电子气体：工业气体“塔尖”产品，半导体材料的“粮食”

➢ 电子气体被称为半导体材料的“粮食” ，包括电子特种气体和电子大宗气体。电子特种 气体(简称电子特气)，是指用于半导体、显 示面板及其它电子产品生产的特种气体。在 整个半导体行业生产过程中，从芯片生长到最后器件的封装，几乎每一个环节都离不开电子特气，所用气体的品种多、质量要求高。电子大宗气体主要指满足半导体领域要求的高纯度和超高纯度大宗气体，包括氮气、氧气、氩气和压缩空气等，在半导体制程中用量大且覆盖85%以上环节的应用，主要用作环境气、保护气等。

➢ 电子气体在集成电路生产中主要用于蚀刻和掺杂，是集成电路制造的血液。集成电路中用于刻蚀和掺杂的电子气体比例最高，分别占比36%和34%，一方面电子气体是当前刻蚀环节中的主要刻蚀剂；另一方面电子气体作为主要掺杂剂，在掺杂环节中为其提供掺杂元素。

资料来源：派瑞特气招股说明书，国信证券经济研究所整理

国家政策大力鼓励电子气体产业的发展

◆ 电子气体作为新材料领域的关键性材料之一，近年来得到国家政策的大力支持。近年来，国家发改委、科技部、工信部、财政部等多部门相继出台《“十三五”国家战略新兴产业发展规划》、《新材料产业指南》等指导性文件，均明确提及并部署了工业气体产业的发展，并且对于电子气体确立了其新材料产业属性，有力推动了工业气体产业的发展。

资料来源：国家发改委、科技部、工信部、财政部等官网 ， 国信证券经济研究所整理

电子气体：市场规模持续扩大，电子特气市场发展迅猛

➢ 根据TECHCET数据，全球电子气体市场规模由2017年的51.77亿美元增长至2020年的58.44亿美元，预计2025年全球电子气体市场规模将超过80亿美元；全球电子特种气体市场规模由2017年的36.91亿美元增长至2020年的41.85亿美元，预计2025年全球电子特种气体市场规模将超过60亿美元。

➢ 随着全球半导体产业链向国内转移，我国电子气体尤其电子特种气体市场规模快速增加。根据中国半导体工业协会数据，我国电子特种气体市场规模由2017 年的109.30亿元增长至2020年的173.60亿元，预计2025年将增长至316.60亿元，2020年至2025年的年均复合增长率将达12.77%。 

资料来源：TECHCET，国信证券经济研究所整理

资料来源：中国半导体工业协会，国信证券经济研究所整理

电子特气：电子气体中的明珠，第三大晶圆制造材料

➢ 半导体材料可分为晶圆制造材料和封装材料，制造超材料销售额占比超六成。其中，晶圆制造材料是制造硅晶圆半导体、SiC等化合物半导体过程中所需的各种材料，主要包括硅片、光刻胶、电子特气、掩膜版、纯及高纯试剂、CMP抛光液、溅射靶等。封装材料是对制造出来的芯片进行封装和切割过程中使用的材料，主要包括引线框架、芯片键合膜、键合线、缝纫线、环氧薄膜塑料、封装基板、陶瓷封装材料和环氧薄膜塑料等。

➢ 电子特气是第三大晶圆制造材料，占比约15%。据SEMI数据，2021年全球半导体材料销售额约为643亿美元，其中晶圆制造材料销售额为404亿美元，占比63%；2021年封装材料销售额为239亿元，占比37%。2021年晶圆制造材料细分市场中，电子特气占比15%，是第三大晶圆制造材料。

资料来源：亿渡数据，国信证券经济研究所整理                                                 资料来源：SEMI，国信证券经济研究所整理                                   

资料来源：Techet，国信证券经济研究所整理

电子特气：集成电路、显示面板等行业必需的支撑性材料

➢ 根据电子气体制备方式及用途的区别，可进一步分为电子大宗气体和电子特种气体。电子大宗气体主要为应用于电子领域的高纯大宗气体，如高纯氧气、氮气、氩气等，可作为环境气、保护气以及载气使用；电子特种气体涵盖产品种类较为丰富，主要包含氨气、氦气、正硅酸乙酯、氧化亚氮、硅烷、三氟化氮、六氟化钨等。

➢ 电子特种气体是集成电路、显示面板等行业必需的支撑性材料，广泛应用于光刻、刻蚀、成膜、清洗、掺杂、沉积等工艺环节，对于纯度、稳定性、包装容器等具有较高的要求。电子特种气体生产涉及合成、纯化、分析检测、充装等多项工艺技术，具有较高技术壁垒。集成电路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。

资料来源：金宏气体招股说明书，国信证券经济研究所整理

资料来源：金宏气体招股说明书，国信证券经济研究所整理

电子气体贯穿半导体和微电子工业各个工艺流程

➢ 电子大宗气体多充当环境气、保护气、载气，用于高温热退火、保护气体、清洗气体等环节。

➢ 电子特种气体贯穿半导体和微电子工业各个工艺流程，如清洗、沉积、光刻、刻蚀、离子注入、成膜、掺杂等环节等。

➢ 三氟化氮（NF3）、硅烷（SiH4）和氨气（NH3）是集成电路制造、光伏制造、显示面板制造领域的三大主要气体。

图：电子特气在半导体中的应用

表：用于生产制造的特种气体

全球电子特种气体主要应用于集成电路行业

➢ 全球电子特种气体应用于集成电路行业，我国下游需求结构存在改善空间。据派瑞特气招股说明书及前瞻产业研究院数据，从全球来看，电子特种气体应用于集成电路行业的需求占市场总需求的71%，应用于显示面板行业的需求占市场总需求的18%；从我国来看，电子特种气体应用于集成电路行业的需求占市场总需求的42%，应用于显示面板行业的需求占市场总需求的37%。我国集成电路行业电子特种气体的需求相对较低，主要原因为我国的集成电路产业技术水平和产业规模与世界先进国家和地区还存在一定差距，而显示面板产业经过多年持续发展，我国已成为全球最大的产业基地。

资料来源：派瑞特气招股说明书、前瞻产业研究院，国信证券经济研究所整理

资料来源：派瑞特气招股说明书、前瞻产业研究院，国信证券经济研究所整理

图：电子特种气体在集成电路工艺中的应用

资料来源：派瑞特气招股说明书，

注：蓝色实体部分为集成电路工艺流程中的使用电子特种气体的环节。

赋能电子制造：刻蚀工艺依赖于特种电子气体

➢ 晶圆制造过程可以分为制备、刻蚀、去除光刻胶三个主要环节，均需要使用电子特气：1）制备：通常的制造顺序从裸露的基板开始，如半导体用硅片、显示器用玻璃板和LED照明用蓝宝石晶片。首先，将薄膜这种第一所需材料进行沉积。然后，使用光刻法，在光刻胶的薄膜上制作图形。2）刻蚀：由于气体的密度比液体的要低，因此干式刻蚀速率比湿式刻蚀要慢得多。通过激活等离子体放电中的刻蚀气体来提高干式刻蚀速率，其中由中性起始气体产生正离子和负离子。等离子体在电场中，反应性离子被导向准备好的衬底。刻蚀气体选择性地与薄膜发生反应，并且通过真空泵将同样是气体的反应产物从反应腔中排出。3）去除光刻胶：通过在高温下氧化，然后进行湿式刻蚀来去除光刻胶。

➢ 刻蚀工艺依赖于特种电子气体。在电子制造中，选择性气相刻蚀能够去除特定形状中单一材料的一部分，是赋能电子制造的工艺之一。电子器件由许多独立的电路元件组成，如晶体管和电容器。这些元件中的每一个都是通过材料沉积、图形化和刻蚀的一系列离散步骤以三维形式由不同材料构建而成的。这些步骤大部分都是在超洁净的高真空腔体内进行的，以消除对大气环境的污染并改善反应效能。

图：晶圆制造过程及电子特气应用场景示意图

表：晶圆制造过程及电子特气应用场景示意图

本页资料来源：林德集团官网，国信证券经济研究所整理