電子特氣行業深度報告：國產化迎曆史性機遇（yù）

投資聚焦

報告背景

在（zài）微電子、光電子器件生產（chǎn）過程中，從芯片（piàn）生長到最後器件（jiàn）的封裝，幾乎每（měi）一步、每（měi）一個環節都離不開電子氣體，因此電子氣體被稱為半導體材料的“糧食”和“源”。電子氣體成本占 IC 材料總成本的 5%-6%，雖然看似占比不大，但是很（hěn）大程（chéng）度上決定了半（bàn）導體器件性能的好壞（huài）。電子氣體純度每提高一個數量級，都會極大地推（tuī）動半導體器件質的飛躍（yuè）。

電子特氣行業的技術壁（bì）壘（lěi）：一是深度提純技術難度較大。以矽烷為例， 將其純度由（yóu） 4N 提純到 6N 中間有漫長的道（dào）路（lù），除了要解決普通氣態雜質（zhì）的純化問題，還要將金屬元素淨化到 10-9 級至 10-12 級。二（èr）是包（bāo）裝和儲運跟不 上。超高純氣體的生產和應用都要求使用高質量的氣（qì）體包裝儲運容器、相應 的（de）氣體輸送管線、閥門和接（jiē）口，以（yǐ）避免二（èr）次汙染的發生。三是分析（xī）檢驗觀念（niàn） 落後。國內對（duì）電子氣體生產（chǎn）應用領域分析檢測技術的研（yán）究開發工（gōng）作不夠重（chóng）視。

我們區別於市場的觀點

國內電子（zǐ）特氣的市場規模在 2010 年（nián）至 2018 年（nián）期（qī）間一直維持著高速的增長，在 2018 年已（yǐ）達 121.56 億元。目（mù）前全球主要的跨（kuà）國氣體公司均在中國設有（yǒu）生產基地，國內近 85%的電子氣體市場被外資企業（yè）壟（lǒng）斷（duàn），電子（zǐ）特氣的國產化（huà）需求迫在眉睫。目前國內在高（gāo）純矽烷、高純氨（ān）、高純笑氣、氖氣、高純 CL2、高純砷烷和高純鍺（zhě）烷等已實現突破。本土化（huà）進程在不斷推進，但因本土電子氣體的生產（chǎn）和供應商規（guī）模較小（xiǎo）、利潤薄，且知識產權的保護不足等潛在問題，市場對其發展力度信心不足，大多持保守態度。

我（wǒ）們認為，國內電子氣體企業現已順利（lì）國產化多種核心氣體，並借此進一步（bù）搶占了一定份額的（de）國內外市場，隨著國家政策利好的推動（dòng）和技術革新的促（cù）進，國產化進程有望得到進一步提（tí）升。

投資建議

電子特（tè）氣（qì）行業從業者較多，近期我們主要（yào）推薦和遠氣體(22.700, 0.10, 0.44%)、華特（tè）氣體(58.030, 0.52,0.90%)、雅克科技(34.320, 1.24, 3.75%)、昊華科（kē）技(19.240, 0.64, 3.44%)和南大光電(27.150, 0.14,0.52%)。其中和遠氣體和華特氣體在近期剛完成招股上市，其募投項目都將大（dà）幅（fú）提（tí）升公司的工業氣體產能。而（ér）半導體（tǐ）材料龍頭雅克科技也因下遊半導體製造企業的技術突（tū）破（pò）和半導體國產化進程有望營收持續走高（gāo）；氟係龍頭昊華科技主要得益於未來 5G 建設和軍工業務發（fā）展，公司未來發展可期（qī）；另外，專注於電子特氣研發的南（nán）大光電現已形成（chéng）了 35 噸高（gāo）純磷烷（wán）、15 噸高純砷烷的生（shēng）產能力，並在今年開始擴產，預計其磷烷砷烷產（chǎn）能將在現（xiàn）有基礎上（shàng）翻倍（bèi）。

1、電（diàn）子氣體的概述

電（diàn）子化學（xué）品是（shì）電子工業中的（de）關鍵性基（jī）礎化（huà）工材料，電子工業的發展要求電子化學品與（yǔ）之同步發展，不斷地更新換代，以適應其在技術方麵不斷（duàn）推陳出新的需要。特別是在集成電路（IC）的細（xì）微加工過程中所需的關鍵性電（diàn）子化學品主要包括：光刻膠（又稱光（guāng）致抗（kàng）蝕劑）、超淨高純試劑（jì）（又稱工藝化學品）、電子特種氣體和環氧塑封料，其中超淨高純試（shì）劑、光刻膠、電子特種（zhǒng）氣體用於前工序（xù），環（huán）氧塑封料用於後工序。這些微電子化工材料約占 IC 材料總（zǒng）成（chéng）本的 20%，其中超淨高純（chún）試（shì）劑約占 5%，光刻膠約占 4%，電子特種氣體約占 5%-6%。

1.1 、電（diàn）子氣體的定義

工業氣體大致可以分為兩大類別，即一（yī）般工業氣體和特種氣體。一般工業氣體是指經過空氣分離設備製造的（de）普通級的氧氣和氮氣、經過焦爐氣分離或電（diàn）解等方（fāng）法製造出來（lái）的普（pǔ）通純度的其它種類氣體。一般工（gōng）業氣體要（yào）求生產量大，但對氣體的純度要求不高。特種氣體則是用途有別於一般氣體的氣體， 是一個籠統的概念。它在純度、品種、性能方（fāng）麵都是嚴格按（àn）照一定（dìng）規格（gé）進行生產和使用的。一般認（rèn）為，特種氣體是由（yóu）電子氣體、高純石油化工氣體（tǐ）和標（biāo）準混合氣體所組成。

另外，在半導體製造業中，氣體還可以分為大宗氣體和電子氣體，大宗氣體是指集中供應且用量較大（dà）的氣體，如N2、H2、O2、Ar、He 等（děng）。電子氣體主要是半導體製造的每一個過（guò）程如外延生長、離子注入、摻雜、刻蝕清洗、掩蔽膜生成所用到的（de）各種化學氣體，如高（gāo）純 SiH4、PH3、AsH3、B2H6、N2O、NH3、SF6、NF3、CF4、BCI3、BF3、HCI、CI2 等，又可稱（chēng）為電子特種氣體。

1.2 、工業氣體發展曆史

第一階段：工業氣體（tǐ）開始進入商業領域

18 世紀末，科學家們通過化學方法把氮氣、氧氣等從（cóng）空氣（qì）中分離出（chū）來，為工業氣體（tǐ）行業奠定了基礎。行業初期，氧氣主要被用於（yú）醫用（yòng）領域，在 19 世紀末開始進入焊接（jiē）等商業用途。同一（yī）時期，乙炔（quē）被發現，並逐漸成為常用的焊割氣體，隨後乙炔被發現能夠溶於丙酮，從而使（shǐ）乙炔（quē）的遠途運輸成為可能，進一步推動（dòng）了乙炔的商業應用。

第二階段：工業氣體行業日趨（qū）成熟

分餾加（jiā）工方法的發明和使（shǐ）用，大大降（jiàng）低了工業氣體的生產成本，加（jiā）速（sù）了工業氣（qì）體的產業化進程。20 世紀中期（qī），兩次世界大戰和運用氧氣、乙炔焊炬（jù）切割的技術有力地推動了工業（yè）氣體需（xū）求的增（zēng）長。同時，鋼鐵企（qǐ）業出（chū）於（yú）減少碳與磷的含量、提高鋼（gāng）鐵產品質量的（de）考慮，放棄了早期的空氣（qì）噴射法而改用氧氣噴射法，新方法的（de）采用使 1965 年（nián）全球氧氣產量比 1960 年增加了 10 倍。此外，氮（dàn）也被大量用作惰性“覆蓋（gài）劑”，推動了氣體生產設備的大規模興建（jiàn）。

第三（sān）階段：工業氣（qì）體行業持續增長（zhǎng）

20 世紀 80 年代電子產業的興起推（tuī）動特種氣體的需求提高。金屬預製及生產等傳統市場消費增大（dà），加上在保（bǎo）健、電子、飲料和（hé）食品包裝等終端（duān）市場 增加新的應用領域，氣體行業在 20 世紀 90 年代持續增長。能（néng）源領域在過去數年成了氣體行業發展的最大（dà）動力。氣體作（zuò）為能源在眾多行（háng）業得到廣泛運用， 這使氣體需求在 21 世紀初持續走強。

1.3 、電子氣體分類（lèi）

電子特種（zhǒng）氣體是超大規模集成電路、平板顯示器件、化合物半（bàn）導體器件（jiàn）、太陽能(3.390, 0.08, 2.42%)電池、光纖等電子工業（yè）生產不可或缺（quē）的原材料（liào），它們主要應用於薄膜、刻蝕、摻雜、氣相沉積、擴散等工藝。電子工業服務的電子氣品種繁（fán）多，用途五花八門，它的分類方法亦較為複雜。一般可按電子氣用量的多少（shǎo）分類， 也可以按（àn）電子氣的（de）用途分類。

由（yóu）於製造上的需要，工廠使用了許（xǔ）多種類的氣體（tǐ）。一般我們（men）皆以氣（qì）體特性來（lái）區分，可分為特殊氣體及一般氣體兩大類（lèi）。前者為使用量較小（xiǎo）的氣體（tǐ）， 如 SiH4，NF3 等，後（hòu）者為使用量較大的氣體，如 N2，CDA（幹燥壓縮空氣） 等。在半導體製（zhì）造中，需提供各種高純度的一般氣（qì）體用（yòng）於氣動設備動力、化學品輸送壓力（lì）介（jiè）質或用作惰（duò）性環境，或參與反應去除雜質度等不同功能。

根據電子氣的不同用途，電子氣可分為十多類，例如（rú）外延晶體生長氣、熱氧化氣、外（wài）延氣、摻雜氣、擴散氣、化學氣相沉積氣（qì）、噴射（shè）氣、離子注入氣、等離子刻（kè）蝕氣、載（zǎi）氣、吹洗氣、光刻氣、退（tuì）火氣、焊接氣、燒結氣和平衡氣等。表 2 列出了電子工業、半導（dǎo）體器件製備工（gōng）藝中所（suǒ）用電子氣的範例。

1.4 、氣體純度標準

氣（qì）體純度的提法有（yǒu）多種（zhǒng），如普通純、高純（chún）氣體、電子純（chún）、特純等，隨著大規模集（jí）成電路（VISL）和特（tè）大規模集（jí）成電路（ULSI），又有 VLSI 和ULSI 級純的超淨氣體。這些提（tí）法都不十分確切，隻（zhī）是粗（cū）略地講了氣體純度的高（gāo）低， 沒有真正說明氣體純度的大小，準確表示氣體的純度主要有兩種方法（fǎ），即（jí）：用百（bǎi）分數表示，如 99%、99.9%、99.99%等和用“N”表示，如 3N、4.5N 等，N 數目與百分數表示中的（de） 9 的個數對應，小數點後的數表示（shì）不足“9” 的（de）數（shù），如 4.5N 表示 99.995%。

根據氣體的純度不同，通（tōng）常又將（jiāng）氣體純度分為四級，即普通氣體、純氣體、高純氣體和超高純氣體，下表（biǎo） 3 給出氣體純度等級和器件生產工（gōng）藝上的應（yīng）用。

1.5 、氣體製造主要技術

氣體行業公司製造（zào）氣體通常是先將（jiāng）氣體粗分離，再通（tōng）過氣（qì）體提純技術達到一定的純度，並通過分析測試技術檢驗（yàn）其純（chún）度。此外生產好的（de）氣體如何充狀，如（rú）何運（yùn）輸可以不導致二次汙染和安全問題，也是氣（qì）體製造商們（men）需要關注的技術。

氣體分離技術

氣體的分離方法一般包括精餾法、吸附法（fǎ）、膜（mó）分離法，其中精餾（liú）法應用最為廣泛。精餾法可分為連續精餾法和（hé）間歇精餾法，連續精（jīng）餾法操作穩定、無須（xū）對（duì）中間產品儲存，並（bìng）且得到的氣體產品質量好、純度較高，被廣泛的應用於深冷（lěng）空氣分離裝置工藝，也是管道供氣的（de）主要（yào）生產工藝。各類的大型空分裝置已在氣體公司得到應用。對於部分（fèn）特殊氣體的分離工藝也有采用間歇精餾的方式，連續精餾的（de）方式還有待發展，主要取決於這些氣體產（chǎn）品 需要（yào）存貯及產（chǎn）品純度等不同的要求。吸附法分為（wéi）變壓（yā）吸附法（fǎ）和（hé）變溫吸附法，與變壓（yā）吸附分離法相比，變（biàn）溫吸附法呈現如下特點：能（néng）耗較高、吸附劑有效吸附量小、再生需要加熱介質、吸附劑壽命相對較短、常需（xū）與其（qí）他工藝配套使用。膜分離法（fǎ）為一種新型的高分離、濃縮提純及淨化技術。

氣體提純技術

在當今的氣體純化技術中，主要有化學反應法（fǎ）、選（xuǎn）擇吸附法、低溫精餾法、薄膜擴散法。這些技術的應用使氣體純化在原有的（de）工（gōng）業級水平（píng）上（shàng）快速發（fā）展到高（gāo）純級和電子級水平，逐步（bù）滿足了高端行業的需（xū）求，特別是在特種（zhǒng）氣體開發領域發揮了尤為重要（yào）的作用（yòng）。其中在吸氣劑、催化劑、膜（mó）分離純化技術的應用上，使空分氣體（tǐ）的純度由（yóu）工業級提升（shēng）至高純級，豐富了產品種類，滿（mǎn）足不同終（zhōng）端客戶的需求。在高效（xiào）精餾純化技術上，國內開發出 7N 電子級超純氨產品打（dǎ）破了國外氣體公司對超純氨（ān）的壟斷，為產業鏈發展做出（chū）了貢獻。基於上（shàng）述氣體純化技術（shù）的日趨成熟，國產高純度矽烷、磷烷、砷烷、四氟化碳、六氟化硫等特種氣體也在相繼進入市場，滿足各行各業的（de）需求。

氣體檢測技術

氣體檢測技術對氣體工業的發展十分重要，隨著氣體應用領域越（yuè）來越廣， 需求量越（yuè）來越大，新（xīn）興行業對（duì）氣體純度的要求也越來（lái）越（yuè）高（gāo），對氣體中雜質含 量（liàng）的檢測分析，也從早期的常量級逐漸發展到（dào） 10-6（ppm）級、10-9（ppb） 級甚至 10-12（ppt）級。

氣體混配技術（shù）

氣體混配技術是指兩種或兩（liǎng）種以上純氣體以（yǐ）不同的濃度（dù）混合配製而成的（de），且（qiě）其中各組分（主要指配製組分）濃度為（wéi）已知的一種混合氣體生產技術（shù）。通過氣體混配技術生產的混合氣體是（shì）一種高度均勻的、穩定（dìng）的，且組分濃度值高度（dù）準確的（de）氣體產（chǎn）品。混合氣體的配製過（guò）程中，主要有爆炸性混合氣體的配製，如煤化工（gōng）領域（yù）使（shǐ）用的空氣中甲烷標準混（hún）合氣體的配製，有產生（shēng）爆炸的風險；有機混合氣體的（de）配製，如石化領（lǐng）域使用的51吃瓜网中丙烷（wán）、丙（bǐng）烯、丁烷、丁烯等標準混合氣體的配製等。

容器處理技（jì）術

容器處理是氣體提純過程中一個很重要的步驟。隨著氣體純度的提高、產品種類的增多，對包裝容器的要求也越來（lái）越高。比如高純氣體對（duì）儲存設備內壁的光潔度要求、腐蝕性（xìng）氣體對內壁的耐（nài）腐蝕性要求（qiú）、吸附性氣體對內壁的防吸附要（yào）求，都是（shì）生（shēng）產高（gāo）純乃至超純氣體（tǐ）所（suǒ）麵臨的問題。隨著行業的（de）發展， 氣體產品（pǐn）在包裝容器的處理上也開發出相應的技術，如儲存設備的高壓（yā）蒸汽清洗、超純水清洗、機械拋光、拋（pāo）丸（wán）研磨、分（fèn）子泵機組負（fù）壓置（zhì）換以（yǐ）及容器安定化技術。

氣體充裝技術

容充裝過（guò）程是（shì）工業氣體（tǐ）生產過程中的（de）重要環節。由於工業氣體的儲（chǔ）存設（shè）備屬於特種設備，且其具有移（yí）動和重複（fù）充裝的特（tè）點，比其他壓力容（róng）器更為複（fù）雜並具（jù）有（yǒu）一定（dìng）的危險性（xìng）。因此，氣體容器的充裝、貯運和使用必須嚴格按照（zhào）有關標準規定操（cāo）作，在使用過程中的定（dìng）期檢驗是主要的安全保障。

2、重要電（diàn）子氣體（tǐ）介紹

2.1 、矽烷（SiH4）：最好的矽源材料（liào），用於外延晶（jīng）體生長

矽烷熔點-185℃，沸點-112℃，在空氣中（zhōng）會自燃，與空氣可形成爆炸性混合物，空氣中的爆炸極限為（wéi）體積分數 0.8%~98.0%；室溫下可以鹵素或重金屬鹵化物（wù）激烈反應。矽（guī）烷加熱到 400 攝氏度開（kāi）始分解為非晶態矽和氫氣，600 攝氏度以上（shàng）分解生成晶（jīng）體矽，半導體工業（yè）主要采用該方法來生（shēng）產多晶矽。矽烷毒性很大，會強烈刺激人的呼吸道，中毒者可能出現頭痛和惡心等症狀， 吸入量較大時會引起呼（hū）吸及淋巴係統產生生理病變。

矽烷是電子（zǐ）氣體中應用最廣、影響最大的氣體品種，因（yīn）為矽烷易燃、易（yì）爆、純（chún）度要求 很高，技術難度很大，所以矽烷也是一個國家氣體實力（lì）的重要標誌之（zhī）一。單矽烷作為一種提供矽組分的氣體源，可用於製造（zào）高純度多晶（jīng）矽（guī）、單晶矽、微晶矽（guī）、非晶矽、氮化矽等多種金屬矽化物（wù），因其高純度和（hé）能（néng）實現精細控製，已成為許多其他（tā）矽源無法取代的重（chóng）要電子特種氣體（tǐ）。單矽烷廣泛應用於微電子、光電子工業（yè），用於製造（zào）太陽能電池，平板顯示器等， 並且是至今為（wéi）止世界上（shàng）唯（wéi）一的大規模生產粒（lì）狀狀（zhuàng）高（gāo）純度矽的中間（jiān）產物。矽烷製造可分為矽化鎂法、氫（qīng）化鋁鋰法和 UCC 工藝（非均化（huà）法）。

矽烷的製造技術被幾個（gè）發達國家掌握，所采用的而工藝也（yě）比較集中（zhōng），在合成技術上比較成熟，幾十年來沒有太大的變化，不同（tóng）的是淨化技術有突破性的進展，純度（dù）等級不斷（duàn）提高。目前國際上矽烷主要製造商（shāng）是日本小鬆電子金屬公司、三井東亞（yà）化學公司、帝國氧（yǎng）氣（qì）公司（sī）、美國普萊克斯（sī）（原 UCC 公司）、APCI 公（gōng）司、曼特森公司（sī）、液體碳素公（gōng）司。

中國（guó）矽烷製造始於 20 世紀 70 年代，為滿足超（chāo）純矽的生產需求，國內許多三氯（lǜ）氫矽生產廠家再從事三氯氫矽、四（sì）氯化矽（guī）生產的同時也開展了矽烷（wán）合成淨化係列研究（jiū），建起數家（jiā）矽烷生產廠家，大多采用