特气在微电子半导体行业的使用发展态势

电子特种气体和它的发展趋势。

电子特种气体领域的国产化被视为我国芯片自主的重要战场,全球半导体产业链上我国占据重要地位,这也是我国电子特气市场增速远高于全球增速的重要原因,利用好半导体的高景气度将有助于国产电子特气加速发展。

电子特气,即电子特种气体,在电子产品制程工艺中广泛应用,涉及半导体、显示面板、太阳能、LED 等行业。如半导体制造就需使用到电子大宗气体如氮气、氢气、氩气、氦气、氧气和二氧化碳等,以及稀有气体如氖气、氪气、氙气,以及典型的专业性气体比如硅烷,高纯氨气,一氧化二氮(氧化亚氮)等。这些气体被称为半导体制造的“血液”,是半导体产业供应链中仅次于大硅片的第二大市场需求,在半导体用材料市场占比达到14%,每年用于半导体领域的电子特气价值超过50 亿美元。乃至于狭义的“电子气体”就是特指电子半导体行业用的特种气体。

电子特气贯穿应用于半导体和微电子工业的各个工艺流程,从单个芯片生成到最后器件的封装,几乎每一个环节都离不开电子气体,如芯片制造中的清洗、沉积/CVD、光刻、刻蚀、离子注入、成膜等工艺,电子特气都参与其中。电子特气的重要性在于,其对半导体器件性能好坏起着决定性作用,如性能、集成度、成品率等。为保证半导体器件的质量,特种气体产品要同时满足“超纯”和“超净”的要求,“超纯”要求气体纯度达到5N 甚至6N、7N (7个九纯度),作为特种气体的核心参数,纯度每提升1N,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。

随着半导体领域技术的快速发展,电子特气企业紧密绑定优秀半导体厂商有望实现技术的快速积累突破与速更迭,制程技术从28nm、14nm、7nm 到5nm 渐次提高,对特种气体的纯度、混配精度等要求持续提升。电子特气技术包括气体的合成、深度纯化、混合气配置、ppm/ ppb/ ppt 级杂质的分析检测技术、配套器件及气瓶和管路。电子气体的包装与储运技术也决定着最终产品的质量,在其生产和运用中,需有相应的包装存储容器、气体输送管线、阀门和接口,以保证气体的纯度。半导体行业下游客户对气体供应商的选择非常严格,气体供应商的产品需要取得客户认证,通常光伏能源、光纤光缆领域的审核认证周期为半年到一年,显示面板通常为一到两年,集成电路领域的认证周期长达两到三年。长认证周期与强客户粘性对于新进入者形成较高的客户壁垒。

行业集中度高是电子特气领域的特色,美国空气化工(Air products & Chemicals)、法国液化空气 (Air Liquide)、日本酸素 (Nippon Sanso)、德国林德集团 (Linde Group)等海外气体企业集团占据全球电子特气市场9 成左右的份额,我国市场上外资巨头也控制着相当高的份额,从产品种类上看,据统计,目前用于集成电路生产的电子特气,国内仅能生产约25% 的品种。

多年发展,中国电子特气企业已在高纯砷烷、磷烷、硅烷、含氟气体等价值量较高的领域中实现技术突破,逐步进入台积电、英特尔、德州仪器、中芯国际、长鑫存储等半导体制造厂商,Osram、三安光电等LED 芯片厂商,以及京东方、惠科集团等显示面板厂商的供应链中。数据显示,2021 年我国氖气出口量为6.5 万立方,氪气出口量为2.5 万立方,氙气出口量为900 立方,部分产品已实现自主可控。

某种程度上海外大企业的发展轨迹我国企业可以复制,美国空气化工通过不断收购其他国家和地区的气体公司完成了全球化布局,巩固了市场地位;日本酸素同样通过并购实现了欧洲业务的拓展,最终搭建了其工业气体业务的全球网络。国内电子特气企业的并购已经有所动作,通过合理整合、布局增强区域乃至全球竞争力值得期待。电子特气行业单品市场容量小,开发单一产品很难实现企业做大做强的目的,收购整合发展平台型企业或是未来行业发展的方向,争取早日培育出具有国际气体标杆水平的中国电子气体企业。

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