等专业化的配套服务，从而满足其一站式的用气需求，这对气体公司的综合服务能力提出了较高的要求。因此，为了满足客户的需求，气体公司不仅需

要内生性地提升产能和产品质量，还需要通过不断地研发新品种的特气，或者通过外延并购其余气体公司拓展产品线。

1.2. 气体工业百年，垄断格局已成

工业气体行业起源于1886 年的英国，Brins 兄弟建立了BOC（英国氧气公司），起初气体行业的主要产品包括氧气、氢气、一氧化碳、氮气等等重要的大宗工业原料，对纯度要求并不高。

20 世纪60 年代，随着电子工业等高新技术的发展，出现了电子气体及其它特殊用途的高纯气和混合气，统称为特种气体。由于特种气体是当时的新兴行业，涉及的气体品种繁多，应用范围又很广，各国对特种气体没有形成统一的定义和分类。

到20 世纪80 年代，经过十多年的发展，全球各主要气体公司都相继成立了特种气体部，或设立专门生产和供应各种高纯气体及混合气体的类似机构，高纯气体的种类扩展到130 多种，半导体产业中，高纯氨、氯化氢、二氧化碳、硅烷、乙硼烷、硒烷、磷烷、砷烷等气体得到广泛的应用。到80 年代末，高纯气体的种类膨胀到260 多种。这一时代业界对气体的纯度要求达到4.5-5N。彼时，我国的电子气体工业发展还不完善，研究多是对国外技术的跟踪与翻译，特种气体品种和纯度上大约落后于国

外先进技术10 年左右。国家通过“六五”、“七五”计划针对高纯烷类气体、蚀刻气、三氟化氮等特种气体展开技术攻关，实现部分品种的初步自主供应。

20 世纪90 年代，业界对气体的纯度要求进一步提高到6N 甚至8N，国外的大型气体公司逐步建立了具有自己特色的、分工明确和门类齐全的气体控制体系。尽管我国的气体工业也有了长足的发展，但在气体纯度、混配、贮运、分析、净化和应用上，与国外仍然有着10 年左右的技术代差。据统计，截止到1997 年，已经有7 家国外大型气体公司在我国近三十个城市建厂。国内以光明院（上市公司昊华科技的前身）、南京大学（孵化上市公司南大光电）为代表的研究机构实现了一些电子气体品种的突破。

21 世纪，跨国气体公司通过大量整合兼并，最终组成了以美国空气集团、法国液化空气、德国林德、日本大阳日酸为首的几家巨头气体公司，垄断格局形成。我国通过“十五”、“863”等多个渠道对气体行业提供资金支持，也因为上游半导体产业的高速发展，国产电子气体的研究及产业化生产开始加速，我国成功结束了国产电子气体无法大规模批量稳定使用的历史，以高纯氨、氯化氢、四氟化碳等为代表的国产电子气体，在8 英寸晶圆、太阳能电池、LED 领域有不俗的表现。我国基本建成品种