本文來自國盛證券,摘自《中國半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)投資手冊 ——政策驅(qū)動疊加產(chǎn)能轉(zhuǎn)移,國產(chǎn)替代勢在必行》。
電子氣體是指用于半導(dǎo)體及相關(guān)電子產(chǎn)品生產(chǎn)的特種氣體,應(yīng)用范圍十分廣泛。按其本身化學(xué)成分可分為:硅系、砷系、磷系、硼系、金屬氫化物、鹵化物和金屬烴化物七類。按在集成電路中不同應(yīng)用途徑可分為摻雜用氣體、外延用氣體、離子注入氣、發(fā)光二極管用氣、刻蝕用氣體、化學(xué)氣相沉積氣和平衡氣。在半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用的有110余種單元特種氣體,其中常用的有超過30種。
電子氣體的主要應(yīng)用范圍包括電子行業(yè)、太陽能電池、移動通訊、汽車導(dǎo)航及車載音像系統(tǒng)、航空航天、軍事工業(yè)等諸多領(lǐng)域。
1)集成電路領(lǐng)域:
電子特種氣體涉及集成電路制造多個環(huán)節(jié),對最終產(chǎn)品質(zhì)量和性能影響重大。電子氣體在多個集成電路制造環(huán)節(jié)具有重要作用,尤其在半導(dǎo)體薄膜沉積環(huán)節(jié)發(fā)揮不可取代的作用,是形成薄膜的主要原材料之一。
2)LCD領(lǐng)域:
特種氣體在LCD行業(yè)中主要應(yīng)用于成膜和干刻工藝。液晶顯示器分類種類眾多,其中TFT-LCD的反應(yīng)時間快、成像質(zhì)量高、且成本逐漸降低,是目前應(yīng)用最廣泛的LCD技術(shù)。TFT-LCD面板的制造過程可分為三大階段:前段陣列工(Array)、中段成盒工序(Cell)以及后段模塊組裝工序(Module)。電子特氣主要應(yīng)用于前段陣列工序的成膜和干刻階段,經(jīng)過多次成膜工藝分別在基板上沉積SiNx非金屬膜以及柵極、源極、漏極和ITO等金屬膜。
3)LED領(lǐng)域:
特種氣體在LED照明中主要應(yīng)用于LED外延片和芯片的制作過程。LED主要生產(chǎn)流程包括:外延片生長、芯片加工以及封裝應(yīng)用,電子特氣主要應(yīng)用于外延片生長和芯片的加工芯片。(LED是發(fā)光二極管的簡稱,是一種新型的半導(dǎo)體固體發(fā)光器件,具有發(fā)光率高、光線質(zhì)量好、能耗低、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),是新一代照明光源及綠色光源)
4)太陽能電池領(lǐng)域:
電子特氣在兩類主流電池片太陽能晶體硅電池片和薄膜太陽能電池片的生產(chǎn)過程中扮演著重要角色。太陽能電池是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片,由于太陽能是可再生的清潔能源,太陽能電池具有廣闊的發(fā)展前景,電池片是太陽能電池的核心組件。電子特氣在太陽能電池片的多項(xiàng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中發(fā)揮重要作用,包括擴(kuò)散、刻蝕、沉積等工序。
技術(shù)門檻
特種電氣提純是制備工藝的核心技術(shù)壁壘。特種氣體純度的提高,能夠有效提高電子器件生產(chǎn)的良率和性能。電子特氣中水汽、氧等雜質(zhì)組易使半導(dǎo)體表面生成氧化膜,影響電子器件的使用壽命,含有的顆粒雜質(zhì)會造成半導(dǎo)體短路及線路損壞。而伴隨半導(dǎo)體工業(yè)的不斷發(fā)展,產(chǎn)品的生產(chǎn)精度越來越高。以集成電路制造為例,其電路線寬已經(jīng)從最初的毫米級,到微米級甚至納米級,對應(yīng)用于半導(dǎo)體生產(chǎn)的電子特氣純度亦提出了更高的要求。
電子特氣純度提升的影響因素主要包括“氣體的分離和提純”、“氣體雜質(zhì)檢測和監(jiān)控”、“氣體的運(yùn)輸和儲存”三個方面。1)氣體的分離和提純:電子氣體的分離和提純方法原理上可分為“精餾分離”、“分子篩吸附分離”以及膜分離三大類,在實(shí)際提純分離過程中,為了達(dá)到更好的分離效率,往往會利用多種分離方法進(jìn)行組合,工藝更為復(fù)雜。2)氣體雜質(zhì)的檢測和監(jiān)控:隨著電子特氣的純度越來越高,對分析檢測方法和儀器提出了更高的要求,檢測限從最早的ppm級已經(jīng)發(fā)展到ppt級。目前國外電子氣體的分析已經(jīng)經(jīng)歷了離線分析、在線分析(on-line),原位分析(insitu)等幾個階段。對于高純度電子氣體的分析,國外已經(jīng)開發(fā)出系統(tǒng)完整的分析測試方法和現(xiàn)場分析儀器。而由于我國電子特氣行業(yè)一直重生產(chǎn)而輕檢測,因此分析方法和分析儀器同外國廠商相比都比較落后;3)氣體的運(yùn)輸和儲存:高純特氣在儲存和運(yùn)輸過程中要求使用高質(zhì)量的氣體包裝儲運(yùn)容器、以及相應(yīng)的氣體輸送管線、閥門和接口,確保避免二次污染。
市場規(guī)模
2016年全球集成電路用電子特種氣體的市場規(guī)模36.8億美元。根據(jù)SEMI統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,近幾年全球集成電路用電子特種氣體的市場規(guī)模相對穩(wěn)定,增長緩慢。2016年全球集成電路用電子氣體市場規(guī)模約為36.8億美元。
我國集成電路用電子特氣的市場規(guī)模約46億元。根據(jù)IC Mtia統(tǒng)計數(shù)據(jù),2016年我國電子特氣市場規(guī)模達(dá)到46億元。雖然我國電子氣體已經(jīng)擺脫完全依賴進(jìn)口的狀態(tài),但面對國外化工巨頭已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的市場壟斷,國內(nèi)企業(yè)依然面臨巨大的競爭壓力。
全球產(chǎn)業(yè)格局及主要企業(yè)
電子特種氣體從生產(chǎn)到分離提純以及運(yùn)輸供應(yīng)階段都存在較高的技術(shù)壁壘,市場準(zhǔn)入條件高,全球市場主要被幾家跨國巨頭壟斷。包括美國空氣化工(APD.US)、普萊克斯(PX.US)、德國林德集團(tuán)、法國液化空氣、日本大陽日酸株式會社等公司占據(jù)了全球電子特氣90%以上的市場份額。
(1)美國空氣化工
美國空氣化工產(chǎn)品(Air Products,紐約證券交易所代碼:APD)。是一家世界領(lǐng)先的工業(yè)氣體公司,位列美國財富500強(qiáng)。工業(yè)氣體是公司的核心業(yè)務(wù),提供空分和工業(yè)氣體、以及相關(guān)的設(shè)備,主要為煉油石化、金屬、電子和食品飲料等制造產(chǎn)業(yè)服務(wù)。
空氣化工產(chǎn)品有限公司于1987年進(jìn)入中國,在深圳蛇口設(shè)立了一家氣體工廠,是西方氣體公司在中國成立的第一家合資企業(yè),后成為中國最大的工業(yè)氣體產(chǎn)品公司之一。
(2)法國液化空氣集團(tuán)
法國液化空氣集團(tuán)(液空集團(tuán))是世界上最大的工業(yè)氣體和醫(yī)療氣體以及相關(guān)服務(wù)的供應(yīng)商,在巴黎證券交易市場上市,位列福布斯500強(qiáng)。2016年集團(tuán)總銷售額為181.35億歐元,同比增長14.6%,凈利潤18.44億歐元,同比增長了5%。
液空集團(tuán)向眾多的行業(yè)提供氧氣、氮?dú)?、氫氣其其它氣體及相關(guān)服務(wù),擁有來自35個國家的1,100名科研人員,通過全球9個研發(fā)中心開展研發(fā)活動。集團(tuán)每年對創(chuàng)新、研發(fā)和技術(shù)的投入近3億歐元,每年新增約300項(xiàng)專利。
液空集團(tuán)1916年進(jìn)入中國,于70年代重返該市場提供空分設(shè)備,并于90年代初開始其在華氣體業(yè)務(wù),目前在中國設(shè)有近90家工廠,遍布40多個城市,有大約3700名員工,在中國的銷售額超過25億人民幣。
(3)美國普萊克斯
普萊克斯是一家全球領(lǐng)先的工業(yè)氣體專業(yè)公司,同時也是北美和南美洲最大的工業(yè)氣體供應(yīng)商。公司向各行業(yè)用戶提供大氣氣體、工藝氣體、特種氣體、高性能表面涂料和相關(guān)的服務(wù)于技術(shù),其最初創(chuàng)建于1907年,也是首家將深冷分離氧氣商業(yè)化的公司,于1917年推出第一個液態(tài)氣體配送系統(tǒng),并于二戰(zhàn)后期開發(fā)了現(xiàn)場供氣。在二十世紀(jì)六十年代,普萊克斯推出了非深冷的空分技術(shù),從那以后,普萊克斯不斷向不同的行業(yè)介紹革新了的應(yīng)用技術(shù),公司擁有近3000項(xiàng)專利,其中單為鋼鐵冶金工業(yè)就提供了300項(xiàng)專利。
普萊克斯于1988年進(jìn)入中國市場,并于1992年在北京設(shè)立了首家合資企業(yè)。作為目前在中國最佳的工業(yè)氣體生產(chǎn)商和供應(yīng)商之一,普萊克斯中國總部設(shè)在上海,至今在國內(nèi)已設(shè)立13家獨(dú)資企業(yè)和11家合資企業(yè),生產(chǎn)銷售網(wǎng)點(diǎn)覆蓋華北、華東和華南地區(qū),在華員工超過1000人。
(4)德國林德公司
德國林德公司是德國工業(yè)氣體巨頭,以生產(chǎn)工業(yè)氣體與物流堆高機(jī)為主,位列世界500強(qiáng)。該公司提供種類廣泛的壓縮和液化氣體以及各種化學(xué)產(chǎn)品,是眾多行業(yè)不可或缺的重要合作伙伴。林德氣體運(yùn)用領(lǐng)域涉及鋼鐵生產(chǎn)、提煉、化學(xué)加工、環(huán)境保護(hù)、焊接、食品加工、玻璃生產(chǎn)和電子行業(yè)。林德集團(tuán)同時也大力發(fā)展快速增長的醫(yī)療業(yè)務(wù)(如醫(yī)用氣體)和生態(tài)氫技術(shù)的研發(fā)。
林德集團(tuán)在中國提供的產(chǎn)品涉及氣體相關(guān)方案和工程服務(wù),是第一批進(jìn)入中國市場的國際氣體公司。中國地區(qū)業(yè)務(wù)年收入超過30億人民幣,年增長率保持在25%-30%。
中國產(chǎn)業(yè)格局及主要企業(yè)
中國國內(nèi)電子特氣企業(yè)技術(shù)與國外仍然存在較大差距,電子特氣市場仍被外企主導(dǎo)。截止2016年年底,國內(nèi)方面電子特種氣體行業(yè)集中度高,美國化工、普萊克斯、日本昭和電工、英國BOC公司(已被德國林德集團(tuán)收購)、法國液化公司、日本酸素等六家公司合計占據(jù)了我國電子特氣85%的市場份額。
在政策支持和技術(shù)進(jìn)步推動下,我國特種氣體行業(yè)在2006年后進(jìn)入快速發(fā)展階段,2010年后國內(nèi)特種氣體企業(yè)不斷沖擊國外巨頭技術(shù)壟斷的格局。近年來,隨著國家對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的支持力度不斷加大,02專項(xiàng)科研等項(xiàng)目推動著中國本土的電子特種氣體產(chǎn)品水平在不斷提升。伴隨國內(nèi)科研院所和特氣企業(yè)不斷的投入和研發(fā),中國終于結(jié)束國產(chǎn)電子氣體無法大規(guī)模批量穩(wěn)定使用的歷史,電子特氣逐漸實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,稀有氣體產(chǎn)量和質(zhì)量都有較大提升,氫能源開發(fā)也緊跟日本的步伐,以硅烷、高純氨、氫氟酸、氯氣、砷烷等為代表的國產(chǎn)電子特氣,逐漸開始滲透國內(nèi)市場,相應(yīng)的廠商也不斷涌現(xiàn)。截止2015年年底,我國共有特種氣體生產(chǎn)企業(yè)150余家,其中比較突出的有雅克科技、南大光電、巨化股份、凱美特氣等。
(編輯:郭璇)