电子气体：现代工业之基石，晶圆制造之“血液”。电子气体可分为大宗气体和特种气体两大类，其下游广泛应用于集成电路、面板、医疗、光纤等新兴行业和冶金、化工等传统行业。具体到集成电路领域，电子特气应用的种类超过110余种，用于光刻、刻蚀、成膜、清洗、掺杂、沉积等工艺环节，是半导体行业必需的支撑性材料。生产方面，电子特气的生产步骤涉及合成、纯化、检测、充装等，在气体纯度（要求5N以上级别）和气体精度（多浓度的气体混配）方面有较高的技术要求，同时具有产品认证周期长，客户粘性大，资质认证严格等特点，被称为晶圆制造的“血液”。
　　全球竞争格局：寡头垄断下的突围序幕。1）总体市场规模：据华经产业研究院，2022年全球和中国的电子特气市场规模分别预计为49亿美元和189亿元。其中，电子特气在中国最大的下游应用为集成电路，占比达到43%；同时，在半导体材料的市场占比达到14%，仅次于硅片。2）细分气体规模：据LinxConsulting，2021年三氟化氮和六氟化钨的需求规模分别达到8.80和3.35亿美元，为细分需求规模较大的两个品类。3）竞争格局及国产化进程：2020年全球电子气体市场被海外寡头垄断，CR4超过75%，国产化率有待提高。考虑到国内下游Fab厂正加速认证，中国电子特气需求增速将显著高于全球。伴随品类扩充、地缘政治、产能扩建等因素，国内电子特气企业将加速进入下游头部客户的供应链。
　　海外龙头剖析：探寻气体龙头崛起之路。目前，海外气体四大寡头林德、空气化工、法国液化空气、太阳日酸，仍把控国内外电子特气的市场。我们认为任何巨头的崛起总有规律可循，龙头背后成长的共性都是企业成长的必经之路。通过复盘三大海外龙头的成长轨迹，我们总结了龙头公司气体业务的发展思路供国内特气公司成长参考：1）气体一体化服务体系优势明显；2）产品结构持续优化，下游市场持续开发；3）持续的并购整合建立全球销售网络。
　　国产替代机遇：踏出自主可控千里硅步。通过不断的经验积累，我国电子特种气体正逐步打破进口依赖的局面。目前国内电子特气第一梯队的厂商已经具备替代能力，在细分领域具有一定优势，在部分产品上实现突破，达到国际标准，逐步缩小与国外企业的差距，加速实现国产替代。从替代空间和品类覆盖来看，我们认为目前电子特气放量的趋势基本确立，未来有望迎来业绩的高速增长。
　　投资建议：我们看好国内电子特气受益于下游需求大幅放量和国产替代的迫切需要，建议关注：华特气体、凯美特气、金宏气体、南大光电、雅克科技等优质标的。
　　风险提示：行业竞争加剧；下游行业周期性波动；产品验证不及预期。

研究报告全文：半导体电子特气深度报告电子制造之血液国产替代浪潮将至2023年01月13日电子气体现代工业之基石晶圆制造之血液电子气体可分为大宗气推荐维持评级体和特种气体两大类其下游广泛应用于集成电路面板医疗光纤等新兴行业和冶金化工等传统行业具体到集成电路领域电子特气应用的种类超过110余种用于光刻刻蚀成膜清洗掺杂沉积等工艺环节是半导体行TableAuthor业必需的支撑性材料生产方面电子特气的生产步骤涉及合成纯化检测充装等在气体纯度要求5N以上级别和气体精度多浓度的气体混配方面有较高的技术要求同时具有产品认证周期长客户粘性大资质认证严格等特点被称为晶圆制造的血液全球竞争格局寡头垄断下的突围序幕1总体市场规模据华经产业研究院2022年全球和中国的电子特气市场规模分别预计为49亿美元和189亿分析师方竞元其中电子特气在中国最大的下游应用为集成电路占比达到43同时执业证书S0100521120004邮箱fangjingmszqcom在半导体材料的市场占比达到14仅次于硅片2细分气体规模据Linx分析师李萌Consulting2021年三氟化氮和六氟化钨的需求规模分别达到880和335亿执业证书S0100522080001美元为细分需求规模较大的两个品类3竞争格局及国产化进程2020年全邮箱limengmszqcom球电子气体市场被海外寡头垄断CR4超过75国产化率有待提高考虑到国内下游Fab厂正加速认证中国电子特气需求增速将显著高于全球伴随品类相关研究扩充地缘政治产能扩建等因素国内电子特气企业将加速进入下游头部客户1电子行业周报解读经济工作会议需求侧的供应链渐进复苏供给侧自立自强-202212272半导体季度策略2022Q4周期的深度思考海外龙头剖析探寻气体龙头崛起之路目前海外气体四大寡头林德空-20221217气化工法国液化空气太阳日酸仍把控国内外电子特气的市场我们认为任3汽车电子月报复盘苹果发展史电车时代何巨头的崛起总有规律可循龙头背后成长的共性都是企业成长的必经之路通浪潮初起步-20221205过复盘三大海外龙头的成长轨迹我们总结了龙头公司气体业务的发展思路供国4雷达行业深度报告相控阵雷达迭代国产内特气公司成长参考1气体一体化服务体系优势明显2产品结构持续优化化器件起航-202211255电子行业2022Q3季报总结国产替代虎踞下游市场持续开发3持续的并购整合建立全球销售网络于山景气周期卧龙于渊-20221116国产替代机遇踏出自主可控千里硅步通过不断的经验积累我国电子特种气体正逐步打破进口依赖的局面目前国内电子特气第一梯队的厂商已经具备替代能力在细分领域具有一定优势在部分产品上实现突破达到国际标准逐步缩小与国外企业的差距加速实现国产替代从替代空间和品类覆盖来看我们认为目前电子特气放量的趋势基本确立未来有望迎来业绩的高速增长投资建议我们看好国内电子特气受益于下游需求大幅放量和国产替代的迫切需要建议关注华特气体凯美特气金宏气体南大光电雅克科技等优质标的风险提示行业竞争加剧下游行业周期性波动产品验证不及预期重点公司盈利预测估值与评级股价EPS元PE倍代码简称评级元2021A2022E2023E2021A2022E2023E688628华特气体7838108200260733930推荐002549凯美特气1527022035056774327未评级688106金宏气体1987034049075584027推荐300346南大光电30590320480671446445未评级002409雅克科技5110070134175733829推荐资料来源Wind民生证券研究院预测注股价为2023年1月12日收盘价凯美特气南大光电的数据数据采用wind一致预期本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告1行业深度研究电子目录1电子特气现代工业之基石晶圆制造之血液311电子气体现代工业的原料基石312电子气体的三种分类方式313电子特气在集成电路中的应用解析714从电子气体的生产流程看技术壁垒1215电子气体的四种供应模式1516电子气体壁垒总结172全球竞争格局寡头垄断下的突围序幕1921市场规模全球放缓需求东扩1922竞争格局外资垄断国产崛起213海外龙头发展探寻气体龙头崛起之路2431林德集团领先全球的电子气体供应商2432液化空气持续收购扩大市场丰富产品线2633空气化工通过技术创新开拓市场2834海外龙头解析探寻气体龙头崛起之路304国产替代机遇踏出自主可控千里硅步3341国内特气市场寡头垄断明显替代空间可观3342国产替代势在必行亟需实现自主创新335投资建议3551行业投资建议3552重点公司366风险提示53插图目录54表格目录55本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告2行业深度研究电子1电子特气现代工业之基石晶圆制造之血液11电子气体现代工业的原料基石广义的电子气体指电子工业生产中使用的气体为重要的工业生产原材料之一狭义的电子气体特指半导体行业所使用的特种气体工业中把常温常压下呈气态的产品统称为电子气体根据战略性新兴产业分类2018电子气体可分为了电子特种气体和电子大宗气体其中电子气体已经成为现代工业不可或缺的基础原料随着中国经济的快速发展电子气体作为基础产业在国民经济中的重要性日益突出其上游行业是原材料和设备原材料包含空气工业废气基础化学原料等设备分为气体分离及纯化设备制造压力容器设备制造等下游广泛应用于石油化工冶金钢铁机械电子电力玻璃陶瓷建材食品以及医疗等领域图1电子气体产业链上下游资料来源华特气体2021年报告前瞻产业研究院民生证券研究院整理12电子气体的三种分类方式电子气体品类繁多分类方式较为复杂根据不同的标准电子气体主要有以下三种分类方式1按照用途分为电子大宗气体和电子特种气体2按照应用领域分为集成电路显示面板发光二极管光伏等3按照气体组分的性质分为氮氧化合物氢化物氟碳类碳氧化合物氨化物混合气等本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告3行业深度研究电子121按照用途划分表1不同用途电子气的分类类别用途主要气体品种电子大宗气体环境气保护气氮气氧气氩气等一般气体载气氨气氦气氧化亚氮TEOS正规酸乙酯TEB硼酸三乙酯TEPO化学气相沉积磷酸三乙酯磷化氢三氟化氯二氯化硅氟化氮硅烷六氟化CVD钨六氟乙烷四氯化钛甲烷等离子注入氟化砷三氟化磷磷化氢三氟化硼三氯化硼六氟化硫疝气等光刻胶印刷氟气氦气氪气氖气电子特种气体扩散氢气三氯氧磷氦气四氟化碳三氟甲烷二氟甲烷氯气溴化氢三氯化硼六氟刻蚀化硫一氧化碳等含硼磷砷等三族及五族原子之气如三氯化硼乙硼烷三氟化硼掺杂磷化氢砷化氢等资料来源金宏气体招股说明书民生证券研究院电子特种气体SpecialGas是用于生产半导体液晶太阳能电池等各种电子产品时使用的特殊高纯气体在生产工艺方面电子特气参与到离子注入刻蚀气相沉积掺杂等流程中下游应用方面电子特气涵盖半导体化工医疗环保和高端装备制造等领域截止至2020年特种气体中的单一气体不包含混合气体共有260种常见的电子特气应用场景如下表2常见的电子特种气体应用场景气体名称纯度要求应用场景用作标准气校正气在线仪表标准气用于半导体器件制备工艺中氮化工序另氨气99995外用于制冷化肥石油采矿橡胶等工业用作标准气校正气用于半导体器件制备工艺中晶体生长等离子干刻热氧化氯气9996等工序另外用于水净化纸浆与纺织品的漂白工业废品污水游泳池的卫生处理制备许多化学产品用作标准气医疗气用于半导体器件制备工艺中化学气相淀积医用麻醉剂烟氧化亚氮99999雾喷射剂真空和带压检漏红外光谱分析仪等也用硅烷99999电阻率1002用于半导体器件制备工艺中外延化学气相淀积等工序用作标准气校正气用于半导体器件制备工艺中等离子干刻化学工业中用于制备硫化氢99999硫化物如硫化钠硫化有机物用作溶剂实验室定量分析用用作标准气用于半导体器件制备工艺中外延化学气相淀积等工序另外用作溶四氯化碳9999剂有机物的氯化剂香料的浸出剂纤维的脱脂剂灭火剂分析试剂制备氯仿和药物等资料来源三因子气体公司官网民生证券研究院电子大宗气体BulkGas是满足半导体制造要求的高纯度和超高纯度气体主要包括氢气氮气氧气氩气二氧化碳等电子大宗气体在半导体制造过本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告4行业深度研究电子程中用量大且覆盖85以上的环节可被用作环境气保护气载气拥有大规模用气需求的制造工厂通常与气体供应商合作建设大宗气体气站气体供应商可通过现场制气装置制取电子大宗气体并通过管道供应制取过程中电力成本占80主要原材料为空气常见的大宗气体应用场景如下表3常见的电子大宗气体应用场景气体名称应用Ar用于等离子沉积和蚀刻工艺的工厂中还可用于深UV光刻激光器中半导体芯片氩气的最小特征的图案上液化氩气的液滴还被广泛用于清洗最小最脆弱芯片结构中的碎屑二氧化碳CO可用于支持先进的浸没光刻专用低温清洗应用以及DI去离子水处理氦气He是第二轻的元素用于电子制造中的冷却等离子处理和泄漏检验由于产能规模和工艺强度需求逐渐提升H的使用量正在增加它用于硅和硅锗的氢气外延沉积和表面处理随着EUV极紫外线技术的推广氢气的需求量将继续增长O用于在蚀刻中产生氧化物层现场可提供杂质少于10ppb的超纯液态氧LOX氧气且无需外部净化器N是目前半导体制造中使用最多的气体它用于吹扫真空泵排放系统还可以用氮气来作为工艺气体在大型先进的工厂里氮气的消耗量可达每小时5万立方米这使得工厂需要使用低能耗的现场氮气发生器以提升成本效益资料来源无锡远通气体有限公司官网民生证券研究院122按照应用领域划分表4不同应用领域电子气体的分类应用领域工艺主要产品三氟化氮六氟乙烷八氟丙烷八氟环丁烷六氟丁二烯氟化氢氯化氢氧清洗刻蚀氦氯气氟气溴化氢六氟化硫等成膜六氟化钨四氟化硅乙炔丙烯氘气乙烯硅烷氧氩混合气氘代氨等集成电路光刻氟氪氖氪氖等混合气离子注入砷烷磷烷四氟化锗三氟化硼等其他六氯乙硅烷六氯化钨四氯化钛四氯化铪四乙氧基硅等显示面板成膜清洗三氟化氮硅烷氨气笑气氧氩混合气氯化氢氢氖混合气等发光二极管外延砷烷磷烷三氯化硼氨气等扩散薄膜光伏三氟化氮硅烷氨气四氟化碳等沉积刻蚀资料来源派瑞特气招股说明书民生证券研究院电子气体的应用领域通常包括集成电路显示面板光伏等不同种类的气体在各个应用领域发挥不同的作用在集成电路制造中电子气体根据不同工艺可分为掺杂用气体离子注入气清洗用气刻蚀用气体和光刻气在显示面板生产中电子气体的主要工艺分为清洗刻蚀和薄膜沉积其中在薄膜沉积工序中CVD在玻璃基板上沉积二氧化硅薄膜所使用的特种气体主要为三氟本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告5行业深度研究电子化氮硅烷磷烷超纯氨气等在太阳能电池生产中电子气体的主要工艺为扩散薄膜沉积和刻蚀等三氯氧磷和氧气用于扩散工艺硅烷氨气二乙基锌乙硼烷用于薄膜沉积四氟化碳用于刻蚀在下游各细分领域中电子特种气体和电子大宗气体的成本占比大致如下表5电子气体在下游领域的成本占比情况领域电子特种气体电子大宗气体液晶面板30-4060-70集成电路约50约50LED光伏50-6040-50光纤通信约60约40资料来源金宏气体招股说明书民生证券研究院在液晶面板领域电子特气占电子气体总成本的30-40远小于电子大宗气体的60-70集成电路方面二者的成本占比基本持平从LED和光伏来看电子大宗气体占电子气体总成本的40-50略低于电子特气的成本占比在光纤通信领域电子特气的成本占比相对更高约为60123按照组分的性质划分表6不同气体组分电子气体的分类气体种类细分类别主要产品简介及用途高纯氧化亚氮作为电子气体主要用于半导体光电器件研制生产的介质氧化亚氮膜工艺此外氧化亚氮还广泛应用在医用麻醉剂食品悬浮剂制药氮氧化合物化妆品等领域一氧化氮用于半导体生产中的氧化化学气相沉积工艺硅烷用于生产单晶硅多晶硅等半导体制造的气相沉积乙硅烷用于半导体制造中的气象沉积薄膜氢化物重要的工业气体和还原剂在石油化工电子工业冶金工业食品加高纯氢气工精细有机合成航空航天等方面有着广泛的应用高纯六氟乙烷高纯四氟化碳主要用于集成电路生产过程中的等离子蚀刻该类气体在电场加速作用高纯三氟甲烷下形成等离子体与硅基材料反应在材料表面进行选择性蚀刻随着电子特种气体氟碳类高纯八氟环丁烷集成电路制程逐步进入14nm7nm乃至5nm蚀刻过程必须采用高蚀高纯八氟丙烷刻率高精确性的氟碳类气体高纯一氟甲烷高纯二氟甲烷具有弱酸性高纯二氧化碳溶解于去离子水可在避免二次污染的情况高纯二氧化碳碳氧化合物下清洗残留于硅片表面的颗粒物油污并去除静电高纯一氧化碳应用于集成电路生产过程中的干法蚀刻工艺可生产氮化镓GaN氮化硅Si3N4等氮化物用于LED光伏太氨化物高纯氨气阳能电池领域ArFNe混合气光刻及其他光刻气是光刻机产生深紫外激光的光源不同的光刻气能产生不同波长KrNe混合气混合气体的光源其波长直接影响了光刻机的分辨率是光刻机的核心之一ArNe混合气本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告6行业深度研究电子ArXeNe混合气KrFNe混合气氧氮氩工业普通工业气体-金属冶炼化工机械制造家电照明等氨等气体资料来源华特气体募集说明书民生证券研究院按照气体组分的性质分类电子特种气体可分为氮氧化合物氢化物氟碳类碳氧化合物氨化物混合气等普通工业气体可分为氧氮氩工业氨等13电子特气在集成电路中的应用解析集成电路制造涉及上千道工序需使用上百种电子特种气体工艺极为复杂对于纯度稳定性包装容器等方面有较高的要求电子特气在集成电路工艺中的应用如下图所示红色部分为电子气体的应用部分图2电子特种气体是晶圆制造关键性材料资料来源派瑞特气招股说明书民生证券研究院电子气体广泛的应用于晶圆的生产过程以单晶硅片的生产为例主要含硅烷二氯二氢硅乙硅烷等在晶圆制造中主要涉及的气体类别有1掺杂气体含硼磷砷等三族及五族原子的气体如三氯化硼三氟化硼磷烷砷烷等2蚀刻清洗气体以含卤化物及卤碳化合物为主如氯气三氟化氮溴化氢四氟化碳六氟乙烷等3反应气体以碳系及氮系氧化物为主如二氧化碳氨氧化亚氮等4沉积气体含卤化金属及有机烷类金属如六氟化钨三甲基镓等本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告7行业深度研究电子图3各种电子气体在晶圆制造中的作用及过滤控制资料来源CathayChemical公司官网民生证券研究院131刻蚀刻蚀是采用化学和物理方法有选择地从硅片表面去除材料的过程目的是使掩膜图形能够在涂胶的硅片上正确地复制常见的刻蚀方法分为干法化学刻蚀和湿法化学刻蚀干法化学刻蚀利用低压放电产生等离子体中的离子或游离基与材料发生化学反应并产生带电离子分子电子及化学活性很强的原子分子团当产生的原子分子团扩散到被刻蚀膜层的表面时会与待刻材料单晶硅片反应生成具有挥发性的物质并被真空设备抽离排出硅片刻蚀气体主要为氟基气体常见的氟基气体包括CF4SF6C2F6NF3以及氯基Cl2气体和溴基Br2HBr气体等在刻蚀工艺中O2和H2会被适当地加入并参与辅助反应从而达到调节离子浓度影响刻蚀速率的目的本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告8行业深度研究电子图4刻蚀工艺中电子气体的使用流程资料来源民生证券研究院绘制根据蚀刻剂等离子体和薄膜之间的化学性质差异当晶圆表面上方的等离子体被激活时激活后的反应类型可分为各向同性各向异性锥形1各向同性当反应在所有方向上均匀发生时将刻蚀光刻胶形成扇形2各向异性反应仅在垂直于衬底的方向上发生时一定量的刻蚀反应产物将沉积在刻蚀切割的垂直侧上以防止横向刻蚀3锥形反应会受到侧壁沉积的阻碍形成锥形图5不同类型的刻蚀反应资料来源半导体芯科技民生证券研究院132掺杂掺杂是指在半导体器件和集成电路制造中将某些杂质掺入半导体材料内使材料具有所需要的导电类型和一定的电阻率以制造电阻PN结埋层的过程掺杂工艺所用的气体被称为掺杂气体掺杂工艺有两种分别是扩散和离子注入扩散是指在合适的温度和浓度梯度下用IIIV族元素占据硅原子位置的工艺离子注入是指将具有很高能量的杂质离子射入半导体衬底中的过程本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告9行业深度研究电子图6扩散掺杂工艺资料来源FindRF民生证券研究院由于掺入的杂质不同杂质半导体可以分为N型和P型两大类N型半导体所掺入杂质为磷或其他五价元素而P型半导体所掺入杂质为硼或其他三价元素常见的掺杂气体包括砷烷磷烷三氟化磷五氟化磷三氟化砷五氟化砷三氟化硼以及乙硼烷等掺杂是指将掺杂源与运载气体如氩气和氮气在源柜中混合并将混合后的气流连续注入扩散炉内并环绕晶片四周使晶片表面沉积上掺杂剂进而与硅反应生成掺杂金属的过程图7离子注入机之磁分析器结构简图图8掺杂的过程资料来源万业企业公告民生证券研究院资料来源FindRF民生证券研究院133外延沉积与化学气相沉积CVD外延沉积的目的是在衬底晶圆上镀上一层薄膜作为缓冲层以阻止有害杂质进入硅衬底常用的外延沉积方法有化学气相沉积法CVD和物理气相沉积法PVD化学气相沉积法是指单独综合地利用热能辉光放电等离子体紫外光照射激光照射或其他形式的能源使气态物质在固体的热表面上发生化学反应形成稳定的固态物质并沉积在晶圆片表面上的一种薄膜制备技术在半导体工业中基于衬底单晶硅选用化学气相淀积方法生长出一层或多层沉淀所使用的气体被称为外延气体化学气相沉积常用的特种气体包括SiH4DCSTCSSiCl4TEOSNH3N2OWF6H2O2此外沉积多晶硅Si薄膜通常需要用硅烷SiH4进行高温反应沉积Si4N3薄膜会用到氯化硅SiCl4和氨气NH3等本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告10行业深度研究电子图9化学气相沉积工艺中电子气体的使用流程资料来源民生证券研究院绘制134光刻工艺光刻指通过匀胶前烘曝光显影坚膜等工艺步骤把晶圆表面薄膜的特定部分除去后留下带有微图形结构的薄膜并将设计好的电路图形从光刻板上转移到晶圆片表面光刻胶上的工艺光刻气大多以混合气为主即用不同比例的不同气体混合在一起的电子气体混合物常见光刻气包含ArFNe混合气KrNe混合气ArNe混合气KrFNe混合气ArXeNe混合气等图10光刻工艺中电子气体的使用流程资料来源民生证券研究院绘制本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告11行业深度研究电子14从电子气体的生产流程看技术壁垒特种气体的主要生产工序包括气体合成气体纯化气体混配气瓶处理气体充装气体分析检测气体合成是指原料在特定压力温度催化剂等条件下发生化学反应生成的气体粗产品的步骤气体纯化是通过精馏吸附等方式将粗产品精制成更高纯度的过程气体混配的定义是将两种或两种以上有效组分气体按照特定比例混合得到多组分均匀分布的混合气体气瓶处理是根据载气性质及需求的不同对气瓶内部内壁表面及外观进行处理以保证气体存储运输过程中产品稳定的过程气体充装是指通过压力差将气体充入气瓶等压力容器的工艺气体分析检测即为对气体的成分进行分析检测的过程图11特种气体的工艺流程图资料来源金宏气体招股说明书民生证券研究院141合成前提准备气体合成是将原材料在特定压力温度催化剂等条件下通过化学反应生成新气体的过程一般分为固体反应固液反应液相反应和气相反应例如甲醇可在一定温度和压力下发生放热并通过特定的催化剂进行脱水低聚异构最终转化为汽油烃根据产品烃分布和放热程度的不同可能发生的反应类本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告12行业深度研究电子型包括固体固液液相以及气相反应除了常见的方法外电解法可以使反应原料经过电解反应得到气体粗产品图12特种气体合成工艺资料来源华特气体招股说明书民生证券研究院142纯化核心步骤按照纯度不同气体可分为普通气体纯气体高纯气体和超纯气体四种纯度要求分别达到45N5N6N7N电子气体的纯度要求要比一般工业气体的要求更高气体纯化是气体制造的主要核心技术纯度是电子特种气体重要指标之一直接影响芯片的良品率和可靠性通常情况下气体纯度用百分数表示如99994N999995N9999955N5等随着集成电路制造工艺的迭代升级线宽越来越窄晶体管密度越来越高对电子特气的纯度稳定性等指标的要求也越来越高每当气体纯度提升一个N或粒子金属杂质含量浓度降低一个数量级都将提升工艺复杂度例如12寸90nm制程的集成电路制造技术要求电子特气的纯度保持在5N6N以上有害的气体杂质浓度需要控制在ppb10-9以内在更为先进的28nm及目前国际一线的6nm10nm集成电路制程工艺中电子特气的纯度要求更高部分气体纯度需达到6N及以上杂质浓度要求甚至达到ppt10-12以内主要电子特种气体的纯度要求和应用领域如下表7常见的电子特种气体气体等级普通气体纯气体高纯气体超高纯气体纯度要求9993N9994N5N6N及以上杂质含量1000ppm100ppm10ppm1ppm大规模集成电路和特超大规模和极大规模应用领域一般器件晶体管和晶闸管殊器件太阳能电池集成电路平板显示器光纤等件化合物半导体器件资料来源飞潮新材公司官网民生证券研究院143混配关键流程气体混配是使平衡气和各组分气在分析合格后经管道进入气体混配装置的流程具体而言该流程通过调理面板上流量计的不同流量值将气压均衡调节本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告13行业深度研究电子进行流量配比混合最终通过流量和压力操控单元继续输出获得理想的混合气体通过气体混配技术生产的混合气体是一种高度均匀的稳定的且组分浓度值高度准确的气体产品混合气体配制方法常规分为五种分别为重量法压力比法质量流量比法静态容量法和渗透管法图13特种气体混配工艺资料来源华特气体招股说明书民生证券研究院144充装重要技术气体充装是加压泵或者压缩机经过一系列的自动控制调控压力流量温度的方式将目标气体充填至容器内的过程以氧气为例氧气充装过程主要借助低温液体槽车将液态气体送入贮槽贮存用低温泵送入汽化器将汽化器加热至环境温度并调整气化压力为150Mpa左右后来自汽化器出口的高压气体即可被充入钢瓶液态二氧化碳充装过程将液态二氧化碳利用汽车槽车装入二氧化液体储罐温度控制在-56度以下经低温增压泵后装瓶图14特种气体充装工艺资料来源华特气体招股说明书民生证券研究院145检测安全保障气体检测技术是指通过检测方法和检测设备对气体的纯度水分含量有害杂质组分金属离子等进行分析检测的过程本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告14行业深度研究电子图15特种气体检测工艺资料来源华特气体招股说明书民生证券研究院15电子气体的四种供应模式电子气体在工业生产中应用广泛气体行业的经营模式可以分为零售供气和现场供气其中现场供气包括现场制气和管道供气零售供气包括瓶装供气和液态供气又称储槽供气共四种供气模式图16电子气体行业供应模式与流程资料来源金宏气体招股说明书民生证券研究院本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告15行业深度研究电子瓶装气体模式指采用工业气瓶供应气体的模式主要针对需求量较小或者有机动性要求的用户受到瓶装气体运输半径的影响供应市场具有碎片化的特性瓶装气体模式由于受运输成本制约销售半径一般不超过100公里使得瓶装气体市场区域性特征较为明显区域性的竞争对手大量分散在各地的气体充装站这些充装站自身不生产气体主要是将从上游购买的液态气体进行气化并重装液态气体模式指以自有的液态生产基地生产液态气体通过槽车和低温储罐向客户提供液态气体的模式主要针对用气量中等的客户液态供气适用于距离稍远用气量较大或不具备管道供气现场制气条件的客户液态供气模式的销售半径一般不超过300公里具有一定的区域性特征从事液态气体生产的主要是一些有自建空分设备的传统企业以及民营的气体生产企业总体来看液态气体供气模式的进入门槛较高图17瓶装供气图18液态储槽供气资料来源SR官网民生证券研究院资料来源金宏气体招股说明书民生证券研究院现场制气指针对客户需求变化而打造的中小型现场制气装置或超大规模客户的万吨级的大型高度集成化系统现场制气模式不受运输的制约无明确的销售半径从事现场制气的企业为行业内具有一定资金和技术实力的企业如外资巨头液化空气和林德集团等它们依靠雄厚的资金实力和丰富的项目运作经验迅速占领了国内大型的现场制气市场管道供气指针对用气量较大的工业区群体客户气体公司通过管道把附近所生产的气体输送至有相关需求的工业园区以满足多个客户同时使用的供气模式管道输送的销售半径取决于园区的地理位置而生产基地与工业园区的距离一般来说不超过20公里总体来看管道供气可实现一对多供气并满足较大规模用气量的需求本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告16行业深度研究电子图19现场供气图20管道供气资料来源金宏气体招股说明书民生证券研究院资料来源SR官网民生证券研究院集成电路工厂对电子特种气体的需求有多品类小批量和高频次的特点基本采用高压钢瓶供应电子特气供应商的销售网络可覆盖至全国及海外钢瓶分为气态与液态钢瓶其中高压气体以气态方式储存低蒸气压的气体则以液态方式储存常用的钢瓶容量分为47L立式和400L卧式特气需求量较大时会采用长管拖车的方式进行运输对于具有腐蚀性毒性氧化性可燃性的气体通常将钢瓶安装在气瓶柜中再通过管道将气体供应至生产设备附近的阀门箱然后进入工艺设备的使用点电子大宗气体供应商通常采用现场制气液态储罐和压力储罐的供应方式半导体和面板生产厂商对电子大宗气体的需求量相对较大气体供应商通常在客户端建造现场制气设备对气体供应商的运营和维护能力要求较高根据项目所在地的各种气体生产储存状况集成电路工厂可以单独采用一种供气方式或采用两种供气方式的组合例如氮气供应可采用现场制气加上液氮储罐备用方式供气氢气供应可采用电解制氢加上钢瓶组备用方式供气在集成电路TFT-LCD显示器等工厂集中的地区普遍采用由一家气体供应商集中建设大宗气站通过管道向多家工厂供气的方式从而降低建设和运行大宗气站的成本选择现场制气供应方式的客户与气体供应商的业务关系相对稳定通常签订15-20年的长期协议客户需按月付费16电子气体壁垒总结电子气体应用广泛对技术要求很高对于气源及其供应系统有着苛刻的要求属于典型的技术密集型行业行业壁垒体现在三方面1技术壁垒2认证壁垒3资质壁垒技术壁垒特种气体在生产过程中涉及合成纯化混合气配制充装分析检测气瓶处理等多项工艺技术对行业潜在进入者形成了较高技术壁垒在气本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告17行业深度研究电子体纯化方面电子气体纯度一般要求保持在5N以上12英寸90纳米制程的IC制造技术需要电子气体纯度需保持在99999-9999995N-6N以上而有害的气体杂质需要控制在10-9ppb以内在更为先进的制程工艺中电子特气对于杂质的控制甚至需要达到ppb10-12级别表8电子气体纯度要求2集成度最细线宽um管芯面积cm1M12054M080916M0551364M0352256M02331G0167资料来源大规模集成电路制造工艺对特种气体的要求民生证券研究院在气体精度方面配比的精度是核心参数在28纳米技术节点以后随着芯片的工艺尺寸越来越小堆叠层数的增加集成电路制造时所需的刻蚀沉积和清洗步骤也在增加当各类成膜气体的用量和种类呈几何级增长时产品组分的增加配制精度要求也相应上升因此对于不同化合物的各类合成工艺气体供应商能够需要对多种ppm10-6乃至ppb10-9级浓度的气体组分进行精细操作认证壁垒当集成电路显示面板光伏能源光纤光缆等高端领域客户对气体供应商的选择时一般会有厂商审核多轮产品认证等严格审核流程光伏能源光纤光缆领域的审核认证周期通常为05-1年显示面板通常为1-2年集成电路领域的审核认证周期长达2-3年另一方面在集成电路所领域不同电子特气之间的相互替代性较弱具体来看影响集成电路工艺材料选择的因素包括逻辑存储器等产品选型设备选型以及工艺条件等不同电子特种气体能在工艺流程中发挥独特的作用使得不同气体之间的替代性较低为保障气体供应稳定客户在与气体供应商建立合作关系后不会轻易更换气体供应商且供应商会定期接收反馈以满足下游对于气体的定制化需求以强化客户粘性因此行业潜在进入者需面对长认证周期与强客户粘性形成的认证壁垒资质壁垒工业气体属于危险化学品在其生产储存运输销售等环节均需通过严格的资质认证并取得安全生产许可证危险化学品经营许可证道路运输经营许可证移动式压力容器充装许可证等多项资质严格的资质审核对行业新进入者形成了较高的资质壁垒本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告18行业深度研究电子2全球竞争格局寡头垄断下的突围序幕21市场规模全球放缓需求东扩受经济衰退地缘政治等因素影响消费电子的需求疲软使得未来三年全球电子特气行业增速将趋于平缓根据华经产业研究院数据2022年全球电子特气市场规模预计为49亿美元2023和2024年分别达到52和54亿美元从增速来看预计2022-2024年全球电子特气市场规模的CAGR为498图212017-2024E全球电子特气市场规模预测亿美元全球电子特种气体市场规模YOY60105254498679465044838414035657361630454203810200201720182019202020212022E2023E2024E资料来源华经产业研究院民生证券研究院伴随晶圆厂持续扩产未来三年国内电子特气需求将呈放量加速态势根据华经产业研究院数据2021年中国电子特种气体市场规模约167亿元预计2022年将达到189亿元并于2024年增至230亿元2022-2024年的CAGR将达到1031未来三年中国电子特气的市场规模增速预计将显著高于全球图222017-2024E中国电子特气市场规模预测亿元中国电子特种气体市场规模YOY25023020207189200161671501191501351111212213210911111310795100850400201720182019202020212022E2023E2024E资料来源华经产业研究院民生证券研究院本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告19行业深度研究电子晶圆厂逆周期扩产带动半导体市场景气推动电子特气需求持续增长根据亿渡数据2021年集成电路是电子特气下游应用中最重要的增长驱动力其应用占比达到43在半导体材料的市场占比中电子特气占14成为仅次于硅片的第二大半导体材料市场随着国内晶圆厂的陆续扩产作为半导体的主要材料电子特气发展前景广阔图232021年中国电子特气下游应用图242020年半导体制造产业的材料市场占比17313硅片集成电路电子特气4336显示面板光掩膜版43LED7光刻胶及配套材料13光伏CMP抛光材料13湿电子化学品其他14靶材2113其他资料来源亿渡数据民生证券研究院资料来源前瞻产业研究院民生证券研究院从电子特气细分气体来看三氟化氮和六氟化钨的需求规模占比最大由于生产步骤不同的原因不同电子特气的用量价格差别较大例如同等产能情况下电子特气在存储芯片的用量比在逻辑芯片用量大2-3倍根据LinxConsulting2021年电子特种气体市场规模为4423亿美元三氟化氮市场规模最大是集成电路和显示面板领域应用广泛的清洗刻蚀气体占比为20六氟化钨市场规模占比为8位居第二是集成电路领域使用量较大的成膜气体前后两者的市场规模占比合计为28是市场需求规模最大发展前景较好的气体品类代表表9全球市场规模排名前十的电子特种气体序号气体名称市场规模亿美元市场规模占比应用工艺环节1三氟化氮NF38820清洗刻蚀2六氟化钨WF63358成膜3六氟丁二烯C4F63117刻蚀4氨气NH31854成膜5氙气Xe1754离子注入刻蚀6硅烷SiH41684成膜7一氧化二氮N2O1393成膜8磷烷PH3123离子注入成膜9激光气混合气1153光刻10三氟化氯ClF31092清洗刻蚀资料来源LinxConsulting派瑞特气招股说明书民生证券研究院本公司具备证券投资咨询业务资格请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告20