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国产化率仅12%!万字长文看懂半导体关键原料电子特气

作者: 都市网 发布时间: 2020年04月10日 09:00:40

  近年来,随着国家的对于集成电路产业的重视以及资本的支持,国内的集成电路产业发展迅速,但是与国外仍有不小的差距,特别是在上游的半导体材料等领域,更是差距巨大。

  不过,随着国内半导体制造的崛起,也推动了半导体材料的国产化进程。

  从近几年大陆半导体材料、设备的需求占比来看,大陆半导体材料市场规模占全球的比重由 2013 年的约 4%提升到 2018 年的约 16%,大陆半导体设备市场规模占全球比重由 2016 年的约 16%提升到 2018 年的约 20%。

  可预见的未来,国内半导体产能的增加将进一步带动本地半导体材料需求。

  虽然目前各大主要品类的半导体材料领域均有国内企业涉足,但整体对外依存度仍在 60%以上,特别地,大尺寸半导体硅片、光刻胶、电子特气等材料更为依赖进口,进口替代空间巨大。

  不久前,我们为大家介绍了中国在半导体制造所需的关键材料——光刻胶领域的现状。今天再来为大家介绍另一种半导体制造所需的关键材料——电子特气的国产化布局。

  一、电子特气:半导体工业的关键原料

  电子特气是电子工业的关键原料,属于工业气体的重要分支。

  工业气体是现代工业的基础原材料,而电子特气是工业气体中附加值较高的品种,与传统工业气体的区别在于纯度更高(如高纯气体)或者具有特殊用途(如参与化学反应),是极大规模集成电路、平面显示器件、化合物半导体器件、太阳能电池、光纤等电子工业生产中不可或缺的基础和支撑性材料之一,相关下游领域的快速发展将带动未来特种气体的增量需求。

  半导体特气应用于晶圆制造的各个环节。狭义的“电子气体”特指电子半导体行业用的特种气体,主要应用于前端晶圆制造中的化学气相沉积、光刻、刻蚀、掺杂等诸多环节。

  电子特种气体的纯度和洁净度直接影响到光电子、微电子元器件的质量、集成度、特定技术指标和成品率,并从根本上制约着电路和器件的精确性和准确性,对于半导体集成电路芯片的质量和性能具有重要意义。

  1、行业兼具技术、客户认证等壁垒

  半导体电子特气行业具有较高的技术壁垒。半导体电子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,每一步均有严格的技术参数要求和质量控制措施。

  为了保证半导体器件的质量与成品率,特种气体产品要同时满足“超纯”和“超净”的要求,“超纯”要求气体纯度达到 4.5N、5N 甚至 6N、7N(N 是 Nine 的简写,几个 N 就代表有几个 9,例如 3N 的纯度为 99.9%),“超净”即要求严格控制粒子与金属杂质的含量。作为特种气体的核心参数,纯度每提升一个 N,粒子、金属杂质含量浓度每降低一个数量级,都将带来工艺复杂度和难度的显著提升。

  对于混合气而言,配比的精度是核心参数,随着产品组分的增加、配制精度的上升,客户常要求气体供应商能够对多种 ppm(part per million,百万分之)乃至 ppb(part perbillion,十亿分之)级浓度的气体组分进行精细操作,其配制过程的难度与复杂程度也显著增大。此外,气瓶处理、气体分析检测、气体配送等环节亦对生产企业提出了较高的技术要求。

  下游客户认证亦是攻坚难点。作为关键性材料,特种气体的产品质量对下游产业的正常生产影响巨大。如果晶圆加工环节所使用的气体发生质量问题,将导致整条生产线产品报废,造成巨额损失。因此极大规模集成电路、新型显示面板等精密化程度非常高的下游产业客户对气体供应商的选择极为严格、审慎,需要经过审厂、产品认证 2 轮严格的审核认证,集成电路领域的审核认证周期长达 2-3 年。

  另一方面,为了保持气体供应稳定,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,且双方会建立反馈机制以满足客户的个性化需求,客户粘性不断强化。因此,对新进入者而言,长认证周期与强客户粘性形成了较高的客户壁垒。

  行业还具有营销网络、服务壁垒。营销网络主要体现在气体公司需要投入大量人力物力进行铺点建设,不断扩大营销服务网络,以满足下游客户对气体种类、响应速度、服务质量的高要求。气体下游客户需要的服务则包括包装容器处理、检测、维修及供气系统的设计、安装乃至气体供应商的配送服务等。

  二、市场潜力大,电子特气需求迅速增长

  1、半导体行业支撑电子特气需求

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