电子特气行业深度报告：中国电子特气，从进口替代到供应全球

报告出品方：浙商证券

以下为报告原文节选

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1 电子特气：电子工业的血液

1.1 受益集成电路产业发展，电子特气有望快速成长

按照应用领域的不同，工业气体可以分为大宗气体和特种气体。大宗气体是指纯度要求低于 5N，产销量较大的工业气体。特种气体广泛用于电子、电力、石油化工、采矿等领域，对纯度、品种、性质有特殊要求，产品数量多但单一产品用量较小。
电子气体指的是专门用于电子半导体领域的一类工业气体，可分为电子大宗气体、电子特种气体等。
（1）电子大宗气体：指运用于半导体制造中耗量较大的气体，如氧气、氮气、氩气、氢气、氦气和二氧化碳等，主要用于环境气、保护气与载体，一般采用现场制气生产模式。
（2）电子特种气体：是指应用于电子行业的气体，其质量直接影响电子器件的成品率和性能。目前半导体行业各个环节使用的特种气体有 114 种，常用的有 44 种。主要包含有三氟化氮、六氟化钨、六氟丁二烯、氨气等，一般采用液态与瓶装气体生产模式。

电子特气产业上游原料是空气、空气废气以及基础化学原料，下游主要用于集成电路、显示面板、LED 与光伏等泛半导体行业，2021 年需求占比分别为 43%、21%、13%、6%。

电子气体按照制造工序不同可分为外延晶体生长气、热氧化气、外延气、掺杂气、扩散气、化学气相沉积气（CVD）、喷射气、离子注入气、等离子蚀刻气、载气/吹洗气、光刻气、退火气、焊接气、烧结气和平衡气等。

按照气体所含化学成分，电子特气可分为含氟气体、含硅气体、含硼气体、含锗气体、氢化物气体等。其中含氟特气约占全球电子特气市场的 30%左右，主要用作清洗剂、蚀刻剂、掺杂剂及成膜材料等。

我们梳理了 2009 年以来中国电子特气的发展路程，从光伏行业爆发带来电子特气的第一次迅速发展到后续 LED、显示面板以及集成电路行业的相继接力，中国电子特气行业周期性并不显著。
（1）第一阶段（2009-2011 年）：光伏行业爆发式增长带来电子特种气体行业第一次发展在这一阶段，随着光伏组件价格下降、光伏电站收益率上升，光伏装机需求显著上升。
2009-2011 年中国光伏发电新增装机容量由 0.2GW 增长至 2.1GW，年复合增速为 259%，光伏装机需求的爆发式增长带来了电子特气市场的第一次发展。
（2）第二阶段（2012-2014 年）：光伏行业走弱，LED 接力，电子特气市场增长稳定2010 年以来 LED 产业链产能扩张与其替代白炽灯给 LED 打开广阔市场空间，2012 年2014 年 LED 市场规模由 1920 亿元增长至 3507 亿元，年复合增速 35%，高于十二五规划增速 26%。LED 市场的高速增长承接了 2012 年欧美双反所带来的光伏行业下滑对电子特气市场的影响，电子特气市场实现稳定增长。
（3）第三阶段（2015-2018 年）：显示面板行业量价回升维持电子特气行业 10%以上增长中国 TV 品牌崛起提升了对大尺寸面板的需求，随着国内面板厂商京东方与华星光电开展大尺寸面板产能扩张，以及中国台湾地震影响群创等公司产能，面板价格迅速上升，量价齐升带来显示面板市场迅速回温，电子特气市场稳定增长。
（4）第四阶段（2019-2022 年）：集成电路行业高速发展，电子特气增长提速随着大数据、云平台、工业物联网的快速发展与 5G 应用的到来，芯片市场需求强劲，先进工艺和成熟工艺快速成长，2019-2021 年中国集成电路市场复合增速为 19%，集成电路行业的高速发展维持了电子特气的稳定增长。

1.2 电子特气是集成电路第二大耗材，应用在各工艺生产环节

北美半导体协会数据显示，芯片制造成本中电子气体（含电子大宗气体与电子特气）占比约为 14%，是半导体制造的第二大耗材。其中，硅片材料、电子气体、掩模板、光刻胶占比分别为 31%、14%、14%、6%。

半导体制造涉及上千道工序，工艺极其复杂，需使用上百种电子特种气体。作为集成电路、显示面板等行业必需的支撑性材料，电子特气广泛应用于清洗、成膜、光刻、刻蚀、掺杂等工艺环节。

我们梳理了清洗、成膜、光刻、刻蚀、掺杂等半导体制造涉工序中所使用的主要电子特种气体：

（1）清洗

清洗是指用化学或物理方法对芯片加工过程及 CVD 反应腔室中附着的杂质、残留物等进行清理，是芯片制造中步骤最多的工艺，主要的清洗气体包括三氟化氮等。

（2）成膜

成膜是指原料气或蒸汽通过气相反应沉积出一层金属或者氧化物亦或氮化物的过程，主要的成膜气体包含有六氟化钨、硅烷、笑气、氨气等。

（3）光刻

光刻是指通过涂胶、曝光、显影等工艺，利用化学反应进行微细加工图形转移的技术工艺。在光刻过程中，需要充入混合气，在受到高压激发后，混合气会形成等离子体，在其过程中产生的固定波长的光线在经过聚合、滤波等过程后形成光刻机光源。
主要的混合气有氩/氟/氖混合气、氪/氖混合气、氩/氖混合气、氩/氙/氖混合气等。目前，乌克兰供应全球 70%的氖气，40%的氪气和 30%的氙气。ArF 准分子激光器所使用的氩/氟/氖混合气体中氖气占比为 95%，其中氪气主要应用于光刻制程，氙气主要应用于半导体刻蚀制程。

（4）刻蚀

刻蚀气体用于有选择地从硅片表面去除不需要的光阻或者光刻胶，其基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩模图形。刻蚀气体主要为氟碳类气体，如一氟甲烷，二氟甲烷或者三氟甲烷等。除此外，卤素类气体也用于刻蚀过程，如氯化氢、溴化氢与氯气等。

（5）掺杂

在半导体器件和集成电路制造中，通过将掺杂气体掺入半导体材料内以使其具有所需要的导电类型和一定的电阻率，主要掺杂气体包括砷烷、磷烷、硼烷、三氟化硼等。

2 预计 2023 年中国电子特气市场规模 249 亿元，受益晶圆厂扩张、光伏装机高增，预计 2023-2025 年行业复合增速 13%

依据 TECHCET 数据，预计 2023 年全球电子特气市场规模 51 亿美元，2023-2025 年复合增速 8%。SEMI 数据显示，预计 2023 年中国电子特气市场规模为 249 亿元，2023-2025年将维持 13%左右的较快增长。

2.1 集成电路国产化，电子特气需求持续上升

晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其产销数据是衡量集成电路行业景气度的重要指标之一。SEMI 数据显示，2022 年全球晶圆出货量较 2021 年增长 4%，达到 147 亿平方米。据 ICMtia，2021 年 200-300mm 晶圆出货面积占全球集成电路用硅片出货面积的93%。因此，我们主要梳理了全球以及中国 200mm、300mm 晶圆产能情况：

总结一：中国晶圆产能扩张速度将快于全球。
（1）全球晶圆产能：2023 年晶圆厂产能扩张将放缓

1）300mm 晶圆产能：据 SEMI 所发布的《300mm 晶圆厂展望报告》，在 2021 和 2022年强劲增长后，由于内存和逻辑元件需求疲软，2023 年 300mm 晶圆厂产能扩张将放缓，预计为 735 万片/月，且至 2026 年将达到每月 960 万片的历史新高，该区间内计划将有 82座新厂房和产线开展运营。
2）200mm 晶圆产能：据 SEMI 所发布的《200mm Fab Outlook to 2025》，2021-2025 年全球 200mm 晶圆厂产能将迎来 20%的增长以及 13 条新增的 200mm 晶圆生产线，预计至2025 年晶圆月产达到 700 万片的历史新高。依据以上预测，我们假定 2021-2025 年全球200mm 晶圆厂产能扩张速度维持在 4%，预计 2023 年全球 200mm 晶圆厂产能为 651 万片/月，晶圆厂生产线数量为 215 条。

（2）中国晶圆产能：2022-2026 年中国 300mm 晶圆产能复合增速为 12%

1）300mm 晶圆产能：依据 SEMI 数据，2022 年中国 300mm 晶圆产能为 152 万片/月，全球市占率 22%，预计至 2026 年增长至 240 万片/月，市占率提升至 25%，产能复合增速12%。
2）200mm 晶圆产能：依据 SEMI 数据，我们预测 2022 年中国 200mm 晶圆产能为 132万片/月，市场占有率为 21%，预计至 2025 年产能为 179 万片/月，复合增速 11%。

总结二：晶圆厂产能扩张带来中国半导体制造份额提升，预计 2030 年将提升至 24%。
由于美国的出口管制，预计未来中国晶圆厂产能扩张重点将继续放在成熟技术上。基于中国晶圆厂产能扩张，未来中国芯片制造能力将稳步上升，SIA 数据显示 2020 年中国半导体制造份额为 15%，预计将于 2030 年提升至 24%，成熟制程领域国产替代空间广阔。

总结三：未来晶圆厂产能释放将带来电子特气需求上升，预计 2025 年中国集成电路用电子气体规模预计为 134 亿元，2021-2025 年 CAGR 为 12%。
晶圆厂产能释放将带来电子特气需求上升。IC Insights 数据显示，中国集成电路市场需求预计将由 2020 年的 1430 亿美元增长至 2025 年的 2230 亿美元，复合增速 9.3%，市场需求持续上升。中国集成电路用电子气体规模预计将从 2021 年的 85 亿元增长至 2025 年的134 亿元，四年 CAGR 为 12%，行业前景广阔。

2.2 显示面板市场：面板价格回暖，行业有望复苏

显示面板是构成显示器的重要组件之一，主要可分为 LCD、LED 与 Mini Led，下游应用于电视、电脑、平板与车载显示器等领域。Forst&Sullivan 数据显示，在经历 2015-2018年的高速增长之后，目前显示面板市场规模稳定增长。随着 2023 年经济逐渐复苏所带来的换机需求，面板价格持续回暖，行业有望实现进一步复苏。

2.3 光伏市场：多晶料价格下降催生 2023 年光伏装机显著增长，光伏用电子特气将持续收益

（1）复盘：行业发展已由政策补贴驱动转向市场驱动，降本增效成为光伏行业发展核心1）全球市场：国际可再生能源机构（IRENA）数据显示，2010-2021 年，全球光伏发电平均度电成本由 0.417 美元/kWh 下降至 0.048 美元/kWh，降幅达 88%，光伏新增装机量从 17.5GW 增长至 132.8GW，增幅 659%。
2）中国市场：基于行业发展前期的政策支持与技术进步，中国光伏发电产业获得快速成长，目前行业发展已由政策补贴驱动转向市场驱动；受益于光伏产业链各环节的技术迭代所带来的降本增效，2010-2021 年中国光伏发电平均度电成本下降 89%，目前光伏发电已实行平价上网。
（2）展望 2023 年：近期多晶料供应压力缓解带来度电成本下降，光伏行业需求将进一步释放，带动光伏用电子特气快速增长

据 InfoLink Consulting 数据，2023 年 3 月 29 日多晶硅致密料价格为 208 元/kg，相较于2022 年峰值 303 元/kg 下跌 31%，跌幅明显。中电联数据显示 2023 年 1-2 月国内新增装机20GW，同比增长 88%，预计 2023 年国内光伏新增装机将达到 110GW，同比增长 22%，带动光伏用电子特气快速增长。

3 中国电子特气从进口替代到供应全球

3.1 行业壁垒高：技术壁垒、市场拓展壁垒、资金壁垒

（1）技术壁垒

电子特种气体种类较多，不同类产品的合成、纯化等工艺技术可能存在较大差异，且工艺路线长、过程复杂。电子特种气体对产品纯度、产品指标的稳定性和一致性要求极高，需要对生产过程中各类杂质含量进行精准有效的控制，工艺难度较大。
根据气体纯度的不同，通常又将气体纯度分为四级，即普通气体、纯气体、高纯气体和超高纯气体，下表给出气体纯度等级和器件生产工艺上的应用：

电子特种气体企业开发一种满足半导体工艺要求的气体品种，往往需要长时间的研发积累，实现关键核心技术的突破，以及在产业化应用中对工艺参数不断进行优化。目前国内气体企业实现了对部分电子特种气体品种的国产替代，在产品的开发和产业化中，通常要面临不同类产品之间的核心技术壁垒。
（2）市场拓展壁垒在中国本土企业突破技术壁垒，打破国外垄断并实现气体国产化后，仍然面临下游市场拓展问题。原因主要系：

1）电子特气要求气体超净高纯，且产品批次质量需具备高稳定性，下游芯片制造厂商长期使用国外企业所生产的气体，对国内企业产品质量存疑，中国电子特气产品首次进入下游厂商进行试验存在一定难度；

2）单品类电子特气占芯片制造成本的比重较低（如电子级氢氟酸只占芯片制造成本的1.2%），而下游行业的认证周期较长（光伏能源/光纤光缆行业、显示面板行业、集成电路行业的认证周期通常分别为 0.5-1 年、1-2 年、2-3 年），芯片制造企业花费大量财力物力去评估的动能较弱；

3）半导体制造需上千道工序，对气体稳定性要求极高，若产品质量出现问题，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，造成高额损失，下游厂商更换电子特气供应体系的潜在损失较高。
（3）资金壁垒

电子特气行业生产环节需要较大规模的固定资产投入，为了保证产品质量的稳定性，还需要投入大量精密监测和控制设备。行业内企业在扩大业务规模的程中，往往通过兼并收购的方式横向布局，对于资本实力有很高的要求。
同时，气体作为消耗品只能以气态和液态的形式存在，需要专业的储存设备，针对瓶装气体用户需要投入大量的气瓶；针对液态气体用户则需要投入液态储罐、气化器、减压装置等固定资产。电子特气作为危化品，需要具有危化资质的专门运输设备，还应当对运输的全过程进行跟踪监测和严格控制，由此带来的运输及监控设备投入也较大。
3.2 国产替代空间大，部分气体世界级、中国造

全球电子特气市场：市场份额集中，工业气体龙头林德等前四大企业市占率共计 48%。
2020 年全球电子特气市场主要被德国林德、美国空气化工、法国液化空气以及日本大阳日酸占据，其中林德占比 20.2%、液化空气占比 15.5%、空气化工占比 6.6%、大阳日酸占比5.5%。
中国电子特气市场：中国电子特气发展时间较短，主要由早期进入中国市场的国外企业垄断，国产替代空间广阔。2020 年中国电子特气市场前四企业分别为空气化工、林德、液化空气、大阳日酸，占比分别为 25%、23%、22%、16%。

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