半导体周报(国科龙晖整理)-0219
1、行业新闻及动态
（1）半导体设计
ChatGPT带动AI热潮， AI芯片的需求将暴增。英伟达是ChatGPT热潮最大受益者，随着AI聊天机器人服务的扩展，高性能 HBM 和高容量服务器 DRAM 的需求预计会增加，三星电子、SK 海力士、美光等有望直接或间接受益于英伟达AI芯片需求的快速增长。
谷歌自研数据中心芯片取得新进展，目前正在开发两款基于 ARM 的 5nm 服务器芯片，定制服务器芯片预计将在 2024 年下半年量产，最早将在 2025 年部署在数据中心。
（2）半导体制造及封测
苹果此次下调了投产的晶圆数量，并且调整幅度较大，共有12万片的 N7、N5、N4 加上部分 N3 产线。其原因可能是因为台积电在美国生产成本要比在亚洲生产高得多，加上3nm的每片晶圆销售价格超过了20000美元，如果苹果的订单量达不到台积电的要求，那么价格还会上涨，而苹果很可能是2023年唯一一家采用台积电3nm制程工艺的公司。
据外媒报道，德国半导体大厂英飞凌 (Infineon) 正准备开始建设其类比和功率半导体的新工厂。报道称，经过分析，英飞凌高层决定选址德国德累斯顿建厂，而德国联邦经济事务和气候行动部 (BMWK) 也已批准该计划提前进行，这意味着着在欧盟委员会在完成对计划的资金补贴审查之前英飞凌就可以开始建设。
晶圆厂或上演价格战，多家晶圆厂产能利用率已滑落至70%左右，争取订单成为当务之急。产业景气下滑并未阻挡全球头部芯片制造商的扩产计划，部分新产能会在今年投产，台积电正在美国、日本等多个地区新建产线，联电2023年资本支出约为30亿美元大部分用于扩大12英寸晶圆产能，华虹半导体2023年将陆续释放月产能至9.5万片。
德州仪器将在美国犹他州的莱希建造第二座300毫米半导体晶圆制造厂，将为德州仪器额外创造约800个工作岗位，这是TI在犹他州 110 亿美元投资的一部分。。
台积电董事会批准向亚利桑那州工厂注资，批准注资不超过35亿美元，台积电全资拥有的亚利桑那州工厂，计划是2024年开始投产，建成之后采用5nm制程工艺，月产能20000片晶圆。2022年12月6日，积电宣布在亚利桑那州再建一座晶圆厂，计划2026年开始采用3nm制程工艺为相关的客户代工晶圆，两座工厂年产能将增至60万片晶圆。
成功收购GF位于美国纽约州东菲什基尔EFK地区的300mm晶圆厂，自22年12月31日生效，为安森美团队增加1000多名世界一流的技术专家和工程师，安森美将拥有美国唯一的12寸功率分立和图像传感器工厂。
英特尔考虑对其位于越南的芯片测试和封装工厂加大投资，可能会超过10亿美元。
（3）半导体设备及材料
为缩小与对手台积电的市占差距，三星开始开发极紫外光（EUV）护膜，光罩护膜全球主要供应商是荷兰ASML、日本三井化学和韩国S&S Tech。
（4）其它
中国信通院发布2022年12月国内手机市场运行分析报告。报告显示，2022年12月，国内市场手机出货量2786.0万部，同比下降16.6%。其中，5G手机2323.4万部，同比下降14.4%，占同期手机出货量的83.4%，与此同时，2022年全年，国内市场手机总体出货量累计2.72亿部，同比下降22.6%，其中，5G手机出货量2.14亿部，同比下降19.6%，占同期手机出货量的78.8%。
拜登政府将禁止美国企业对一些中国公司进行投资，商务部新闻发言人束珏婷回应称，一国政府通过行政手段干涉企业正常商业决策，破坏市场规则和国际经贸秩序，损害企业和投资者利益，不利于中美两国，不利于整个世界， 2022年中国实际使用外资金额12326.8亿元人民币，同比增长6.3%。
广州市人民政府现已印发《关于支持市场主体高质量发展促进经济运行率先整体好转的若干措施》。《措施》提出发展壮大战略性新兴产业，发挥好 300 亿元汽车产业及零部件产业发展基金作用，提升车规级芯片、动力电池等核心零部件近地化率，出台专项扶持政策，推动半导体和集成电路产业加快发展。
紫光展锐寻求新一轮融资100亿元，公司估值约为700亿元人民币。
1. 本周话题：半导体材料—电子特气
广义的“电子气体”指电子工业生产中使用的气体，为重要的工业生产原材
料之一。狭义的“电子气体”特指半导体行业所使用的特种气体。工业中把常温
常压下呈气态的产品统称为电子气体。根据《战略性新兴产业分类（2018）》，电子气体可分为了电子特种气体和电子大宗气体，其中电子气体已经成为现代工业不可或缺的基础原料。随着中国经济的快速发展，电子气体作为基础产业，在国民经济中的重要性日益突出。其上游行业是原材料和设备：原材料包含空气、工业废气、基础化学原料等；设备分为气体分离及纯化设备制造、压力容器设备制造等。下游广泛应用于石油、化工、冶金、钢铁、机械、电子、电力、玻璃、陶瓷、建材、食品，以及医疗等领域。
电子气体产业链上下游
资料来源：华特气体2021年报告，前瞻产业研究院，民生证券研究院整理
电子气体品类繁多，分类方式较为复杂。根据不同的标准，电子气体主要有以下三种分类方式：1）按照用途，分为电子大宗气体和电子特种气体；2）按照应用领域，分为集成电路、显示面板、发光二极管、光伏等；3）按照气体组分的性质，分为氮氧化合物、氢化物、氟碳类、碳氧化合物、氨化物、混合气等。
不同用途电子气的分类
资料来源：金宏气体招股说明书，民生证券研究院
不同气体组分电子气体的分类
资料来源：华特气体募集说明书，民生证券研究院
电子特种气体(SpecialGas)是用于生产半导体、液晶、太阳能电池等各种电子产品时使用的特殊高纯气体。在生产工艺方面，电子特气参与到离子注入、刻蚀、气相沉积、掺杂等流程中；下游应用方面，电子特气涵盖半导体、化工、医疗、环保和高端装备制造等领域。截止至2020年，特种气体中的单一气体（不包含混合气体）共有260种。
电子大宗气体（BulkGas）是满足半导体制造要求的高纯度和超高纯度气体，主要包括氢气、氮气、氧气、氩气、二氧化碳等。电子大宗气体在半导体制造过程中用量大且覆盖85%以上的环节，可被用作环境气、保护气，载气。拥有大规模用气需求的制造工厂通常与气体供应商合作建设大宗气体气站，气体供应商可通过现场制气装置制取电子大宗气体并通过管道供应，制取过程中电力成本占80%，主要原材料为空气。
常见的电子大宗气体应用场景
资料来源：华特气体募集说明书，民生证券研究院
电子特气在集成电路中的应用
集成电路制造涉及上千道工序，需使用上百种电子特种气体，工艺极为复杂，对于纯度、稳定性、包装容器等方面有较高的要求。电子特气在集成电路工艺中的应用如下图所示，红色部分为电子气体的应用部分
电子特气在集成电路中的应用
资料来源：派瑞特气招股说明书
电子气体广泛的应用于晶圆的生产过程。以单晶硅片的生产为例，主要含硅烷、二氯二氢硅、乙硅烷等。在晶圆制造中，主要涉及的气体类别有：1）掺杂气体：含硼、磷、砷等三族及五族原子的气体，如三氯化硼、三氟化硼、磷烷、砷烷等；2）蚀刻清洗气体：以含卤化物及卤碳化合物为主，如氯气、三氟化氮、溴化氢、四氟化碳、六氟乙烷等；3）反应气体：以碳系及氮系氧化物为主，如二氧化碳、氨、氧化亚氮等；4）沉积气体：含卤化金属及有机烷类金属，如六氟化钨、三甲基镓等。
各种电子气体在晶圆制造中的作用及过滤控制
资料来源：CathayChemical公司官网
刻蚀
刻蚀是采用化学和物理方法，有选择地从硅片表面去除材料的过程，目的是使掩膜图形能够在涂胶的硅片上正确地复制。常见的刻蚀方法分为干法化学刻蚀和湿法化学刻蚀。干法化学刻蚀利用低压放电产生等离子体中的离子或游离基，与材料发生化学反应，并产生带电离子、分子、电子及化学活性很强的原子（分子）团。当产生的原子（分子）团扩散到被刻蚀膜层的表面时，会与待刻材料（单晶硅片）反应生成具有挥发性的物质，并被真空设备抽离排出。硅片刻蚀气体主要为氟基气体。常见的氟基气体包括CF4、SF6、C2F6、NF3，以及氯基（Cl2）气体和溴基（Br2、HBr）气体等。在刻蚀工艺中，O2和H2会被适当地加入，并参与辅助反应，从而达到调节离子浓度，影响刻蚀速率的目的。
根据蚀刻剂等离子体和薄膜之间的化学性质差异，当晶圆表面上方的等离子体被激活时，激活后的反应类型可分为各向同性、各向异性、锥形。1）各向同性：当反应在所有方向上均匀发生时，将刻蚀光刻胶，形成扇形。2）各向异性：反应仅在垂直于衬底的方向上发生时，一定量的刻蚀反应产物将沉积在刻蚀切割的垂直侧上以防止横向刻蚀。3）锥形：反应会受到侧壁沉积的阻碍，形成锥形。
不同类型的刻蚀反应
资料来源：《半导体芯科技》
掺杂
掺杂是指在半导体器件和集成电路制造中，将某些杂质掺入半导体材料内，使材料具有所需要的导电类型和一定的电阻率，以制造电阻、PN结、埋层的过程。掺杂工艺所用的气体被称为掺杂气体。掺杂工艺有两种，分别是扩散和离子注入；扩散是指在合适的温度和浓度梯度下，用III、V族元素占据硅原子位置的工艺。离子注入是指将具有很高能量的杂质离子射入半导体衬底中的过程。
扩散掺杂工艺
资料来源：FindRF
由于掺入的杂质不同，杂质半导体可以分为N型和P型两大类。N型半导体所掺入杂质为磷或其他五价元素，而P型半导体所掺入杂质为硼或其他三价元素。常见的掺杂气体包括砷烷、磷烷、三氟化磷、五氟化磷、三氟化砷、五氟化砷、三氟化硼，以及乙硼烷等。掺杂是指将掺杂源与运载气体（如氩气和氮气）在源柜中混合，并将混合后的气流连续注入扩散炉内并环绕晶片四周，使晶片表面沉积上掺杂剂，进而与硅反应生成掺杂金属的过程。
外延沉积与化学气相沉积（CVD）
外延沉积的目的是在衬底晶圆上镀上一层薄膜作为缓冲层，以阻止有害杂质进入硅衬底。常用的外延沉积方法有化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD）。化学气相沉积法是指单独综合地利用热能、辉光放电等离子体、紫外光照射、激光照射或其他形式的能源，使气态物质在固体的热表面上发生化学反应，形成稳定的固态物质，并沉积在晶圆片表面上的一种薄膜制备技术。在半导体工业中，基于衬底（单晶硅）选用化学气相淀积方法，生长出一层或多层沉淀所使用的气体被称为外延气体。化学气相沉积常用的特种气体包括：SiH4、DCS、TCS、SiCl4、TEOS、NH3、N2O、WF6、H2、O2。此外，沉积多晶硅（Si）薄膜，通常需要用硅烷（SiH4）进行高温反应；沉积（Si4N3）薄膜，会用到氯化硅（SiCl4）和氨气（NH3）等。
化学气相沉积工艺中电子气体的使用流程
资料来源：民生证券研究院绘制
光刻
光刻指通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜等工艺步骤，把晶圆表面薄膜的特定部分除去后留下带有微图形结构的薄膜，并将设计好的电路图形从光刻板上转移到晶圆片表面光刻胶上的工艺。光刻气大多以混合气为主，即用不同比例的不同气体混合在一起的电子气体混合物。常见光刻气包含Ar/F/Ne混合气、Kr/Ne混合气、Ar/Ne混合气、Kr/F/Ne混合气，Ar/Xe/Ne混合气等。
光刻工艺中电子气体的使用流程
资料来源：民生证券研究院绘制
电子气体的生产流程
特种气体的主要生产工序包括气体合成、气体纯化、气体混配、气瓶处理、气体充装、气体分析检测。
气体合成是指原料在特定压力、温度、催化剂等条件下，发生化学反应，生成的气体粗产品的步骤。气体纯化是通过精馏、吸附等方式将粗产品精制成更高纯度的过程。气体混配的定义是将两种或两种以上有效组分气体按照特定比例混合，得到多组分均匀分布的混合气体。气瓶处理是根据载气性质及需求的不同，对气瓶内部、内壁表面及外观进行处理，以保证气体存储、运输过程中产品稳定的过程。气体充装是指通过压力差将气体充入气瓶等压力容器的工艺。气体分析检测即为对气体的成分进行分析、检测的过程。
核心步骤：纯化
按照纯度不同，气体可分为普通气体、纯气体、高纯气体和超纯气体四种，纯度要求分别达到4.5N、5N、6N，7N。电子气体的纯度要求要比一般工业气体的要求更高。气体纯化是气体制造的主要核心技术。纯度是电子特种气体重要指标之一，直接影响芯片的良品率和可靠性。通常情况下，气体纯度用百分数表示，如99.99%（4N）、99.999%（5N）、99.9995%（5N5）等。随着集成电路制造工艺的迭代升级，线宽越来越窄，晶体管密度越来越高，对电子特气的纯度、稳定性等指标的要求也越来越高。每当气体纯度提升一个N，或粒子、金属杂质含量浓度降低一个数量级，都将提升工艺复杂度。例如，12寸、90nm制程的集成电路制造技术要求电子特气的纯度保持在5N~6N以上，有害的气体杂质浓度需要控制在ppb(10-9)以内;在更为先进的28nm及目前国际一线的6nm~10nm集成电路制程工艺中，电子特气的纯度要求更高：部分气体纯度需达到6N及以上，杂质浓度要求甚至达到ppt(10-12)以内。
电子气体壁垒
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。行业壁垒体现在三方面：1）技术壁垒；2）认证壁垒；3）资质壁垒。
技术壁垒：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，对行业潜在进入者形成了较高技术壁垒。在气体纯化方面，电子气体纯度一般要求保持在5N以上。12英寸、90纳米制程的IC制造技术需要电子气体纯度需保持在99.999%-99.9999%（5N-6N）以上，而有害的气体杂质需要控制在10-9（ppb）以内。在更为先进的制程工艺中，电子特气对于杂质的控制甚至需要达到ppb（10-12）级别。
在气体精度方面，配比的精度是核心参数。在28纳米技术节点以后，随着芯片的工艺尺寸越来越小，堆叠层数的增加，集成电路制造时所需的刻蚀、沉积和清洗步骤也在增加。当各类成膜气体的用量和种类呈几何级增长时，产品组分的增加、配制精度要求也相应上升。因此，对于不同化合物的各类合成工艺，气体供应商能够需要对多种ppm（10-6）乃至ppb（10-9）级浓度的气体组分进行精细操作。
认证壁垒：当集成电路、显示面板、光伏能源、光纤光缆等高端领域客户对气体供应商的选择时，一般会有厂商审核、多轮产品认证等严格审核流程；光伏能源、光纤光缆领域的审核认证周期通常为0.5-1年，显示面板通常为1-2年，集成电路领域的审核认证周期长达2-3年。
另一方面，在集成电路所领域，不同电子特气之间的相互替代性较弱。具体来看，影响集成电路工艺材料选择的因素，包括逻辑、存储器等产品选型、设备选型，以及工艺条件等。不同电子特种气体能在工艺流程中发挥独特的作用，使得不同气体之间的替代性较低。为保障气体供应稳定，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，且供应商会定期接收反馈以满足下游对于气体的定制化需求，以强化客户粘性。因此，行业潜在进入者需面对长认证周期与强客户粘性形成的认证壁垒。
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，并取得《安全生产许可证》《危险化学品经营许可证》《道路运输经营许可证》《移动式压力容器充装许可证》等多项资质。严格的资质审核对行业新进入者形成了较高的资质壁垒。
市场现状
根据华经产业研究院数据，2022年全球电子特气市场规模预计为49亿美元，2023和2024年分别达到52和54亿美元。从增速来看，预计2022-2024年全球电子特气市场规模的CAGR为4.98%。
2017-2024E全球电子特气市场规模预测（亿美元）
资料来源：华经产业研究院，民生证券研究院
根据华经产业研究院数据，2021年中国电子特种气体市场规模约167亿元，预计2022年将达到189亿元，并于2024年增至230亿元，2022-2024年的CAGR将达到10.31%，未来三年中国电子特气的市场规模增速预计将显著高于全球。
2017-2024E中国电子特气市场规模预测（亿元）
资料来源：华经产业研究院，民生证券研究院
根据亿渡数据，2021年，集成电路是电子特气下游应用中最重要的增长驱动力，其应用占比达到43%。在半导体材料的市场占比中，电子特气占14%，成为仅次于硅片的第二大半导体材料市场。随着国内晶圆厂的陆续扩产，作为半导体的主要材料，电子特气发展前景广阔。
由于生产步骤不同的原因，不同电子特气的用量、价格差别较大。例如：同等产能情况下，电子特气在存储芯片的用量比在逻辑芯片用量大2-3倍。根据LinxConsulting，2021年电子特种气体市场规模为44.23亿美元。三氟化氮市场规模最大，是集成电路和显示面板领域应用广泛的清洗、刻蚀气体，占比为20%。六氟化钨市场规模占比为8%，位居第二，是集成电路领域使用量较大的成膜气体。前后两者的市场规模占比合计为28%，是市场需求规模最大、发展前景较好的气体品类代表。
全球市场规模排名前十的电子特种气体
资料来源：LinxConsulting，派瑞特气招股说明书，民生证券研究院
根据中国产业信息网的资料显示，美国空气化工企业、美国普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气集团、日本大阳日酸等海外企业合计占据国内电子特气约 88%的市场份额，市场高度集中（国内气体公司份额仅有12%）。目前，国内企业在技术、研发、品种等综合实力方面与上述外资巨头有较大差距，但随着国家经济的发展，国内区域性的气体公司已成长壮大，目前上市企业有华特气体、金宏气体、杭氧股份、昊华科技、和远气体、南大光电、雅克科技、巨化股份，这些公司发展方向各有侧重和特点，已经处于快速发展的赛道，引领国内企业共同与外资公司展开竞争。与国内企业相比，国外企业多为全球工业气体龙头，具有长期的技术积淀和客户积累，实力强劲，电子特气仅为其业务的一部分。目前国内尚缺体量与上述龙头相匹敌的电子特气公司，但通过分析国内发展环境的变化，特种气体产品特征，以及国外龙头企业特质等方面，那么国内电子特气企业逐步实现进口替代是大势所趋。
中国电子特气市场格局
来源：中国产业信息网、长江证券研究所
横向对比下，电子特气进口替代进度更快，国内企业正逐步突破。半导体材料各品类均有较高的技术及客户壁垒，通过对比各半导体材料国内头部公司的工艺水平，不难发现，华特气体电子特气已能达到 14nm和7nm制程节点，进口替代进程相对更快。
另外，由于特种气体种类多样，各类气体之间制备难度参差不齐，国内企业可以借助六氟化硫、四氟化碳等制备难度相对较小的刻蚀气、清洗气产品打入晶圆厂供应链，后续逐步配套掺杂气、CVD前驱体等高端产品，或直接收购海外高端产品公司，丰富产品线的同时增加客户储备。虽然我国电子气体已经摆脱了完全依赖于进口的局面，但是面对国外龙头公司垄断较高壁垒的市场，国内电子特气企业依然面临着较大的竞争压力。
相关上市公司
华特气体
华特气体前身为南海市华特气体有限公司，公司成立之初，主要从事普通工业气体的充装、零售，2005 年正式确立特种气体为主要研发及发展方向。目前公司业务主要分为特种气体、普通工业气体、气体设备与工程三大部分。
公司的特种气体主要面向集成电路、显示面板、光伏新能源、光纤光缆等新兴产业，公司在上述领域实现了包括高纯四氟化碳、高纯六氟乙烷、光刻气、高纯二氧化碳、高纯一氧化碳、高纯氨、高纯一氧化氮、高纯三氟甲烷、高纯八氟丙烷等众多产品的进口替代。公司将会持续专注于特种气体的研发，尤其是以半导体材料为核心的产品研发，不断提高国内半导体材料行业的市场地位。可以说，华特气体属于国内特种气体的龙头企业，而且其种类也是国内特种气体较为齐全的一家企业，特种气体由于认定周期较长，技术要求较高，所以其技术壁垒短时间内仍旧可以保持。根据半年报可知，特种气体占华特气体收入的54.68%，属于其主要业务收入的来源。华特电气的下游客户有中芯国际、长江存储、华润微电子、士兰微、英诺赛科等。
雅克科技
公司积极转型电子材料业务，电子特气为方向之一。雅克科技的传统业务为阻燃剂业务，2016-2018年，公司先后并购华飞电子、江苏先科和成都科美特进军电子材料业务，当前电子材料业务主要分为IC前驱体、电子特气和封装用球形硅微粉三大部分。公司下游客户包括SK海力士、三星电子、台积电、中芯国际、长江存储等世界知名半导体厂商。
2018 年公司完成了对成都科美特的股权收购，进入半导体刻蚀气体领域。成都科美特公司是国内领先的六氟化硫和四氟化碳生产商，在行业内具有较强的竞争优势。公司通过控制成都科美特进入半导体刻蚀气体领域，丰富了公司的产品链。目前，科美特现已具备年产六氟化硫 8500 吨和年产 1200 吨电子级四氟化碳的生产能力，年产 3500 吨半导体用电子级三氟化氮项目正在建设中。此外，公司计划通过新项目技术更新和项目建设，将六氟化硫的设计年产能增加至 13000 吨，四氟化碳的计划年产能增加至 2700 吨。2021年半年报中显示，其电子特种气体收入为1.92亿元，占总收入的10.63%。
昊华科技
国内高端氟材料及电子特气领军者。公司前身为天科股份，主营变压吸附气体分离技术及成套装置、催化剂产品、碳一化学及工程设计。2018 年底中国昊华将旗下黎明院和光明院等 11 家化工研究院注入上市公司体内，并更名为昊华科技。2020年公司电子特气业务实现营业收入 4.1 亿元，占比8.18%。
公司旗下黎明院、光明院主营电子特气。黎明院和光明院均为优质化工科技型企业，科研力量雄厚。在含氟电子特气领域，公司下属黎明院主要产品六氟化硫、三氟化氮国内领先，在建六氟化钨产能。黎明院是国内最早从事六氟化硫研发的企业，亦为国内仅有的高纯度六氟化硫研制企业。公司下属光明院的特种气体产品在国防化工新材料、半导体集成电路、气体分析等领域具有行业领先优势。光明院在建高纯电子气体项目，将开发 8 英寸以上集成电路制造用乙硼烷、三氟化硼、电子混合气等电子气体产品。
含氟特气项目即将带来增量。公司公告旗下全资子公司黎明院拟投资 9.1 亿元建设 4600吨含氟特气项目，包括 3000 吨三氟化氮、1000 吨四氟化碳和 600 吨六氟化钨，建设期预计为项目批复后 18 个月。根据项目可行性报告，预计项目总投资收益率为 14.5%；财务内部收益率 17.1%，项目投资回收期为 6.7 年（含建设期 1.5 年）。三氟化氮可用作液晶显示器的清洗剂及半导体的清洗和蚀刻，六氟化碳的主要作用于面板及半导体领域的清洗剂和蚀刻剂量，六氟化钨主要用于金属钨化学气相沉积 CVD 的原材料。随着新增项目的建成与投产，含氟特气将成为公司带来业绩新增量。
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参考资料：
民生证券：电子行业半导体电子特气深度报告：电子制造之“血液”，国产替代浪潮将至
方正证券：华特气体-688268-国内特种气体领军者
西部证券：特种气体行业专题报告（一）：国产化需求提升，电子特气行业迎来发展机遇
