电子化学品行业系列报告之二：电子特气国产替代有望加速，下游需求向好

证券研究报告|行业深度报告 2023年6月14日 电子化学品系列报告之二： 电子特气国产替代有望加速，下游需求向好 证券分析师：王亮 E-MAIL:wangl@tpyzq.com 执业资格证书编码：S1190522120001 证券分析师：王海涛 E-MAIL:wanght@tpyzq.com 执业资格证书编码：S1190523010001 研究助理：周冰莹 E-MAIL:zhoubingying@tpyzq.com 一般证券业务证书编码：S1190123020025 请务必阅读正文后的重要声明 核心逻辑 电子特气为半导体制造关键材料，被称为“芯片血液” •电子特气广泛应用于集成电路、显示面板、LED、光伏等行业。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。从半导体市 场构成来看，电子特气为晶圆制造过程中的第二大耗材，占比接近14%，仅次于硅片。下游三大需求领域强力驱动，中国电子特气市场规模高速增长 •电子特气下游三大领域齐头并进，半导体制造伴随AI技术发展与日俱增，显示面板在下游消费电子逐步复苏下稳步增长，光伏电池受行业高政策红利拉动影响快速提升。电子特气行业市场空间广阔，市场规模有望保持高速增长。 •根据前瞻产业研究院数据，2021年全球电子特气市场规模为45.38亿美元，2024年预计提升至54亿美元，行业增速趋缓，而中国2021年电子特气市场规模为216亿元，2025年有望突破435亿元，2021-2025年CAGR达到19.13%，行业有望保持快速增长。 电子特气行业壁垒高筑，国产替代势在必行 •行业壁垒主要体现在三方面：技术壁垒、认证壁垒、资质壁垒，其次资金壁垒、市场壁垒、人才壁垒等也构成行业进入壁垒。随着国家政策的支持，我国 企业多年来不断积极研发，目前已取得一系列技术性突破，电子特气国产替代进程有望加速。 国内公司积极加速研发 •华特气体：国内经营气体品种最多的企业之一，现有产品多达240余种，实现近50种产品国产替代。国内唯一一家同时获得荷兰ASML和日本GIGAPHOTON株式会社认证的气体企业，进入全球领先半导体企业供应链体系。 •金宏气体：公司致力于成为综合性气体供应商和成为气体行业的领跑者，有计划地跨区域并购整合气体公司。主要产品覆盖大宗气体、特种气体和天然气 三大类中的百余种气体。公司超纯氨产品在业内具有领先地位，电子大宗载气项目及TGCM业务获得多项突破。 •昊华科技：国内领先的含氟特气研发与生产制造企业，产能位列国内第三，电子级三氟化氮和六氟化硫均在国内排名靠前。公司特种气体业务快速扩张，产能不断释放，采用黎明院自主研发专利技术新增4600吨/年特种含氟电子气体项目已于2022年底全面建成投产，盈利空间有望进一步打开。 风险提示：行业竞争加剧；下游需求不及预期；技术突破不确定因素高；产品验证不及预期等。 Ⅰ电子特气为半导体制造关键材料，被称为“芯片血液”3 Ⅱ下游三大需求领域强力驱动，中国电子特气市场规模高速增长18 Ⅲ国产替代势在必行33 Ⅳ主要特种气体介绍40 Ⅴ国内公司积极加速研发58 设备 气体压缩设备等 气体纯化设备 压力容器设备 气体分离设备 光伏等 LED 显示面板 集成电路 •工业气体广泛应用于现代工业的各个领域，根据其纯度和用量大小可以分为大宗气体和特种气体两类。大宗气体指大批量用于工业生产制造，纯度小于等于99.99%（4N）的气体；根据制备方式的不同可分为空分气体和合成气体。特种气体是指那些在特定领域中应用的，对气体有特殊要求的纯气，高纯气或由高纯单质气体配制的二元或多元混合气，特种气体可分为标准气体、高纯气体（电子大宗气体）和电子特气。 空分气体 氧气、氮气、氩气等 大宗气体 （纯度≤4N） 合成气体 氨气、乙炔、甲烷等 工业气体 标准气体 具有足够均匀并很好地确定某一种或多 种特性的气体，用于校准仪器、评价测量方法或确定物质的量值。 特种气体 高纯气体（电 子大宗气体） 5N及以上纯度的氮气、氧气、氢气等 （纯度≥5N） 电子特气 主要应用于集成电路、液晶面板、LED、 光伏电池领域，纯度要求在5N及以上 原料 液氮等 液氧 工业废气 空气 化工 机械制造 电力等 冶金 图表1：工业气体分类 资料来源：前瞻产业研究院、亿渡数据，太平洋证券研究院 •空气气体指利用空气分离设备，从空气中分离出来的工业气体（广义上衍生为通过物理反应分离的工业气体），主要通过分离空气或工业废气制取。空气气体主要包括氧气、氮气、氩气等，在空气中的体积占比分别为20.95%、78.08%、0.93%。合成气体指通过化学发应制取的工业气体，包括乙炔、氨气、二氧化碳等。 •大宗气体是现代工业的重要基础原料，广泛应用于国民经济众多领域。目前，大宗气体消耗最多的行业是冶金和化工行业。新 能源、半导体、电子信息、生物医药、新材料等多个产业的快速发展，也促进了大宗气体应用领域的延伸。 图表2：大宗气体应用领域 应用领域 冶金 石油 机械加工 食品行业 环保行业 医疗行业 化肥 空分气体 氧气 √ √ √ √ √ √ 氮气 √ √ √ √ √ 氩气 √ √ 合成气体 二氧化碳 √ √ √ √ √ 乙炔 √ √ √ 氨气 √ √ 资料来源：亿渡数据，太平洋证券研究院 •电子气体包括电子特种气体和电子大宗气体，是集成电路、显示面板、半导体照明、光伏等行业生产制造过程中不可或缺的关键性材料。 图表3：电子气体主要分类图表4：电子特气应用领域 类别 用途 主要产品 电子特种气体 化学气相沉积(CVD) 氨气、氦气、氧化亚氮、TEOS(正硅酸乙酯)、TEB(硼酸三乙酯)、TEPO(磷酸三乙酯)、磷化氢、三氟化氯、二氯硅烷、氟化氮、硅烷、六氟化钨、六氟乙烷、四氯化钛、甲烷等 离子注入 氟化砷、三氟化磷、磷化氢、三氟化硼、三氯化硼、四氟化硅、六氟化硫、氙气等 光刻胶印刷 氟气、氦气、氪气、氖气等 扩散 氢气、三氯氧磷等 刻蚀 氦气、四氟化碳、八氟环丁烷、八氟环戊烯、三氟甲烷、二氟甲烷、氯气、溴化氢、三氯化硼、六氟化硫、一氧化碳等 掺杂 含硼、磷、砷等三族及五族原子之气体,如三氯化硼、乙硼烷、三氟化硼、磷化氢、砷化氢等 电子大宗气体 环境气、保护气、载体 氮气、氧气、氩气、二氧化碳等 资料来源：金宏气体招股书，太平洋证券研究院 资料来源：中船特气招股说明书,太平洋证券研究院 •电子特种气体是集成电路制造所必需的支撑性材料，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，被誉为半导体行业的“粮食”和“血液”。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。 图表5：电子特种气体在集成电路工艺中的应用 硅片制造芯片设计光罩制作 多晶硅 电路设计 CAD 版图设计 光罩制作 拉晶 单晶硅片 光刻 清洗 研磨 氧化成膜 刻蚀 切割 芯片制造 沉积 抛光 掺杂 清洗 光阻去除 先进封装 晶圆测试 芯片测试 老化检验 客户 传统封装 封装测试 资料来源：中船特气招股说明书,太平洋证券研究院 •电子气体在集成电路制造中，根据不同工艺，可分为掺杂用气体、离子注入气、清洗用气、刻蚀用气体和光刻气；在显示面板生产中，主要工艺分为清洗、刻蚀和薄膜沉积，其中，CVD在玻璃基板上沉积二氧化硅薄膜所使用的特种气体，主要为三氟化氮、硅烷、磷烷、超纯氨气等；在光伏电池生产中，主要工艺为扩散、薄膜沉积和刻蚀等，其中，用于扩散工艺的主要气体为三氯氧磷和氧气 。 图表6：不同应用领域电子特气的分类 应用领域 工艺 主要产品 集成电路 清洗、刻蚀 三氟化氮、六氟乙烷、八氟丙烷、八氟环丁烷、六氟丁二烯、氟化氢、氯化氢、氧氦、氯气、氟气、溴化氢、六氟化硫等 成膜 六氟化钨、四氟化硅、乙炔、丙烯、氘气、乙烯、硅烷、氧氩混合气、氘代氨等 光刻 氟氪氖、氪氖等混合气 离子注入 砷烷、磷烷、四氟化锗、三氟化硼等 其他 六氯乙硅烷、六氯化钨、四氯化钛、四氯化铪、四乙氧基硅等 显示面板 成膜、清洗 三氟化氮、硅烷、氨气、笑气、氧氩 混合气、氯化氢氢氖混合气等 发光二级管 外延 砷烷、磷烷、三氯化硼、氨气等 光伏 扩散、薄膜、沉积、刻蚀 三氟化氮、硅烷、氨气、四氟化碳等 资料来源：中船特气招股说明书,太平洋证券研究院 图表7：电子特气应用于晶圆制造各个环节 资料来源：林德集团官网,太平洋证券研究院 •特种气体属于精细的特殊化学品，物理形态特殊，对配送过程有特殊严格的要求。专业化的气体公司在配送环节需要严格保证产品纯度、质量稳定性、安全及时性，因此需要专业的储存、运输设备和丰富的运维管理经验，对气体公司的物流配送提出了较高的技术要求。 图表8：不同工业气体供应模式 资料来源：金宏气体招股说明书,太平洋证券研究院 图表9：零售供气与现场制气业务差异 业务模式 盈利模式 规模 半径 合同期 特点 客户群 瓶装气业务 根据需要随时送达客户端 限于小批量气体用户 特种气体不受运输半径限制；大宗气体覆盖充气站半径50km左右 客户 1-3年高度 型； 分布广泛；网络密集看重配送 和交付能力 行业不限 零售供 储槽气业存在务 通过低温槽车送达客户端，将低温液体产品储客户现场的储槽中，供客户规模要求自行气 化使用 气 满足中等规模 200km左右 3-5年 要求客户关系和配送能力，易受市场影响 电子半导体、化工、机械制造、食品、医疗健康 现场制气 在客户端建造现场制气装置通过管网供应气体 满足大规模用气需要 - 10-20 年 资本密集，服务要求高；技术和客户关系稳定；盈利能力持续性强，现金流稳定 化工、炼油、电子半导体、金属冶炼加工 资料来源：金宏气体招股说明书,太平洋证券研究院 •电子气体应用广泛，对技术要求很高，对于气源及其供应系统有着苛刻的要求，属于典型的技术密集型行业。行业壁垒主要体现在三方面：技术壁垒、认证壁垒、资质壁垒，其次资金壁垒、市场壁垒、人才壁垒等也构成行业进入壁垒。 •我国企业多年来不断积极研发，目前已取得一系列技术性突破，大部分电子特气已完成国产化替代，但是一些产品尚未 被验证和应用。 图表10：电子特气行业壁垒 壁垒分类 具体内容 技术壁垒 特种气体在其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，以及客户对纯度、精度等的高要求，对行业的拟进入者形成了较高的技术壁垒。 认证壁垒 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，因此，对极大规模集成电路、新型显示面板等精密化程度非常高的下游产业客户而言，对气体供应商的选择极为审慎、严格。 资质壁垒 工业气体属于危险化学品，在其生产、储存、运输、销售等环节均需通过严格的资质认证，需要取得多项资质。资质审核过程严格，不仅需对企业的生产环境、工艺、设备等进行多次现场评估，还要求生产人员、管理人员均需通过相应测试并取得个人资质资质获取作为工业气体行业生产经营的前置程序。除此以外，部分特定用途的特种气体还需要另外经过专项严格审核才可取得相应用途的产品经营资质，例如食品级N2O的生产需取得《食品生产许可证》，标准气业务需取得《制造计量器具许可证》等。 资金壁垒 工业气体行业生产设施要求较大规模的固定资产投入，同时为了保证产品质量的稳定性，需要采用大量精密监测和控制设备。行业内企业在扩大业务规模的过程中，往往通过兼并收购的方式横向布局，需要较强的资本实力。气体供应商需要有专业的运输设备和特种运输车辆，还需要对运输的全过程等进行跟踪监测和严格控制，由此带来的运输及监控设备投入也比较大。 市场壁垒 气体行业的下游绝大部分客户是专业生产厂家，并非终端消费产品，因此难以通过广告等常规营销手段在短期内建立市场品牌。下游客户对气体产品的质量、品牌和服务的认同需要建立在长期合作的基础上。 人才壁垒 工业气体行业企业的研发生产运营需要大批专门人才。 华特气