技术前沿：电子特气

技术前沿：电子特气

集成电路主要分为逻辑、动态记忆体、闪存等类别，其中逻辑芯片分为通讯、功率、微控制器、图形显示、数据处理等类型，主要用于数据计算，动态记忆体和闪存主要应用于数据存储，上述芯片广泛应用于通讯、计算机、航空航天等行业。半导体行业对电子特种气体的化学结构、纯度和痕量杂质要求高。产品化学结构决定了集成电路刻蚀深宽比、选择性、反应效率、温度压力条件等工艺应用与特性，气体纯度与痕量杂质影响半导体制造工艺良率与稳定性，产品指标的一致性和稳定性控制对半导体制造工艺稳定性至关重要。

电子特种气体被誉为半导体行业的“粮食”和“血液”，是半导体制造不可或缺的关键原材料之一；三氟甲磺酸系列产品具有对环境友好、催化作用强等特点，广泛应用于锂电新能源、医药、化工等行业。

1、电子特种气体

电子特种气体是集成电路、显示面板等行业必需的支撑性材料，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。电子特种气体生产涉及合成、纯化、分析检测、充装等多项工艺技术，具有较高技术壁垒。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。电子特种气体在集成电路工艺中的应用如下图所示：

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，部分气体纯度需要达到6N及以上。

（1）主要气体

①三氟化氮

高纯三氟化氮主要应用于大规模集成电路和显示面板等制造过程中的清洗、刻蚀工艺，具有良好的选择性、蚀刻速率，纯度一般需要达到4N。

②六氟化钨

高纯六氟化钨主要应用于大规模集成电路化学气相沉积工艺，其沉积形成的钨导体膜可用作通孔和接触孔的互连线，具有低电阻、高熔点的特点，纯度一般需要达到5N。

（2）无机类气体

无机类气体主要包括氟化氢、氯化氢、四氟化硅、氘气等气体。其中，氯化氢和氟化氢纯度分别可达5N5和5N，主要应用于大规模集成电路清洗、刻蚀工艺；四氟化硅纯度可达5N，主要应用于大规模集成电路制造中有机硅化合物的合成、离子注入工艺掺杂剂及化学气相沉积工艺；氘气纯度可达5N，氘同位素丰度2N8以上，主要用作集成电路热处理，以及在光纤制造领域抗老化退火处理，提高抗氢老化能力。

（3）混合气

混合气主要应用于大规模集成电路和显示面板制造过程中的光刻、退火等多个工艺。派瑞气体基于自身掌握的纯化和混配技术，混合气产品组分纯度可达6N。

（4）碳氟类气体

碳氟类气体主要有六氟丁二烯、八氟环丁烷、八氟丙烷、六氟乙烷等气体。六氟丁二烯主要应用于大规模集成电路先进制程的刻蚀工艺，与传统刻蚀气体相比，六氟丁二烯刻蚀速率更快、选择性和深宽比更高、环境更友好，在先进制程中应用前景广阔。

2、三氟甲磺酸系列产品

三氟甲磺酸是目前已知最强有机酸，是万能的合成工具，三氟甲磺酸、三氟甲磺酸酐、三氟甲磺酸三甲基硅酯等产品具有对环境友好、催化作用强等特点，广泛应用于医药、化工等行业。如在化工领域可替代硫酸、高氯酸等传统的高污染强酸，医药领域可用作核苷、抗生素、类固醇、配糖类、维生素等医药中间体原料或催化剂。此外，还可应用于有机硅、石油化工、橡胶、香精香料、农药等行业。

双（三氟甲磺酰）亚胺锂和三氟甲磺酸锂是锂电电解液重要成分之一，用作电解液添加剂，可以提高电解液的电化学稳定性，改善高低温和循环性能。此外，双（三氟甲磺酰）亚胺锂和三氟甲磺酸锂具有优异的抗静电性能，还可应用于显示材料和橡胶产业领域。

工艺流程图

三氟化氮工艺流程包括：将氟化氢、氟化氢铵等原材料混合形成熔融状态的电解液，在电解槽中进行电解，主产品三氟化氮进入冷阱进行收集。通过精馏除去杂质，精馏后的产品由精品罐收集检测合格后进行充装。

2、六氟化钨工艺流程六氟化钨工艺流程包括：三氟化氮与钨粉在反应器裂解生成六氟化钨粗品，粗品气通过冷阱进行收集，经过吸附塔进行纯化，纯化后的产品由精品罐收集，经检测合格后进行充装。

3、三氟甲磺酸系列产品工艺流程

三氟甲磺酸系列产品具有产品品种多、生产规模小、产品附加值高等特点，其工艺流程包括：氟化、电解、水解、酸解生成三氟甲磺酸。三氟甲磺酸经氧化后可制备三氟甲磺酸酐；与三甲基氯硅烷反应可制备三氟甲磺酸三甲基硅酯；与碳酸锂反应可制备三氟甲磺酸锂。三氟甲磺酸中间产品三氟甲磺酰氟经合成、酸解、中和制备双（三氟甲磺酰）亚胺锂。

行业市场概况

（1）电子特种气体市场概况

①电子特种气体简介

电子气体包括大宗电子气体和电子特种气体，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，是集成电路制造的第二大制造材料，仅次于硅片，占晶圆制造成本的13%。电子特种气体主要应用于光刻、刻蚀、成膜、清洗、掺杂、沉积等工艺环节，主要分为三氟化氮等清洗气体、六氟化钨等金属气相沉积气体等。

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②电子特种气体下游应用领域

电子特种气体下游应用包括集成电路、显示面板、半导体照明和光伏等行业。

从全球来看，电子特种气体应用于集成电路行业的需求占市场总需求的71%，应用于显示面板行业的需求占市场总需求的18%；从我国来看，电子特种气体应用于集成电路行业的需求占市场总需求的42%，应用于显示面板行业的需求占市场总需求的37%。我国集成电路行业电子特种气体的需求相对较低，主要原因为我国的集成电路产业技术水平和产业规模与世界先进国家和地区还存在一定差距，而显示面板产业经过多年持续发展，我国已成为全球最大的产业基地。

③下游行业发展趋势

1）集成电路

近年来，受下游市场需求牵引，在国家和地方产业政策的引导支持下，在国家和地方专项投资基金等相关方的协同下，我国集成电路产业迎来了新的发展机遇。根据ICInsights数据，我国集成电路市场需求2020年为1,430亿美元，2025年预计达到2,230亿美元，复合增长率9.29%，我国集成电路市场需求持续攀升。中国集成电路制造2020年产值为227亿美元，自给率为15.87%，预计2025年产值将达到432亿美元，自给率将进一步提高到19.37%，复合增长率达到13.73%。中国集成电路产业规模持续扩大，将引领我国电子特种气体市场进入快速发展时期。

2）显示面板

显示面板行业早期主要集中在日本、韩国以及中国台湾，在国家产业政策支持、技术实现突破等多重利好因素的推动下，我国显示面板行业取得了长足进步，形成了以京东方、TCL科技、深天马、维信诺等重点企业领衔的产业集群，全球产能占比超过六成，是全球第一大显示面板产业集中地。近年来我国积极布局OLED、AMOLED、MiniLED、MicroLED等新兴技术领域，未来LCD仍是主流技术。根据Forst&Sullivan资料显示，2020年至2024年中国显示面板市场规模复合增长率为6.34%，将迎来持续发展期，市场规模扩大将带动整体产业链进入快速上升通道，进一步带动电子特种气体市场稳健发展。

（2）电子特种气体市场容量

①全球电子特种气体市场容量

根据TECHCET数据，全球电子特种气体的市场规模2017年约为36.91亿美元，2020年增加至41.85亿美元，2021年进一步增长至45.38亿美元，2017年至2021年复合增长率为5.30%，预计2025年市场容量将超过60亿美元，2021年-2025年复合增长率预计达到7.33%。2021年，全球电子气体的市场规模约为62.51亿美元，其中电子特种气体占72.60%，电子大宗气体占27.40%。

伴随集成电路及其他相关行业的需求增长，电子特种气体作为其生产过程中的重要原材料之一，市场规模也呈稳步增长趋势。参考全球电子特种气体市场预测规模及集成电路用电子特种气体需求占比的数据测算，全球集成电路电子特种气体规模2021年为32.22亿美元，预计2025年为42.76亿美元。

②中国电子特种气体市场容量

未来，下游需求增长带动半导体行业投资加速，以及“碳中和”及“碳达峰”对光伏行业发展的推动作用，电子气体需求将持续保持高速增长。预计2025中国电子气体市场规模将提升到316.60亿元，2021年到2025年复合增长率达到12.77%。我国电子气体市场规模的增长率明显高于全球电子气体增长率，未来有较大发展空间。

我国集成电路用电子气体的市场规模2020年为76亿元，2021年增长至为85亿元，预计2025年规模将达到134亿元，2021至2025年复合增长率为12.05%，步入了快速发展的轨道。根据ICMtia统计数据测算，中国集成电路用电子气体中，电子特种气体市场规模约占64%。

（3）电子特种气体市场竞争格局

全球电子气体主要生产企业林德等前十大企业，共占据全球电子气体90%以上市场份额。其中，林德、液化空气、大阳日酸和空气化工4大国际巨头市场份额超过70%。该等国际大型电子气体企业一般同时从事大宗电子气体业务和电子特种气体业务，从事大宗电子气体业务的企业需要在客户建厂同时，匹配建设气站和供气设施，借助其较强的技术服务能力和品牌影响力为客户提供整体解决方案，具有很强的市场竞争力，为后进入者设置了技术壁垒和专利壁垒。

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具体到电子特种气体领域，全球主要生产企业为SKMaterials、关东电化、昭和电工、派瑞特气等，该等企业在总体规模上均与4大国际巨头存在差距，但在细分领域具有较强的竞争力；国内电子特种气体企业主要有派瑞特气、南大光电、昊华科技等。

三氟化氮的市场规模、供需情况、竞争对手产能情况

三氟化氮作为清洗、刻蚀气体，在集成电路和显示面板等领域均有广泛的应用。根据TECHCET数据，2020年三氟化氮全球总需求约3.11万吨。受益于下游集成电路制造工厂产能扩张、集成电路制程技术节点微缩、3DNAND多层技术的发展，芯片的工艺尺寸越来越小，堆叠层数增加，集成电路制造中进行刻蚀、沉积和清洗的步骤增加，高纯三氟化氮的需求将快速增长，预计2025年全球需求增长至6.37万吨左右，需求量增长空间超过1倍、年复合增长率达到约15%。

根据TECHCET数据，2017-2020年，全球三氟化氮的需求较为平稳，总体供给大于需求，但是不同地区间市场情况存在差异，国内三氟化氮呈现供不应求状态。2021年开始全球三氟化氮需求将快速增长，与供给的差额逐渐缩小，主要系集成电路工艺技术进步、工厂扩产，以及汽车智能化等趋势带来新的芯片需求，进而带动电子特种气体的使用需求增长。预计至2025年，全球三氟化氮的需求量将超过供给，出现供应缺口。三氟化氮是国产化较为成功的电子特种气体品种之一，其在我国的发展体现了一个自研产品从无到有、快速增长、获得市场主导权的过程。

我国对三氟化氮的研究始于20世纪80年代，近年来随着国内集成电路、显示面板产业的快速发展，三氟化氮的需求急剧上升。根据智研咨询数据，2015年国内三氟化氮需求量达3,585.4吨，至2021年增长至1.43万吨，累计增幅约3倍，年均复合增长率高达26%。受产业政策的引导，集成电路等产业投资加速，生产规模迅速扩大，加之主要原料国产化率持续提升，供需两端多重因素的叠加，助力国内三氟化氮需求持续向好。在我国三氟化氮的需求量快速增长的背景下，国内供给无法满足市场需求。为匹配下游客户日益增长的用气需求，派瑞特气等国内企业的产能也快速扩张。

三氟化氮国产化较为成功，主要受技术、产品、产能、市场等方面因素的共同驱动，具体如下：（1）七一八所是国家级的化学化工专业研究所，具有深厚的人才技术储备；由于国防产品的研发需要，七一八所较早地开始从事三氟化氮的研究开发工作，并于2002年成功研发出纯度高达99.9%的三氟化氮气体，填补了国内空白，打破了国外技术垄断。（2）2013年，七一八所作为国家02专项高纯电子气体研发和产业化项目的牵头单位，将三氟化氮品质提升作为研发攻克的重点方向之一，成功提升了产品纯度，并且四氟化碳等杂质含量大幅降低，实现了气体质量的在线监控，产品质量达到国际领先水平。

派瑞特气目前拥有9,250吨三氟化氮产能，仅次于SKMaterials，排名全球第二，是国内最大的三氟化氮生产企业。此外，国外主要的三氟化氮生产企业还有韩国晓星、日本关东电化、德国默克；国内的主要三氟化氮生产企业还有南大光电、昊华科技子公司昊华气体。

2022-2023年，由于国内派瑞特气、昊华气体、南大光电的三氟化氮项目集中投产，出现三氟化氮总体产能短暂超过需求量。国内集成电路产业蓬勃发展，产业链的自主可控成为行业共识，下游集成电路厂商正处于密集扩产周期，以及芯片技术节点缩短、3DNAND等新工艺发展，为国内三氟化氮市场需求带来巨大增长空间。随着国内集成电路产线陆续投产，三氟化氮需求量快速增长，2025-2026年将出现较大的供应缺口。

六氟化钨的市场规模、供需情况、竞争对手产能情况

六氟化钨主要应用在集成电路制造领域，因其优良的电性能，广泛使用在化学气相沉积工艺中，通过沉积和堆叠制成大规模集成电路中的导电膜和金属配线材料。沉积气体、刻蚀和清洗气体是半导体制造中用量最大的两类气体，沉积和清洗也是联系最为紧密的工艺步骤，六氟化钨作为高性能的沉积材料，其供需变化趋势与三氟化氮相似。随着集成电路工艺的不断迭代，特别是3DNAND层数的不断增加，对六氟化钨产品的需求也与日俱增。根据TECHCET数据，2020年六氟化钨全球总需求约4,620吨，预计2025年全球需求增长至8,901吨左右，增长空间将近1倍，年均增速达到14%。

根据TECHCET数据，2021年全球六氟化钨需求为5,675吨，而全球供给达到6,497吨，总体供给大于需求；未来全球六氟化钨需求快速增长，与供给的差额逐渐缩小。预计至2025年，全球六氟化钨的需求量将超过供给。

2021年中国大陆的六氟化钨需求量约为1,100吨。由于六氟化钨在逻辑芯片、存储芯片制造中都有使用，特别DRAM、3DNAND用量较大，其中3DNAND层数从32层发展至64层和128层，六氟化钨用量呈几何级增长，同时存储芯片厂商的产能快速拉升，复合增长率超过30%。在使用量增加和下游产能扩张的双重因素驱动下，预计2025年国内六氟化钨的需求量将达到4,500吨，年均复合增速为42.22%。

全球市场中，六氟化钨产品的主要竞争对手为韩国SKMaterials、日本关东电化、韩国厚成化工、日本中央硝子、德国默克。六氟化钨在国内实现量产的企业较少，国内厂商现有产能和销售主要集中于派瑞气体。博瑞电子与中央硝子在国内的合资企业博瑞中硝于2021年建成200吨六氟化钨生产线，昊华科技子公司昊华气体目前已建成年产100吨六氟化钨生产线。

随着六氟化钨需求量快速增长，即使前述规划产能完全达产，2025年国内六氟化钨市场仍出现供应缺口。

三氟甲磺酸系列产品市场容量

随着国家《“十四五”医药工业发展规划》等政策的引导，下游医药行业迅猛发展，作为医药原料的三氟甲磺酸等产品的需求量迎来新的发展机遇。伴随着绿色低碳循环发展的经济体系的初步建立，国家政策鼓励和资金支持下，新能源汽车行业迎来新的发展契机。作为绿色新能源关键的原材料，锂电池添加剂市场容量会迎来更大的突破。双（三氟甲磺酰）亚胺锂、三氟甲磺酸锂未来发展前景广阔。

三氟甲磺酸系列产品市场竞争格局三氟甲磺酸系列产品的生产企业较少，国内主要集中于派瑞特气、江西国化实业有限公司，国外竞争企业主要为中央硝子。

双（三氟甲磺酰基）亚胺锂国内主要集中于派瑞特气、江苏国泰超威新材料，国外竞争企业主要为索尔维。

在新技术方面发展情况与未来发展趋势

在5G、人工智能、物联网等带动下，集成电路制造技术发展从摩尔定律到超越摩尔发展。逻辑芯片技术节点从传统0.35um开始延伸到3nm特征尺寸，预计到2025年实现1.5nm技术突破；三维闪存芯片制造技术从32层发展到128层，预计到2025年突破到384层；动态记忆体制造技术，从19nm开始向15nm迈进，预计到2025年实现11nm技术突破。

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先进技术节点突破性发展，要求包括电子特种气体在内的新材料技术发展作为支撑。高密度、低功耗的集成电路制造，对反应温度、纯度、杂质提出新的要求，对产品质量稳定性和一致性提出更高的要求。未来，电子特种气体需要针对性的加强提升合成技术、纯化技术、分析技术、充装技术和绿色环保技术。

2019年以来，集成电路在国民经济发展中的地位越来越受到重视，在国内外各种有利要素的驱动下，我国集成电路制造企业进入快速发展轨道。以中芯国际、上海华虹、长江存储、长鑫存储等为代表的国内集成电路制造企业，产能布局持续优化，制造产能持续提高。集成电路制造产能规模的提升，带动配套用材料产业的快速发展。

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先进集成电路制造技术需要强大的公司平台作支撑，需要持续不断的研发投入，并在知识产权、人才储备等领域长期布局，因此集成电路制造企业的产能越来越集中在头部企业，预计未来也将维持常态化发展。根据ICInsights数据，全球54%集成电路制造产能集中在前5大制造企业，70%的产能集中在前10大制造企业。产业生态发展的要求，越来越倾向于在产品、技术、质量、服务等综合化服务的材料供应商。国内电子特种气体起步晚、规模较小、产品品种少，受制于技术、人才、知识产权、资金实力等多方面因素影响，发展存在一定瓶颈。但经过十余年发展，在集成电路配套材料国产化率方面，进步明显。根据ICMtia数据，2021年我国集成电路用材料国内市场综合占有率达26%。虽然当前国产化率初见成效，但也给材料产业未来发展预留了空间，进一步提升我国电子材料全球影响力，仍然大有可为。

我国集成电路产业的快速发展，电子特种气体市场容量快速增长，国外大型气体公司以独资、合资、合作等方式设立公司，从生产、仓储、服务等领域在国内布局。同时，在国家政策支持以及我国下游市场拉动下，国内电子气体企业依托本地化地缘优势，加大研发，不断突破国外技术壁垒，本地化生产质量水平持续提高，逐步得到市场认可。随着先进技术节点的突破，工艺步骤的增加，市场对电子特种气体在产品多元化服务、品质可靠性保证、及时高效物流服务等方面都提出更高要求。同时需要电子特种气体企业从物流、仓储、技术支持、分析控制、综合性价比等方面提升综合服务能力。未来，我国电子气体企业需要整合行业内资源，持续研发投入，加大人才储备，从规模、品牌、技术、产品、成本等多维度整合，夯实提升多维度竞争优势，提升市场化综合服务能力，将多元化需求与一站式服务结合，突破国外垄断的电子特种气体市场，逐渐发展成具有国际竞争力的电子特种气体综合服务供应商。

全球范围内，美国、日本、韩国、中国台湾等国家和地区是集成电路产业的主要聚集地，也是重要的电子特种气体终端市场。一方面，境外电子特种气体产业发展较为成熟，国际巨头专利布局较为全面，相关国家和地区关于知识产权保护的法律体系较为完善，国内气体企业拓展海外业务需要完善海外专利布局以满足相关法律法规对知识产权的要求。另一方面，电子气体行业集中度较高，林德、液化空气、大阳日酸和空气化工4大国际巨头市场份额超过70%，市场格局相对固化，且部分国家和地区存在保护本土产业的倾向，成为国内气体企业拓展海外业务的挑战。

集成电路工艺流程环节较多，不同环节需要搭配使用特定的电子特种气体，各类电子特种气体总体数量超过100种，其中大部分品种被国外垄断，即使部分气体用量较少，但也是集成电路生产中不可缺少的关键性材料。国内电子特种气体企业整体发展时间较短，在产品种类、工艺水平、综合服务能力等方面依然与国际巨头有差距，而且这种差距很难在短期打破，需要一定时间的迭代试错。由于半导体产线上原材料微小的误差可能造成整条产线的损失，客户的试错成本很高，加大了国内企业进入新产品、新市场的难度。

摩尔定律展现了半导体行业技术快速迭代更新的特点，各大芯片制造厂商持续投入大量研发费用，开发新的工艺，以保证产品性能的领先性。制程升级对电子特种气体的纯度和性能都提出了更高的要求，新开发的生产工艺也会产生新的原材料需求。因此，电子特种气体企业始终面临着技术更新和产品替代的风险，需保持足够的研发强度，及时跟踪下游行业的技术动态，将自身产品的技术发展路线与半导体工艺路线紧密结合，并且需不断丰富产品种类，以抵御技术变更和产品替代风险。

2021年电子特种气体市场规模为44.23亿美元，其中全球市场规模排名前十的电子特种气体为：

 

审核编辑 ：李倩