从半导体国产化看电子特气自主可控之路

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2021-01-07  环球过滤分离技术网  guolvfenlitech3

电子特气：电子工业的血液

特种气体主要包括高纯气体、电子气体、标准气体三大类，电子特种气体（简称电子特气）是特种气体的 一个重要分支，是超大规模集成电路（IC）、平面显示器件（LCD、LED、OLED）、太阳能电池等电子工业生产不 可或缺的原材料。

通常半导体生产行业，将气体划分成常用气体和特殊气体两类。其中，常用气体指集中供给而且使用非常 多的气体，比如 N2、H2、O2、Ar、He 等。特种气体指半导体生产环节中，比如延伸、离子注进、掺和、洗涤、遮掩膜形成过程中使用到一些化学气体，也就是气体类别中的电子气体，比如高纯度的 SiH4、PH3、AsH3、B2H6、N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCl3、BF3、HCl、Cl2等，在 IC 生产环节中，使用的电子气体有差不多有 100 多种，核心工段常见的在 30 种左右。正是这些气体通过不同的制程使硅片具有半导体性能，它又决定了集成电路的性 能、集成度、成品率，即使是某一种某一个特定杂质超标，都将导致质量严重缺陷，严重时会因不合格气体的 扩散，导致整个生产线被污染，乃至全面瘫痪。因此，电子气体是制造过程基础关键材料，是名副其实的电子 工业“血液”。

当前我国电子气体市场大部分由几大国际巨头所占据，高端气体更是几乎完全依赖进口，一方面价格昂贵，进口气价格一般会达到国产气的 2-3 倍甚至更高，增加 IC 产业制造成本，削弱了我国 IC 产业的竞争力；另一方 面某些核心尖端气体海外巨头对我国实施各种封锁限制，供应情况受国际关系影响，对我国国家安全及经济发 展构成威胁。此外，很多电子气体本身属于危险化学品，进口手续繁琐、周期长，且某些电子气体性质不稳定 自发分解，或强腐蚀长时间放置杂质含量提高，漂洋过海进口本身就存在诸多不便。综合来看，我国发展电子 特气的自主生产，能够完善集成电路产业链，具有重大的现实意义和深远的战略意义。

国际上电子气体普遍釆用的标准为 SEMI 标准（国际半导体装备和材料委员会标准），但国外几大气体公司 均有自己的公司标准，这些标准突出了各公司的技术水平特征，在产品纯度上较 SEMI 普遍高出 1-2 个数量级，在分析检测、包装物、使用方法、应用技术说明等方面各有特点，一些公司在某些关键杂质（金属杂质、颗粒 物杂质等）含量上只标明“需与用户协商”，表明电子气体技术、市场竞争非常激烈，关键技术保密。

根据成分与用途的不同，可以将电子特气大致分为七种： 掺杂用气体、外延晶体生长气、离子注入气、刻 蚀用气体、气相沉积（CVD）气体、平衡/反应气体、掺杂配方气体。其中，某些特种气体在多个环节都有所应 用（比如硅烷）。各种电子特气的细分品类如下表所示。

据统计，电子特气占晶圆制造过程中材料成本的 14%左右，与掩膜版的成本占比相当，为仅次于硅片的第 二大材料。据中国电子报报道，2018 年国内晶圆制造材料总体市场规模约 28.2 亿美元； 封装材料包括引线框架、基板、陶瓷封装材料、键合丝、封装树脂、芯片贴装材料等，2018 年国内封装材料市场规模约为 56.8 亿美元。2018 年，晶圆制造材料与封装测试材料总计市场规模约为 85 亿美元。电子特气方面，2018 年我国半导体用电 子特气市场规模约 4.89 亿美元。经过 30 多年的发展，我国半导体用电子特气已经取得了不错的成绩，中船重 工 718 所、绿菱电子、广东华特等均在 12 英寸晶圆用产品上取得了突破，并且实现了稳定的批量供应。2018 年 5 月，中船重工 718 所举行二期项目开工仪式，2020 年全部达产后，将年产高纯电子气体 2 万吨，三氟化氮、六氟化钨、六氟丁二烯和三氟甲基磺酸 4 个产品产能将居世界第一。高纯硅烷方面，中宁硅业利用自产的高纯 硅烷为原料，研究开发具有自主知识产权的低温脱轻脱重、多级吸附以及晶硅成膜检测技术制备半导体级硅烷 气体，在设备优化、精馏提纯以及成膜检测等关键技术上实现了突破，具备半导体级硅烷气体的产业化生产能 力。高纯四氟化硅方面，绿菱电子的产品在 2018 年实现了给国内主要芯片生产企业的大规模供货。

电子特气上游多为 III（硼、铝、镓）、IV（碳、硅、锗）、V（氮、磷、砷）族元素及卤族元素（氟、氯）的 基础化工产业，下游在集成电路、面板、LED 等领域的各个工艺环节均有多种用途。

与农药行业中的原药和制剂类似，特气行业也分为原料气和充装气。原料气一般情况下为高纯度单品，下游客户实际使用的一般是复配后的充装气。

海外龙头垄断市场，国产替代迫在眉睫

目前全球电子特气市场被几个发达国家的龙头企业垄断，国内企业面临着激烈竞争的局面。从全球市场范 围来看，提供特种电子气体的公司主要有美国气体化工、美国普莱克斯、日本昭和电工、英国 BOC 公司（2006 年被林德收购）、德国林德公司（2018 年与美国普莱克斯合并）、法国液化空气、日本大阳日酸公司等。全球特 气市场美国空气化工、普莱克斯、法液空、大阳日酸和德国林德占据了全球市场 94%的份额；国内市场海外几 大龙头企业也控制了 85%的份额，电子特气受制于人的局面亟待改变。

国际上电子气体普遍釆用的标准为 SEMI 标准（国际半导体装备和材料委员会标准），但国外几大气体公司 均有自己的公司标准，这些标准突出了各公司的技术水平特征，在产品纯度上较普遍高出 1-2 个数量级，在分 析检测、包装物、使用方法、应用技术说明等方面各有特点，一些公司在某些关键杂质（金属杂质、颗粒物杂 质等）含量上只标明“需与用户协商”，表明电子气体技术、市场竞争非常激烈，关键技术保密。

半导体产业链向中国大陆转移，特种气体市场空间迅速扩大

半导体行业方面，据 WSTS 统计，2018 年全球半导体市场空间 4688 亿美元，其中亚太地区 2829 亿美元，占比 60%。全球半导体市场中 IC 行业市场空间 3933 亿美元，占比 84%。由于中美贸易摩擦，WSTS 近期大幅下 修了 2019、2020 年全球半导体市场增速预计全球半导体市场 2019 年为 4121 亿美元，下滑 12%，其中亚太地区 2557 亿美元，下滑 10%。

在全球半导体产业面临巨大下行压力的背景下，我国半导体产业的高增速面临回落。2013-2018 年，我国集 成电路产业销售额复合增速高达 21.1%，2018 年同比增速仍高达 20.7%。但从分季度数据来看，2018 年第三季 度开始我国 IC 产业增速明显回落，2018Q2、2018Q3、2018Q4、2019Q1 同比增速分别为 26%、20%、17%、11%。展望 2019 全年，我国 IC 产业增速仍将保持高速增长。

据 SEMI 估计，全球将于 2017-2020 年间投产 62 座半导体晶圆厂，其中 26 座设于中国大陆，占全球总数的 42%；全球晶圆制造材料市场空间已由 2013 年的 227 亿美元增长至 2018 年的 322 亿美元，年均增速 7.2%；我 国晶圆制造材料市场空间 2016、2017 年分别为 21、25 亿美元，至 2020 年将增长至 41 亿美元。

据我们统计，2019-2020 年为我国大陆晶圆厂的密集投产期，以 12 寸等效产能计算，2018 年我国大陆晶圆 厂产能为 119 万片/月，至 2021 年将增长至 359 万片/月，年均增速高达 44%，其中 2019、2020 年增速最快，分别高达 59%和 67%，2019、2020 年投产的晶圆厂总产能分别为 70、127 万片/月。

根据华特气体销售部宣传材料，月产能 5 万片的 8 寸晶圆厂 1 年消耗的电子特气价值约 5000 万元，依此计 算我国 2018 年半导体用电子特气市场空间约 27 亿元，至 2021 年将增长至 81 亿元。

以日为鉴，看我国特气需求发展趋势

日本泛半导体（芯片+面板）行业已经发展较为成熟，并且具备完善的特种气体供应体系，我们以日本电子 特气的需求变化，结合日本及中国泛半导体行业发展趋势，对我国特气需求发展趋势进行推测。

观察日本 2013-2018 年间不同品种电子特气的需求变化可以发现，在先进制程中用量增大的品种如八氟环 丁烷等复合增速较高，这与半导体工艺制程不断升级的趋势相吻合；复合增速较低的品种多集中在离子注入及 CVD 源性气体，这与泛半导体行业逐步从日本向韩国、中国台湾、中国大陆地区转移的趋势相吻合。

放眼我国，由于全球面板及半导体行业均在向我国大陆地区转移，因此我国电子特气各品种需求量均处于 迅速增加的状态。日本需求下滑的离子注入和 CVD 源性气体由于我国自主生产能力仍不强，进口替代需求较为 强烈。而先进制程工艺需求品种如八氟环丁烷、六氟丁二烯等，随着我国工艺制程的逐步追赶，也将迎来高速 增长。

半导体国产化构筑特气竞速赛道，行业整合证券化率提升大势所趋

随着芯片国产化率的提高，关键电子特气的国产化是大势所趋，但由于芯片国产化必然伴随相关产品价格的大幅下降，对原材料端电子特气也会有相应的降价压力，因此国产特气气体品质的提升并不意味着产品价格的上涨。反倒由于国内半导体产业追赶进程的加速，半导体材料赛道的技术进步压力将比以往更大，唯有研发实力强劲、产品管线布局完善的企业方能顶住技术进程迭代的压力，在赛道中保持身位。

此外，国内电子特气产能相对分散，细分领域龙头数量众多，资产证券化比例较低，大部分优质标的并未上市，因此行业后续的整合及证券化率的提高将是大势所趋。

主板上市公司

华特股份： 氟碳类产能规模大，光刻气通过 ASML 认证

公司主营工业气体生产，特别是电子特种气体生产。电子特气方面公司以氟碳类气体见长，高纯六氟乙烷 产能规模较大。据公司招股说明书披露，公司是国内首家打破高纯六氟乙烷、高纯三氟甲烷、高纯八氟丙烷、高纯二氧化碳、高纯一氧化碳、高纯一氧化氮、Ar/F/Ne 混合气、Kr/Ne 混合气、Ar/Ne 混合气、Kr/F/Ne 混合气 等产品进口制约的气体公司。

据公司招股说明书披露，其客户覆盖国内外集成电路、面板等行业知名客户，且其光刻气通过了 ASML 认 证。

根据招股说明书披露，公司本次科创板上市募投资金投向包括四部分：①气体中心建设及仓储经营项目；②电子气体生产纯化及工业气体充装项目；③智能化运营项目；④补充流动资金。其中，①（下称气体中心项目）、②（下称生产纯化项目）是生产项目。

公司于 1999 年成立，注册资本 300 万元；在 2015 年 7 月整体变更设立为股份有限公司； 2017 年 2 月 22 日，公司股票上市新三板； 2018 年 4 月 16 日公司股票在全国中小企业股份转让系统终止挂牌； 2019 年 4 月 12 日，公司发布首次公开发行股票并在科创板上市招股说明书。

公司实控人石平湘于 1948 年出生，1976 年任佛山市二氧化碳研究所经理，此后先后任佛山市创业科技公 司副总经理、华南研究所总经理等职。1999 年，石平湘出资 50%，合资设立公司前身南海华特气体有限公司，此后一致握有公司实际控制权。目前，石平湘任公司董事长，通过直接或间接持有公司 14.12%股权，且其控股 公司华特投资直接或间接持有公司 53.24%股权。同时，华特投资另一大股东张穗萍为其外甥女，公司另一个人 大股东石思慧为其女儿。石平湘及其家族因此牢牢掌握公司控制权。除此之外，公司在发展历程中相继成立华 弘投资、华和投资、华进投资三大员工持股平台，合计持有公司 35.27%股权。

2018 年公司实现营收 8.2 亿元，同比增长 3.9%；实现归母净利 0.68 亿元，同比增长 40%。2014-2018 年间 公司营业收入 CAGR 约为 6%，归母净利 CAGR 约为 7%。

毛利率方面和净利率方面，根据公司招股说明书披露，公司产品多使用成本加成法定价，因此近年来公司 毛利率和净利率波动不大，其中毛利率基本稳定在 30-40%区间，18 年有所下跌的原因主要是公司新产品氧化亚 氮特气和新开拓的海外客户拉低了毛利率。费用率方面，公司销售费用率在 15%水平，这一水平是由行业性质 决定的：将工业气体产品送抵客户需要周密的运输方案，公司因此承担了相当规模的运杂费用；公司管理费用 率约为 6%左右，其中研发投入占营业收入的 3%左右，公司对此的解释是公司考虑自身资金情况，重点选择了 一些技术难度大、但前期研发投入较少的方向进行突破，同时公司的研发投入集中于特种气体板块，如以特种 气体板块营收代替总营收，则公司研发费用率约 5%；财务费用率方面，公司长期维持 25%的低资产负债率，且 几乎没有任何长期债务，因此几乎没有财务费用支出。

特种气体业务贡献主要营收和毛利。特种气体贡献公司约 50%的营收合约 60%毛利；普通工业气体（主要 是氧气、氮气、工业氨等）业务近年来运行平稳，规模较为稳定，约贡献公司约 30%的营收和 20%的毛利，在 公司体量相对仍较小阶段作为公司业绩的补充。除此之外，设备与工程板块是公司在为客户提供气体产品时附 带销售的储气设备、供气系统及相关服务等，也能贡献一定业绩。

昊华科技： 始于“两弹一星” 的研发平台，国内高纯六氟化硫龙头

公司此前为天一科技，主营变压吸附气体分离技术及成套装置、催化剂产品、碳一化学及工程设计。2018 年底中国昊华将旗下 11 家化工研究院注入上市公司体内，并更名昊华科技。2018 全年及 2019 上半年，公司分 别实现营收 41.8、22.8 亿元，同比分别增长 15%、18%；分别实现归母净利 5.25、2.57 亿元，同比分别增长 61%、6%。

由于下属研究院数量较多，公司业务板块细分领域较广，除天一科技原有变压吸附及相关工程和催化剂外，还包括电子气体、氟材料、聚氨酯、化学推进剂、涂料等业务。2018 年报中公司电子气体业务占营收比重 7%，毛利润比重 8%，毛利率为 34%。2019 中报公司披露口径将电子气体、聚氨酯和化学推进剂合并披露，三者合 计占营收比重 25%，毛利润比重 29%。

公司特气产品主要位于下属黎明院和光明院体内。黎明院的前身是原化工部直属的科研院所，是为了“两 弹一星”任务，以化学推进剂及原材料研制为主业发展起来的综合性研究开发机构。2002 年黎明院就开始了高 纯六氟化硫的研制工作，2006 年投产产能达到 3000 吨，工业级产品主要用于电子设备绝缘，2006 年左右随国 家对基础电力行业的大力发展迅速占领市场。高纯 SF6 产品取代 NF3 用于 CVD 清洗工艺可有效降低成本，公司 产品 2006 年就已达到 5N 级并逐步通过客户认证，当前已经达到 5N5 级，为国内高纯六氟化硫龙头。三氟化氮 方面，公司与韩国大成合资建设产线一期 1000 吨于 2015 年 3 月动工，2016 年 7 月达产，二期 1000 吨也已经 于 2018 年 10 月投产。

光明院前身最早可追溯至化学工业部大连化工研究所，后经国有化工科研院所管理体制的多次变化，转制 成为全民所有制企业，并更名为光明化工研究设计院。光明院此前为生产高能燃料乙硼烷（NaH+BF3→B2H6+NaF）开展了三氟化硼的合成、分析、络合的研究。国家科委基础研究和新技术局分别同光明化工研究设计院、北京 氧气厂、浙江大学和保定红星单晶硅厂签订了超纯气体、烷类气体研制攻关合同，气体品种包括 SiH4、PH3、B2H6、AsH3、BF3、NH3、HCl 等“六五”攻关项目。至 2010 年 7 月，来自光明化工院的消息称其自主研发的超纯氨产 品及配套技术目前已经大规模用于航空航天、光伏太阳能领域。

当前黎明院特气产品主要为三氟化氮、六氟化硫，两者产能分别为 2000 吨、2800 吨；光明院在大连投建 特气研发生产基地项目，产品包括超纯氨 1000 吨、绿色四氧化二氮 40 吨、硫化氢 200 吨、硒化氢 20 吨、三氟 化硼 1 吨、磷烷、硼烷、砷烷共 3 吨、高纯氯 50 吨、二氧化碳-环氧乙烷混合气熏蒸剂 300 吨，预计 2019 年投产。

巨化股份（中巨芯）： 进军电子特气业务的老牌氟化工龙头，先进制程刻蚀气体具备先发优势

博瑞电子及其子公司博瑞中硝、凯圣氟化学及其子公司凯恒电子原本为巨化股份旗下主要从事半导体材料 业务的经营实体 2018 年 4 月，巨化股份将博瑞电子和凯圣氟化学 100%股权转让至中巨芯旗下，从而使上述两 个子公司出表（中巨芯大基金和巨化股份各持股 39%）。

公司特气业务主要集中在博瑞电子及博瑞电子和日本中央硝子合资的子公司博瑞中硝体内。博瑞电子一期 项目年产 1000 吨高纯氯化氢、500 吨高纯氯气、1000 吨医药级氯化氢总投资额 1.54 亿元已经投产，扩建项目 500 吨高纯氯气、500 吨高纯氯化氢也已经于 2018 年 10 月环评公告。二期年产高纯二氧化碳 200 吨、氧化亚氮 150 吨、含氟气体 500 吨、含氯气体 200 吨、电子混合气 4000 瓶项目总投资 1.2 亿元，截止 2017 年末已投入 32 万元。

2019 年 2 月，公司环评公告含氟系列电子特气项目，产能包括三氟甲烷 250 吨、八氟环丁烷 180 吨、一氟 甲烷 5 吨、二氟甲烷 17 吨、五氟乙烷 3 吨、六氟乙烷 55 吨、八氟丙烷 5 吨、八氟环戊烯 5 吨，达产后预计贡 献营收 5035 万元，利税 1282 万元。公司在八氟环丁烷、六氟丁二烯、八氟环戊烯等先进工艺刻蚀气体布局方 面具备先发优势
。

南大光电： 国内磷烷、砷烷龙头，拟收购飞源气体布局 NF3、SF6

公司主营 MO 源和电子特气业务，2019 半年报特气业务营收占比 33%，毛利占比 44%，毛利率 61%，为公 司毛利率最高的业务板块。2019 半年报公司实现营收 1.39 亿元，同比增长 10%；实现归母净利 0.26 亿元，同 比下滑 9%。

公司现有特气业务主要为磷烷和砷烷，2014 年 4 月，公司使用超募资金 0.65 亿元对全资子公司全椒南大光 电进行增资，实施“高纯砷烷、磷烷等特种气体的研发和中试” 项目，后又于 2015 年全椒南大光电进行增资扩 股。目前，砷烷、磷烷已经成功量产并供应多家客户。2018 年公司高纯磷烷产能约为 35 吨，砷烷产能 15 吨。据 2019 年初的投资者关系活动记录表披露，2018 年公司磷烷、砷烷产能利用率平均在 80%左右，公司已经启 动了扩大电子特气产能的项目，预计到 2019 年底将把产能扩大一倍。2019 年 1 月公司磷烷、砷烷扩产项目获 环评批复，一期项目将扩产 17.5 吨磷烷，二期将再扩产 17.5 吨磷烷+15 吨砷烷。

2019 年 8 月，公司公告拟采用现金收购及增资方式取得山东飞源气体有限公司 57.97%股权，飞源气体具备 NF3产能 1000 吨、SF6产能 2000 吨。2018 年及 2019 年初至 7 月 11 日，飞源气体分别实现营收 1.08、0.82 亿元，净利润-0.20、-0.10 亿元，截止 7 月 11 日公司净资产 0.12 亿元，资产负债率 95%，飞源气体全部股权评估价 2.16 亿元。

雅克科技： 专注含氟特气，CF4、SF6 产能国内第一

雅克科技传统业务为阻燃剂业务，2016-2017 年，公司先后并购华飞电子、江苏先科和成都科美特进军电子 材料业务，当前电子材料业务主要分为 IC 前驱体、电子特气和封装用球形硅微粉三大部分。2019 中报电子特气 业务占公司营收比重 20%，毛利润比重 28%。近年来公司业绩保持高速增长，2019 中报实现营收 8.61 亿元，同 比增长 33%；实现归母净利 1.00 亿元，同比增长 81%。

科美特的特气布局以含氟气体为主，四氟化碳、六氟化硫产能为国内龙头，目前分别具备 1200 吨、7000 吨产能，后续仍有 3500 吨三氟化氮项目在建。

凯美特气：尾气空分行业龙头

公司原为中石化三产单位，是国内以化工尾气为原料，年产能大的食品级液体二氧化碳生产企业，其他产 能还包括氩气、氢气、精馏可燃气等

2017 年 9 月公司公告特气项目，总投资 3.1 亿元，新建 25 套电子特种气体项目生产装置，采用低温吸附、深冷精馏分离、电解、催化合成技术。从公司环评信息来看，现已公告电子特种气体项目，总投资 1.97 亿元，产能包括二氧化碳 712 吨、一氧化碳 31 吨、氮气 180 吨、氦气 25 吨、氩气 257 吨、氢气 13 吨、氪 44 吨、氙 5.3 吨、氖 85 吨、氟基激光混配气 3000 瓶、动态混配气 1800 瓶、氯化氢基激光混配气 600 瓶，预计 2021 年投 产。

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