近日，法國液化空氣集團宣布計劃投資2.5億美元在美國愛達荷州新建一家工業(yè)氣體工廠，為美光科技提供超純氮和其他氣體，該工廠預計將于2025年底投入運營。液化空氣集團美洲區(qū)CEO表示:“這項投資將支持尖端存儲芯片的生產(chǎn)，特別是滿足人工智能對計算能力日益增長的需求。”美光今年開始量產(chǎn)用于英偉達最新AI芯片的高帶寬存儲器(HBM)半導體。

受國際形勢影響，電子氣體中的氖氣、鈀、六氟-1,3-丁二烯（C4F6）等自2022年開始供應(yīng)緊張、價格上漲，電子氣體也因此受到行業(yè)普遍高度關(guān)注。

電子氣體在半導體制造的應(yīng)用

近年來，隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，電子氣體在半導體行業(yè)中的地位日益凸顯。在構(gòu)成半導體的所有材料中，電子氣體占到了13.3%的比重，僅次于硅材料，排名第二。

廣義的“電子氣體”指電子工業(yè)生產(chǎn)中使用的氣體，是最重要原材料之一。狹義的“電子氣體”特指電子半導體行業(yè)用的特種氣體。其分為純氣體、高純氣和半導體特殊材料氣體三類，是集成電路、平板顯示、發(fā)光二極管、太陽能電池等半導體行業(yè)生產(chǎn)制造過程中不可或缺的關(guān)鍵性化工材料，被廣泛的應(yīng)用于清洗、刻蝕、成膜、摻雜等工藝。其質(zhì)量對電子元器件的性能有重要影響。

在半導體工藝中，從芯片生長到最后器件的封裝，幾乎每一步、每一個環(huán)節(jié)都離不開電子特氣，因此電子氣體被稱為半導體材料的“糧食”。

集成電路制造需經(jīng)過硅片制造、氧化、光刻、氣相沉積、蝕刻、離子注入等工藝環(huán)節(jié)，僅需要使用的純氣就超過50種，混合氣體種類更多，且每一種氣體僅應(yīng)用在特定的工藝步驟中。此外，在顯示面板、LED、太陽能電池片、光纖光纜等器件的制造中的不同工藝環(huán)節(jié)均會用到多種特種氣體。

此前日本對韓國實施出口限制的高純度氟化氫是半導體用的刻蝕氣體，主要用于晶圓表面清洗、芯片加工過程的清洗和腐蝕。

當前特種氣體已成為高科技應(yīng)用領(lǐng)域和戰(zhàn)略新興行業(yè)發(fā)展不可缺少的基礎(chǔ)原材料。據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)有特種氣體的種類達260余種，隨著非低溫氣體分離技術(shù)（吸附、膜分離）、混配技術(shù)和提純技術(shù)的發(fā)展，更多的特種氣體產(chǎn)品將逐步走向市場。


反抗巨頭壟斷，不少企業(yè)開始自研替代

目前，全球特種氣體市場大都被大型氣體公司如美國空氣、德國林德、法國液化、日本大陽所壟斷。在近幾年的半導體用電子氣體價格漲幅中，以氖氣最為明顯。針對這種情況，臺積電、三星、SK海力士、美光等紛紛做出最新對策。

今年三月消息，三星在全球首次在芯片生產(chǎn)中使用回收的氖氣，以穩(wěn)定稀有惰性氣體的成本和供應(yīng)。目前，該公司消息顯示已成功將回收的氖氣用于芯片量產(chǎn)，且不會降低芯片質(zhì)量。三星表示，計劃從明年開始使用回收氣體來滿足光刻工藝75%的氖氣需求（包括存儲芯片和代工業(yè)務(wù)），從而大幅減少對進口氖氣的依賴。

此外，三星正在與本土企業(yè)TEMC緊密合作，開發(fā)可立即用于芯片制造的高質(zhì)量回收氖氣。經(jīng)過多次試驗與驗證，再生氖氣的性能已達到行業(yè)標準，即在三星完成氣體回收后，再由合作伙伴進行純化處理，以確保其質(zhì)量和穩(wěn)定性，預計不會對產(chǎn)品效能產(chǎn)生任何影響。

SK海力士方面，早在2022年，SK海力士就表示成功實現(xiàn)氖氣的首次本土化，當時工藝引進比重已擴大到40%。SK海力士計劃到2024年為止，將氖氣本土化比重提高到100%。在這個過程中，SK海力士與半導體用氣體制造企業(yè)TEMC、浦項制鐵合作，一直在摸索在韓國國內(nèi)生產(chǎn)氖氣的方法。

今年4月消息，繼三星電子之后，SK海力士和TEMC也在共同開發(fā)氖氣回收技術(shù)，據(jù)SK海力士預計，通過減少對氖氣進口的依賴，該技術(shù)每年可節(jié)省3000萬美元。據(jù)悉，SK海力士和特種氣體生產(chǎn)商TEMC已經(jīng)合作一年多來開發(fā)氖氣回收技術(shù)。

此外，多家大廠包括臺積電、聯(lián)電、美光等均都開始尋求稀有氣體自產(chǎn)或本地化供應(yīng)的廠商。臺積電方面，2022年就有行業(yè)消息顯示，臺積電正在與多家氣體供應(yīng)商合作，在三到五年內(nèi)探索在中國臺灣本地生產(chǎn)氖氣。當時報道指出，臺積電正在評估供應(yīng)鏈風險，并制定了大約未來五年的連續(xù)性計劃，以確保能夠采購2000多種芯片制造所需的材料和化學品，以滿足建廠和擴充產(chǎn)能計劃。

聯(lián)電方面已與氖氣供應(yīng)商泰實科技簽訂長約，提前鎖定產(chǎn)能、鎖定價格，聯(lián)電也是首家提前下手保證關(guān)鍵氣體供應(yīng)的晶圓代工廠。

存儲大廠美光也聲明稱，氖氣供應(yīng)可能中斷的風險令半導體行業(yè)感到擔憂。不過美光表示，公司在惰性氣體的采購上已多元化，主要來自歐盟、美國和亞洲等各地供應(yīng)商。此外，公司還保持了適當?shù)亩栊詺怏w庫存，并與主要供應(yīng)商簽訂了多項長期供應(yīng)協(xié)議。


國產(chǎn)替代潛力

電子氣體行業(yè)的景氣度與半導體行業(yè)密切相關(guān)。電子氣體在半導體制造中的重要性導致了它與半導體行業(yè)整體景氣度高度一致。最近幾年，中國電子氣體市場規(guī)模穩(wěn)步增長，尤其是電子特種氣體市場增速更加顯著。

根據(jù)研究機構(gòu)TECHCET的數(shù)據(jù)，2022年全球電子特氣市場規(guī)模達到50.01億美元，同比增長10.20%，創(chuàng)下歷史新高。預計到2025年，全球電子特氣市場規(guī)模將達到60.23億美元，均增速為6.39%，行業(yè)前景廣闊。國內(nèi)市場也呈現(xiàn)出強勁增長趨勢，2022年我國電子特氣市場規(guī)模達到231億元，同比增長6.94%。

電子氣體行業(yè)具備巨大的國產(chǎn)替代潛力，部分特種氣體目前還依賴進口。然而，這也為國內(nèi)企業(yè)提供了突破口，一旦成功突圍，將有機會占領(lǐng)市場份額，實現(xiàn)國產(chǎn)替代。多家券商對電子氣體行業(yè)持樂觀態(tài)度。

在內(nèi)資廠商中，中船特氣、華特氣體、南大光電、昊華科技、金宏氣體等為零售氣市場的重要企業(yè)。國內(nèi)特種氣體企業(yè)逐漸增多，但是仍在發(fā)展各自優(yōu)勢的氣體品類，一般來說國內(nèi)企業(yè)往往專注于一類氣體的產(chǎn)品線和應(yīng)用領(lǐng)域，尚未形成覆蓋多個工藝環(huán)節(jié)的特種氣體解決方案供應(yīng)商。例如金宏的優(yōu)勢品種為超純氨、高純氧化亞氮、正硅酸乙酯、高純二氧化碳等特種氣體、電子級氧、氮等，主要應(yīng)用在沉積環(huán)節(jié)，而中船特氣主要優(yōu)勢為含氟氣體，主要用在刻蝕環(huán)節(jié)。

過去國內(nèi)氣體企業(yè)與國外巨頭存在較大技術(shù)代差，2022年我國電子特氣國產(chǎn)化率僅14.2%，2025年我國電子特氣國產(chǎn)化率有望提升至25%。


大宗氣體業(yè)務(wù)資產(chǎn)重，寡頭格局明顯

電子大宗氣體業(yè)務(wù)項目投資金額高。電子大宗氣體用量較大，要求全時供應(yīng)，一般以現(xiàn)場制氣模式供氣，且大宗氣站建設(shè)資金投入規(guī)模較大。電子特種氣體供應(yīng)有多品類、小批量和高批次的特點，以零售瓶裝儲槽供氣為主，企業(yè)制氣項目建設(shè)投資規(guī)模水平相對較低。以廣鋼氣體為例，截至2022年公司主要電子大宗現(xiàn)場制氣項目預算投資額均超過1億元，其中長鑫存儲項目高達4.37億元。同期，華特氣體與金宏氣體的多數(shù)電子特氣項目預算投資額在千萬元級別，投資額最高的大型生產(chǎn)項目在1億元水平左右。上述兩家企業(yè)也已開展電子大宗業(yè)務(wù)，其項目預算投資水平遠高于同企業(yè)的電子特氣項目，通用工業(yè)氣體龍頭杭氧股份的各類項目投資水平也具有類似特征。

以電子大宗氣體業(yè)務(wù)為主的氣體供應(yīng)商資本開支強度較大。由于項目投資金額較高，相較于以電子特氣業(yè)務(wù)為主的企業(yè)，以電子大宗氣體業(yè)務(wù)為主的供應(yīng)商資本支出強度較大。廣鋼氣體與華特氣體近年來營業(yè)收入水平相近，前者以電子大宗氣體為主要產(chǎn)品，資本開支占營業(yè)收入比例高，2022年和2023年前三季度均達到50%以上，后者以電子特氣為主要產(chǎn)品，同期資本開支穩(wěn)定在2億元左右，占營業(yè)收入比例低于20%。

大宗氣體供應(yīng)商資本實力要求高，固定資產(chǎn)和在建工程價值高，整體資產(chǎn)規(guī)模大。大宗氣體項目不僅投資金額高，且回收期限長，需要企業(yè)充足的資本實力，并對融資能力和現(xiàn)金流管控有一定要求。因此，大宗氣體供應(yīng)商整體資產(chǎn)規(guī)模往往更大，其中高價值的固定資產(chǎn)和在建工程的貢獻也更高。

受益于5G、人工智能、消費電子、汽車電子等領(lǐng)域的需求拉動，全球半導體材料市場規(guī)模呈現(xiàn)波動向上的態(tài)勢。電子特氣下游三大領(lǐng)域齊頭并進，半導體制造伴隨AI技術(shù)發(fā)展與日俱增，顯示面板在下游消費電子逐步復蘇下穩(wěn)步增長，光伏電池受行業(yè)高政策紅利拉動影響快速提升。電子特氣行業(yè)國產(chǎn)替代市場空間廣闊，市場規(guī)模有望保持高速增長。