电子化学品行业系列报告之四：电子气体行业：产业转移与政策红利共振，电子气体行业迎来发展良机.pdf

- 1 - 敬请参阅最后一页特别声明 市场数据 (人民币） 市场优化平均市盈率 18.66 国金基础化工指数 3908.59 沪深 300 指数 4118.42 上证指数 3329.57 深证成指 10895.56 中小板综指 10859.34 相关报告 1.国际油价上涨， PA66 价格创七年 历 史 新 高 -基 础 化 工 行 业 研 究周 .， 2018.2.25 1.索尔维法国己二腈装置宣布不可抗力，PA66 供需紧张态势有望加 .， 2018.2.22 3.国际油价温和回升，关注节后化工反弹行情 -【国金大化工】， 2018.2.22 2.国际油价大幅回调， PA66 价格维持强势 -国金大化工 -研究周报， 2018.2.11 5.供需改善叠加突发因素 PA66 行业有望景气度反转 -PA66 行 .， 2018.2.5 蒲强 分析师 SAC 执业编号： S1130516090001 puqianggjzq 霍堃 陈铖 何雄 联系人 huokungjzq 联系人 chencheng2gjzq 联系人 hexionggjzq 电子化学品行业系列报告之 四 ： 电子气体 行业 产业转移与政策红利共振，电子气体行业迎来发展良机 行业观点 电子气体 行业将 在 平面显示和半导体产业链转移过程 迎来历史性机遇 国内利好政策密集出台 ， 伴随 下游产业的快速增长，电子气体的本土化是必然趋势 ；产业链转移 为 上游材料同步发展 提供契机 ， 国产电子气体企业迎来历史性发展良机。 下游行业发展迅速，电子气体行业市场空间大 随着半导体、平面显示产业链的转移，国内电子气体市场增速明显，远高于全球增速。根据中国工业气体工业协会统计， 2016 年国内电子特种气体需求达 60 亿元，其中集成电路用特种气体需求为 25 亿元，平面显示用特种气体需求为 22 亿元，太阳能电池用需求为 8 亿元。 国内 半导体集成电路用电子气体 市场将在 2022 年翻倍。 2014 年国家发布了国家集成电路产业发展推进纲要并设立了集成电路产业投资基金，根据规划，我国集成电路销售额年均增速将保持在 20%左右，预计2020 年将达到 8700 亿元。若半导体集成电路用电子气体保持同样稳定的增速 ，其 市场将在 2020 年翻番 。 国 内半导体用电子气体 的市场占比将会显著提升。 随着半导体产业的发展，全球半导体用电子气体市场也随之增长， 2016 年达到 36.8 亿美元。而随着半导体产业链向国内转移，国内电子气体市场增速明显，远高于全球增速。其中半导体产业用电子气体所占比例不断提升，从 2015 年 37.7%到2016 年的 47.6%。 TFT-LCD 快速发展将拉动对电子气体的需求 。 近年来，全球液晶面板产能持续从日本、韩国和台湾向中国大陆转移。随着 TFT-LCD 市场需求的急剧增长，中央和地方政府对平面显示产业的大力推动，各地纷纷投资兴建大型、高世代 TFT-LCD 面板项目，国内主要厂家 TFT-LCD 仍在快速扩产 ，对电子气体的需求也将大大增加。 2016 年，全球 TFT-LCD 面板用电子气体市场超过 66 亿元，国内市场达到 22 亿元。 太阳能 电池用电子气体市场空间将继续扩大 。目前 我国 正 加快能源结构优化调整，推有望带动电子气体的需求空间。 2016 年，全球太阳能用电子气体市场超过 16 亿元，国内太阳能用电子气体市场达到 8 亿元。 投资建议： 受下游半导体 、太阳能电池等产业扩张 和国内 利好 政策 支持双重推动，在电子气体国产化的大趋势下，我们认为国产电子气体行业有着巨大的发展空间 。重点推荐 电子气体行业 龙头公司 三孚股份、 雅克科技、 南大光电 和 巨化股份。 风险提示 平面显示和半导体行业发展不及预期，电子气体需求减少；受国外公司降价冲击，电子化学品材料国产化率慢；对应公司认证周期过长，相关公司长期无法进入产线；公司新产品研发能力低于行业平均水平。 3563388842124537486151855510170227170527170827171127国金行业 沪深 300 2018年 02月 26 日 能源与环境研究中心 基础化工 行业研究 增持 （ 维持评级 ） ) 行业研究 证券研究报告 行业研究 - 2 - 敬请参阅最后一页特别声明 内容目录 投资逻辑 .4 电子气体行业简介 .7 电子气体的分类及应用 .7 电子气体行业生产的技术壁垒 .8 电子气体产业链及市场容量 .9 上游行业来源广泛，市场供应充足 .9 半导体行业：电子气体最重要的下游应用 .9 平面显示用电子气体： TFT-LCD 的快速发展将扩大电子气体市场空间 .12 太阳能电池：发展前景良好，有望带动电子气体需求空间 .13 国内电子气体发展现状和未来发展空间 .13 政策与需求双重推动，国内电子气体行业发展空间大 .15 技术差距 与领军型企业的缺乏是当前国内电子气体行业面临的最大问题 .16 投资建议 .17 风险提示 .17 图表目录 图表 1：电子气体分类 .7 图表 2：国内电子气体需求分布 .7 图表 3：集成电路线宽与电子气 体纯度路线图 .8 图表 4： 8 吋芯片制造对氨气的部分质量要求及分析方法 .9 图表 5：部分电子气体制备方法 .9 图表 6：国内在建十二寸晶圆厂 .10 图表 7： 国内拟建十二寸晶圆厂 .10 图表 8：半导体制造产业材料市场规模占比 .10 图表 9： 全球半导体用电子气体市场（亿美元） . 11 图表 10： 国内半导体用电子气体市场规模（亿元） . 11 图表 11：全球半导体用硅晶圆出货面积稳定增长 . 11 图表 12： 半导体行业以集成电路产业为主 . 11 图表 13： 我国集成电路销售额快速增长 . 11 图表 14：近年来国内 TFT-LCD 面板产能全球占比显著提升 .12 图表 15：全球 LCD 面板需求面积 (万平方米 )及增速 .12 图表 16： 大尺寸液晶面板产能面积 (百万平方米 )及增速 .12 图表 17：国内主要厂家 TFT-LCD 仍在快速扩产 .12 图表 18：国内累计光伏装机容量（ GW） .13 图表 19： 全球半导体用电子气体市场份额 .14 图表 20：全球主要电子气体企业 .14 行业研究 - 3 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 21： 中国电子气体市场增幅明显 (亿元 ).15 图表 22： 国 内电子气体市场被外资企业占据 .15 图表 23： 国内电子气体主要上市公司 .15 行业研究 - 4 - 敬请参阅最后一页特别声明 本篇报告是我们新材料系列报告的第四篇。前两篇报告我们分别对平面显示材料、半导体材料行业的整体状况进行了回顾和展望，从第三篇起我们开始对子行业进行详细的剖析。继靶材行业之后，本篇开始我们将对电子气体子行业进行详细的剖析 。 电子气体 行业 是 电子工业重要的原材料之一 ，目前国内龙头公司的生产技术已经取得了重大突破，打破了国外气体公司的部分垄断。随着 半导体、平面显示和太阳能电池等下游 产业链向国内转移 和国内扶持政策的出台，电子气体的发展必将加速，其国产化是大势所趋 ；半导体、平面显示和太阳能电池 对 电子气体 需求量 持续加大 ， 未来市场空间广阔 。 投资逻辑 一、 政策与需求双重推动，国内电子气体行业发展 提速 。 国内政策扶持明显， 电子气体 发展迎来历史良机 。 电子气体行业属于国家产业政策重点支持发展的高新技术产业之一。 近些年国家利好政策频出，扶持力度大。 2009 年，国家科技部发布国家火炬计划优先发展技术领域，将“专用气体”等内容列入其中。 2016 年，科技部、财政部、国家税务局联合发布高新技术企业认定管理办法，将“超净高纯试剂及特种（电子）气体”等列为国家重点支持的高新技术领域。 电子气体的半导体、平面显示、太阳能电池等下游应用领域也属于国家重点鼓励发展的新兴产业，国家对下游产业的支持也将推动电子气体行业的发展。 电子气体的国产化是必然趋势 。 与国外厂家相比，国内电子气体企业在物流成本和产品价格上具有明显优势，且运输方便，供货及时。并且国内企业自身实力也在不断增强，经过多年发展，国内已有部分企业在部分产品的研发上取得了突破，掌握了自主知识产权，打破 了国外技术垄断，正逐步缩小与国外企业的差距。 经过多年发展，国产电子气体已开始占据一定的市场份额 。目前国内已有部分企业在部分产品方面攻克技术难关，如四川科美特生产的 CF4 进入台积电 12 寸台南 28nm 晶圆加工生产线，金宏气体开发出 7N 电子级超纯氨打破国外气体公司对超纯氨垄断等，主要上市公司有雅克科技、巨化股份、南大 光电等 。 二、 电子气体行业 发展迅速， 未来市场 空间大 行业研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 电子气体主要原材料来源广泛，市场供应充足，较容易从相关原材料供应厂家获得。 我国大型炼钢企业以及化肥企业基本配备了空气分离设备，空分气体供应量大且价格稳定。电子特种气体对原料气体的消耗量占石油化工和煤化工原料气产量的比例很小，稳定的石化和基础化工行业能向电子特种气体行业提供充足的原材料。随着“十三五”规划对环境保护以及工业废气排放目标的进一步明确，上游行业的供应将更为充足。 国内半导体用电子气体市场将在 2020 年翻番。 随着半导体集成电路技术的发展，对电子气体的纯度和质量也提出了越来越高的要求。 2014 年国家发布了国家集成电路产业发展推进纲要并设立了集成电路产业投资基金，根据规划，我国集成电路销售额年均增速将保持在 20%左右，预计 2020 年将达到 8700 亿元。若半导体集成电路用电子气体保持同样稳定的增速，国内半导体用电子气体市场将在 2020 年翻番。 TFT-LCD 快速发展将拉动对电子气体的需求。 2016 年，全球 TFT-LCD 面板用电子气体市场超过 66 亿元，国内市场达到 22 亿元。 近年来，全球液晶面板产能持续从日本、韩国和台湾向中国大陆转移。随着 TFT-LCD 市场需求的急剧增长，中央和地方政府对平面显示产业的大力推动，各地纷纷投资兴建大型、高世代 TFT-LCD 面板项目，国内主要厂家 TFT-LCD 仍在快速扩产，对电子气体的需求也将大大增加。 太阳能电 池发展有望 扩大 电子气体需求空间 。 2016 年，全球太阳能用电子气体市场超过 16 亿元，国内太阳能用电子气体市场达到 8 亿元。 太阳能电池主要包括晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池，电子气体在二者生产过程中均有重要的应用。近年来，我国太阳能光伏装机容量快速增长， 2016 年中国累计光伏装机容量 78.07GW，增速高达 80%，全球近一半的新增光伏装机容量由中国贡献。在能源革命的趋势下，全球太阳能电池行业仍然处于产业上升阶段。随着国家对环境保护、节能减排的重视，我国将加快能源结构优化调整，推动太阳能等清洁可再生能源市场继续 保持增长态势，也有望带动电子气体的需求空间。 三、 投资建议： 三孚股份 （ 603938） 公司是国内三氯氢硅行业绝对龙头企业，拥有 6.5 万吨产能（近几年连续实际产量超 8 万吨），占行业实际份额超过 30%。同时配套 10 万吨硫酸钾以及 5.6 万吨氢氧化钾，实现氯化氢内部全循环（不再依赖外购），生产成本行业最低。 公司拟投资 500 吨电子级二氯二氢硅和年产 1000吨三氯氢硅项目，进军特种气体领域。 行业研究 - 6 - 敬请参阅最后一页特别声明 雅克科技（ 002409） 公司是在国内阻燃剂行业保持领先，同时积极布局电子材料版块。公司拟收购成都科美特特种气体公司，具有 7000 吨六氟化硫和 1200 吨四氟化碳产能，科美特四氟化碳已成功进入 台积电 供应链。同时拟收购江苏先科剩余股份，间接控股韩国 UP Chemical。 南大光电（ 300346） 公司是国内 MO 源龙头企业，产品广泛应用于 LED 行业中。通过子公司全椒南大光电进军电子特种气体领域，其“高纯砷烷、磷烷等特种气体的研发与中试”项目是国家“ 02 专项”重点项目之一，该项目已建设完成，具有年产 35 吨高纯磷烷和 15 吨高纯砷烷的产能 ，产品依托母公司优势已在 LED 行业推广，在半导体行业方面也处于认证和市场拓展阶段。 巨化股份（ 600160） 公 司是中国氟化工龙头企业，产业链布局完整，通过子公司浙江博瑞电子科技有限公司进入电子气体领域。博瑞电子高纯电子气体项目一期 （年产 0.1 万吨高纯氯化氢、 500 吨高纯氯气、 0.1 万吨医药级氯化氢） 已经投产，目前处于产品认证、市场拓展阶段 。 行业研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 电子气体行业简介 广义的“电子气体”指电子工业生产中使用的气体，是重要 原材料之一 ，狭义的“电子气体”特制 半导体行业用的气体 。电子气体在电子产品 制程工艺中广泛应用于薄膜、蚀刻、掺杂等工艺，被称为半导体 、平面显示等 材料的“粮食” 和“源”。半导体 、平面显示和太阳能光伏等 器件的性能好坏与电子气体的质量息息相关。 电子气体 的分类 及 应用 电子气体种类繁多，在电子产品制作 工艺中应用广泛。 目前常用的电子气体纯气有 60 多种，混合气有 80 多种。电子气体可分为纯气、高纯气和半导体特殊材料气体三大类。特殊材料气体主要用于外延、掺杂和蚀刻等工艺；高纯气体主要用作稀释气和运载气。 图表 1：电子气体分类 类别 主要产品 大宗气体 氮气、氧气、氩气、氢气、氦气等 硅族气体 含硅基的硅烷类，如 SiH4、 SiHCl3、 Si2H6等 掺杂气体 含硼、磷、砷等三族及五族原子之气体，如 BCl3、PH3、 AsH3等 蚀刻气体 卤化物及卤碳化合物为主，如 Cl2， NF3、 HBr、 CF4等 反应气体 碳系及氮系氢、氧化物为主，如 CO2、 NH3、 N2O 等 金属气相沉积气体 含卤化金属及有机烷类金属，如 WF6、（ CH3） 3Al 等 清洗气体 大多为含氟化合物气体，如 NF3、 CF4 来源： CNKI， 国金证券研究所 电子气体主要应用于半导体、平面显示、太阳能电池等领域。 根据中国工业气体工业协会统计， 2016 年国内电子特种气体需求达 60 亿元，其中集成电路用特种气体需求为 25 亿元，平面显示用特种气体需求为 22 亿元，太阳能电池用需求为 8 亿元。 图表 2： 国内电子 气体需求分布 来源： 中国工业气体工业协会 ， 国金证券研究所 集成电路芯片的制造需要使用多种电子气体，包括硅烷等硅族气体、 PH3行业研究 - 8 - 敬请参阅最后一页特别声明 等掺杂气体 、 CF4 等蚀刻气体、 WF6 等金属气相沉积气体及其他反应气体和清洗气体等 。 在电子级硅的制备工艺中，涉及到的电子气体包括 SiHCl3、 SiCl4 等。在硅片表面通过化学气相沉积成膜（ CVD）工艺中，主要涉及 SiH4、 SiCl4、 WF6等。在晶圆制程中部分工艺涉及气体刻蚀工艺的应用，也称干法刻蚀，涉及到的电子气体包括 CF4、 NF3、 HBr 等，此类刻蚀气体用量相对较少，刻蚀过程中需与相关惰性气体 Ar、 N2 等共同作用实现刻蚀程度的均匀。掺杂工艺是将需要的杂质掺入特定的半导体区域中，以改变半导体电学性质，涉及到的电子气体包括 B2H6、 BF3 等三价气体和 PH3、 AsH3 等五价气体。 平面显示行业用电子气体主要品种有硅烷等硅族气体、 PH3 等掺杂气体和SF6 等蚀 刻气体。 在薄膜工序中， 通过化学气相沉积在玻璃基板上沉积 SiO2、SiNx 等薄膜，使用的特种气体有 SiH4、 PH3、 NH3、 NF3 等。在干法刻蚀工艺中 , 在等离子气态氛围中选择性腐蚀基材。通常采用 SF6、 HCl、 Cl2 等气体。 太阳能电池可分为晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。在晶体硅电池片生产中，扩散工艺用到 POCl3 和 O2，减反射层等离子体增强化学气相沉积（ PECVD）工艺用到 SiH4、 NH3，刻蚀工艺用到 CF4。薄膜太阳能电池则在沉积透明导电膜工序中用到二乙基锌（ DEZn）、 B2H6，在非晶 /微晶硅沉积工序中用到硅烷等。 电子气体 行业生产的技术壁垒 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，其主要技术门槛表现在以下几个方面。 深度提纯难度大，而纯度是电子气体质量最重要的指标。 在芯片加工过程中，微小的气体纯净度差异将导致整个产品性能的降低甚至报废。电子气体纯度往往要求 5N-6N 级别，还要将金属元素净化到 10-9 级至 10-12 级。气体纯度每提高一个层次对纯化技术就提出了更高的要求，技术难度也将显著上升。以硅烷为例，将其纯度由 4N提纯到 6N中间有漫 长的道路。对于混合气体而言，混合配比的精度也是下游生产厂商关心的指标。气体纯化技术主要有吸附法、精馏法、膜分离法等。 图表 3： 集成电路线宽与电子气体纯度路线图 来源： CNKI，国金证券研究所 年代 1999 2003 2006 2009 2012 2014线宽/ n m 180 130 100 70 50 30临界颗粒尺寸/ n m 90 65 50 35 25 15气体 杂质H2O/10-121000 100 100 100 100 100O2/10-121000 100 100 100 100 100CO2/10-121000 100 100 100 100 100CH4/10-121000 100 100 100 100 100大于临界尺寸颗粒（个/ L ）0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1金属总量/ 1 0-121000 1000 1000 200 200 200O2/10-9100 - 500 100 50 - 100 50 50 50H2O/10-9500 100 - 500 100 50 - 100 50 50大于临界尺寸颗粒（个/ L ）2 2 2 2 2 2金属总量/ 1 0-12500 500 500 100 100 100O2/10-91000 500 - 1000 500 100 - 500 100 100H2O/10-9500 - 1000 500 100 - 500 100 100 100大于临界尺寸颗粒（个/ L ）2 2 2 2 2 2含量大宗电子气体( N 2、O 2 、稀有气体、H 2 ）腐蚀性气体 ( H C I、H B r 等)非腐蚀性气体行业研究 - 9 - 敬请参阅最后一页特别声明 高纯气体输送及储运也是影响电子气体质量的关键因素。 超高纯气体的生产和应用要求使用高质量的气体包装储运容器、相应的气体输送管线、阀门和接口，要求相应器件耐高压、耐高真空，对于腐蚀性气体要求耐腐蚀，以避免二次污染的发生。随着气体纯度的提高、产品种类的增多，对包装容器的要求也越来越高，对于气瓶内壁处理技术以及气密性好无污染的阀门、减压器、过滤器等的研制提出了较高要求。 分析检测与质量控制同样是电子气体质量保证的关键一环。 超高纯电子气体需要对 ppm(10-6)至 ppb(10-9)级别的杂质进行分析，金属离子更是要求检测限达到 ppb(10-9)至 ppt(10-12)级别。主要检测手段有阻容法、热导池检测器（ TCD）、氢火焰离子化检测器（ FID）、氦离子化检测器（ HID）、电感耦合等离子质谱等。气体输送系统的质量控制主要由压力试验、氦泄漏检测、水分分析、氧分分析和颗粒度分析组成，有时还会涉及总碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等痕量杂质的分析。 图表 4： 8 吋芯片制造对氨气的部分质量要求及分析方法 检查项目 规格（ ppm） 分析方法 O2 0.5 HID N2 0.5 HID H2 0.5 HID CO 0.5 FID CO2 0.5 FID CH4 0.1 FID H2O 1 FT-IR Na 1(ppb) ICP Li 1(ppb) ICP 来源：光明化工研究设计院，国金证券研究所 电子气体产业链及市场容量 上游行业来源广泛，市场供应充足 电子气体的原料主要为空气分离气体、石油化工和煤化工生产过程中产生的低纯度原料气及废气和其它基础化工原料。主要原材料来源广泛，市场供应充足，较容易从相关原材料供应厂家获得。我国大型炼钢企业以及化肥企业基本配备了空气分离设备，空分气体供应量大且价格稳定。电子特种气体对原料气体的消耗量占石油化工和煤化工原料气产量的比例很小，稳定的石化和基础化工行业能向电子特种气体行业提供充足的原材料。随着“十三五”规划对环境保护以及工业废气排放目标的进一步明确，上游行业的供应将更为充足。而气体容器因能长期反复使用，在电子气体成本 中占比相对较低，其价格的波动对行业影响较小。 图表 5：部分电子气体制备方法 电子气体 制备方法 SiH4， SiH2Cl2， SiHCl3 非均化法： SiCl4与 H2和 Si 反应得到 SiHCl3，SiHCl3 歧化 NH3 工业氨精馏提纯 PH3 磷与氢氧化钾反应 N2O 硝酸铵分解或工业尾气回收 SF6 单质硫与氟化合 CO2 工业二氧化碳吸附及精馏提纯 来源： CNKI，国金证券研究所 半导体行业：电子气体最重要的下游应用 行业研究 - 10 - 敬请参阅最后一页特别声明 电子气体是晶圆制造过程中的重要材料，广泛应用于成膜、刻蚀、掺杂、气相沉积等工艺环节中，在半导体工业中应用的有 110 余种电子气体，常用的有 20-30 种。电子气体是仅次于硅片和硅基材料的第二大市场需求半导体材料，电子气体在 2016 年的国内半导体材料市场占比达 14%。 国内半导体市场发展迅速，近两年在建和未来规划建设的产能为电子气体提供广阔的空间。 国家成立 “大基金 ”，募集超过 1300 亿 元 。各地 政府也纷纷 设立 相应基金， 扩大 生 产 规模， 支持 厂商发展 。 根据国际半导体协会（ SEMI）的数据显示， 2016、 2017 年新建的晶圆厂至少就有 19 座，其中高达 10 座都将落脚中国。 图表 6：国内在建十二寸晶圆厂 图表 7： 国内拟建十二寸晶圆厂 序号 公司 工厂代 码 工艺 产能（ KW/M) 1 德科码 FAB 1 CMOS 20 2 华力微 FAB 2 CMOS 40 3 晋华集成 FAB 1 CMOS 60 4 晶合集成 FAB 1 CMOS 40 5 武汉新芯 FAB2 CMOS 200 6 中芯国际 FAB 16 CMOS 40 7 中芯国际 FAB B2B CMOS 35 8 中芯国际 FAB B3 CMOS 35 9 中芯国际 FAB SN1 CMOS 70 序号 公司 工厂代码 工艺 1 安积电 FAB1 CMOS 2 德科码 FAB3 CMOS 3 合肥长鑫 FAB1 CMOS 4 万国半导体 FAB2 BCDMOS 5 中芯国际 FAB N2 CMOS 6 中芯国际 FAB N3 CMOS 7 中芯国际 FAB SN2 CMOS 8 紫光 FAB NJ CMOS 9 紫光 FAB CD CMOS 10 紫光 FAB 11-2 SOI 来源： SEMI，国金证券研究所 来源： 电子信息产业网 I，国金证券研究所 随着半导体产业的发展，全球半导体用电子气体市场也随之增长 ， 2016 年达到 36.8 亿美元 。而随着半导体产业链向国内转移，国内电子气体市场增速明显，远高于全球增速。其中半导体产业用电子气体所占比例不断提升， 从 2015年 37.7%到 2016 年的 47.6%。 图表 8：半导体制造产业材料市场规模占比 来源： SEMI，国金证券研究所