含氟半導(dǎo)體化學(xué)品行業(yè)分析

含氟半導(dǎo)體化學(xué)品行業(yè)分析含氟特種氣體行業(yè)格局梳理電子氣體：工業(yè)氣體“塔尖”產(chǎn)品，半導(dǎo)體材料的“糧食”電子氣體被稱為半導(dǎo)體材料的“糧食”，包括電子特種氣體和電子大宗氣體。電子特種氣體(簡稱電子特氣)，是指用于半導(dǎo)體、顯示面板及其它電子產(chǎn)品生產(chǎn)的特種氣體。在整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)過程中，從芯片生長到最后器件的封裝，幾乎每一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開電子特氣，所用氣體的品種多、質(zhì)量要求高。電子大宗氣體主要指滿足半導(dǎo)體領(lǐng)域要求的高純度和超高純度大宗氣體，包括氮?dú)?、氧氣、氬氣和壓縮空氣等，在半導(dǎo)體制程中用量大且覆蓋85%以上環(huán)節(jié)的應(yīng)用，主要用作環(huán)境氣、保護(hù)氣等。電子氣體在集成電路生產(chǎn)中主要用于蝕刻和摻雜，是集成電路制造的血液。集成電路中用于刻蝕和摻雜的電子氣體比例最高，分別占比36%和34%，一方面電子氣體是當(dāng)前刻蝕環(huán)節(jié)中的主要刻蝕劑；另一方面電子氣體作為主要摻雜劑，在摻雜環(huán)節(jié)中為其提供摻雜元素。電子氣體：市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，電子特氣市場發(fā)展迅猛根據(jù)TECHCET數(shù)據(jù)，全球電子氣體市場規(guī)模由2017年的51.77億美元增長至2020年的58.44億美元，預(yù)計(jì)2025年全球電子氣體市場規(guī)模將超過80億美元；全球電子特種氣體市場規(guī)模由2017年的36.91億美元增長至2020年的41.85億美元，預(yù)計(jì)2025年全球電子特種氣體市場規(guī)模將超過60億美元。隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈向國內(nèi)轉(zhuǎn)移，我國電子氣體尤其電子特種氣體市場規(guī)?？焖僭黾印８鶕?jù)中國半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，我國電子特種氣體市場規(guī)模由2017年的109.30億元增長至2020年的173.60億元，預(yù)計(jì)2025年將增長至316.60億元，2020年至2025年的年均復(fù)合增長率將達(dá)12.77%。全球電子特種氣體主要應(yīng)用于集成電路行業(yè)全球電子特種氣體應(yīng)用于集成電路行業(yè)，我國下游需求結(jié)構(gòu)存在改善空間。據(jù)研究數(shù)據(jù)，從全球來看，電子特種氣體應(yīng)用于集成電路行業(yè)的需求占市場總需求的71%，應(yīng)用于顯示面板行業(yè)的需求占市場總需求的18%；從我國來看，電子特種氣體應(yīng)用于集成電路行業(yè)的需求占市場總需求的42%，應(yīng)用于顯示面板行業(yè)的需求占市場總需求的37%。我國集成電路行業(yè)電子特種氣體的需求相對較低，主要原因?yàn)槲覈募呻娐樊a(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模與世界先進(jìn)國家和地區(qū)還存在一定差距，而顯示面板產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年持續(xù)發(fā)展，我國已成為全球最大的產(chǎn)業(yè)基地。電子特氣產(chǎn)業(yè)存在技術(shù)壁壘、認(rèn)證壁壘、市場壁壘等諸多行業(yè)壁壘技術(shù)壁壘：集成電路工藝流程環(huán)節(jié)較多，不同環(huán)節(jié)需要搭配使用特定的電子特種氣體，各類電子特種氣體總體數(shù)量超過100種，其中大部分品種被國外壟斷，即使部分氣體用量較少，但也是集成電路生產(chǎn)中不可缺少的關(guān)鍵性材料。國內(nèi)電子特種氣體企業(yè)整體發(fā)展時(shí)間較短，在產(chǎn)品種類、工藝水平、綜合服務(wù)能力等方面依然與國際巨頭有差距，而且這種差距很難在短期打破，需要一定時(shí)間的迭代試錯(cuò)。目前國內(nèi)的電子氣體相關(guān)技術(shù)更多還在解決“能用”的問題，部分涉及到“好用”層面的關(guān)鍵技術(shù)，依然存在“卡脖子”的現(xiàn)象。其中包括大宗氣體提純凈化的生產(chǎn)技術(shù)、特種氣體保供的生產(chǎn)技術(shù)等，這些則需要技術(shù)積累與沉淀才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈“補(bǔ)短板”的最終目標(biāo)。電子氣體對純度要求極高，考驗(yàn)廠商的生產(chǎn)及提純技術(shù)水平電子氣體純度往往要達(dá)到5N以上級別，甚至需要達(dá)到6N、7N以上。不同的產(chǎn)品對電子氣體的要求不同。用于制造集成電路的電子氣體規(guī)格最高。通常，光伏能源、光纖光纜領(lǐng)域?qū)徍苏J(rèn)證周期為0.5-1年，顯示面板為1-2年，集成電路領(lǐng)域則需2-3年。電子氣體對純度的要求比其它行業(yè)要高得多，任何微小的氣體純凈度差異，如氧氣、水分、金屬、顆粒等雜質(zhì)，都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品性能降低甚至報(bào)廢。以當(dāng)前電子氣體市場來看，集成電路市場中超大規(guī)模和大規(guī)模集成電路領(lǐng)域?qū)怏w純度和雜質(zhì)含量要求極高，雜質(zhì)含量至少小于1x10-6，氣體純度至少達(dá)到6N級別；太陽能制造商則需要能夠同時(shí)提高產(chǎn)量、提高電池效率、降低制造成本的電子氣體供應(yīng)方法；平板顯示屏制造商需要大規(guī)模的超純氣體供應(yīng)。含氟濕電子化學(xué)品行業(yè)格局梳理濕電子化學(xué)品伴隨集成電路的整個(gè)制作過程濕電子化學(xué)品是電子行業(yè)濕法制程的關(guān)鍵材料，是集成電路、顯示面板、光伏、微電子、光電子濕法工藝制程(主要包括濕法蝕刻、清洗、顯影、剝離等)中使用的各種電子化學(xué)品。濕電子化學(xué)品工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量直接對集成電路制造的成品率、電性能及可靠性構(gòu)成重要影響，進(jìn)而影響到終端產(chǎn)品的性能。以下游集成電路應(yīng)用為例，濕電子化學(xué)品伴隨集成電路的整個(gè)制作過程，涉及到多個(gè)制造工藝環(huán)節(jié)。集成電路工藝用電子濕化學(xué)品的純度要求較高。1975年，SEMI（國際半導(dǎo)體設(shè)備和材料協(xié)會(huì)）制定了國際統(tǒng)一的SEMI標(biāo)準(zhǔn)，可用于規(guī)范電子濕化學(xué)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其中，集成電路工藝用電子濕化學(xué)品的純度要求較高，基本集中在G3及以上水平，晶圓尺寸越大對純度要求越高，12英寸晶圓制造一般要求G4水平。目前國內(nèi)只有少數(shù)幾家企業(yè)的產(chǎn)品品控能夠達(dá)到G4級及以上，高端半導(dǎo)體領(lǐng)域，主要由德、日廠商占據(jù)；中端平板顯示及半導(dǎo)體市場，國內(nèi)廠商目前主要競爭對手為韓國；光伏領(lǐng)域目前以國內(nèi)品牌居多，技術(shù)門檻較低，競爭激烈。我國電子級氫氟酸進(jìn)出口格局：進(jìn)口高端產(chǎn)品，出口低端產(chǎn)品電子級氫氟酸是微電子行業(yè)的關(guān)鍵性濕電子化學(xué)品之一，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、新型顯示、光伏太陽能電池等領(lǐng)域。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，主要用于晶圓表面清洗、芯片加工過程中的清洗和蝕刻等工序；在新型顯示領(lǐng)域，主要用于玻璃基板清洗、氮化硅、二氧化硅蝕刻等；在光伏太陽能電池領(lǐng)域，主要用于硅片表面清洗、蝕刻去邊、清洗制絨等環(huán)節(jié)。電子級氫氟酸提純技術(shù)壁壘較高當(dāng)前先進(jìn)電子工業(yè)所需氫氟酸中雜質(zhì)含量要求在10ppt(10-12)以內(nèi)。工業(yè)級氫氟酸中主要含有砷、硼、磷等非金屬元素和鈣、鈦、鐵等金屬元素，其中砷的含量較高，在5ppm(10-6)以內(nèi)，其余雜質(zhì)含量均在1ppm以內(nèi)。因而，從工業(yè)級氫氟酸到電子級氫氟酸，需要將雜質(zhì)含量減少十萬倍以上，這對廠商的生產(chǎn)技術(shù)和提純工藝提出較大挑戰(zhàn)。緩沖氧化物刻蝕液BOE：電子級氫氟酸與氟化銨復(fù)配而成緩沖氧化物刻蝕液（BufferOxideEtch,BOE）是電子級氫氟酸、電子級氟化銨與超純水的混合，根據(jù)工藝需要還可以添加表面活性劑，主要用于集成電路中氧化膜的刻蝕。該產(chǎn)品中基礎(chǔ)的刻蝕劑是電子級氫氟酸，另添加電子級氟化銨可以使產(chǎn)品與光刻膠更兼容、刻蝕速率更穩(wěn)定。此外，添加表面活性劑可以減少產(chǎn)品表面張力，增強(qiáng)產(chǎn)品潤濕性，保證刻蝕均勻性。在集成電路制造領(lǐng)域，8英寸及12英寸工藝一般需要G4級緩沖氧化物刻蝕液。BOE原料之一電子級氟化銨可由氟硅酸與液氨反應(yīng)再經(jīng)提純制得，技術(shù)門檻與電子級氫氟酸相似，國內(nèi)許多電子級氫氟酸項(xiàng)目都配套建有電子級氟化銨生產(chǎn)裝置。氟化液市場前景梳理清洗貫穿半導(dǎo)體制造各環(huán)節(jié)清洗工序是影響芯片成品率、品質(zhì)及可靠性最重要的因素之一。為了保障芯片的良率及性能，在單晶硅片制造、晶圓制造過程和封裝過程中需將各種污染物控制在工藝要求的范圍之內(nèi)。在半導(dǎo)體硅片的制造過程中，需要清洗拋光后的硅片，保證其表面平整度和性能，從而提高在后續(xù)工藝中的良品率；而在晶圓制造工藝中要在光刻、刻蝕、沉積等關(guān)鍵工序前后進(jìn)行清洗，去除晶圓沾染的化學(xué)雜質(zhì)，減小缺陷率；而在封裝階段，需根據(jù)封裝工藝進(jìn)行TSV清洗、UBM/RDL清洗等。3M退出PFAS業(yè)務(wù)將為我國氟化液企業(yè)帶來帶來廣闊市場機(jī)會(huì)3M在全球半導(dǎo)體冷卻劑的占有率為90%，其中80%來自其比利時(shí)工廠。3M比利時(shí)工廠是3M五家直接生產(chǎn)PFAS化學(xué)品的工廠之一，另外一處在德國，三處在美國，但產(chǎn)能較小。比利時(shí)工廠生產(chǎn)的PFAS化學(xué)品可用作半導(dǎo)體清洗劑和冷卻劑，產(chǎn)能約1萬噸，根據(jù)北加州供應(yīng)鏈顧問Resilinc以及SiliconExpert最近的研究，3M占全球半導(dǎo)體級PFAS冷卻液產(chǎn)量的90%，僅比利時(shí)工廠就占80%。據(jù)3M官網(wǎng)，3M制造PFAS的年凈銷售額約為13億美元，估計(jì)EBITDA利潤率約為16%。數(shù)據(jù)中心高效冷卻技術(shù)的發(fā)展迫在眉睫數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，也帶來了能耗大幅增長的問題，亟需高效的冷卻技術(shù)。據(jù)《中國數(shù)據(jù)中心能耗現(xiàn)狀白皮書》，早在2015年，全國大數(shù)據(jù)中心的耗電量已達(dá)1000億kWh，相當(dāng)于三峽電站全年的發(fā)電量；2018年這個(gè)數(shù)值迅速爬升至1609億kWh，超過上海全年的社會(huì)用電量。根據(jù)2020年國家工信部公布的《全國數(shù)據(jù)中心應(yīng)用發(fā)展指引（2020）》，全國在用超大型數(shù)據(jù)中心平均PUE達(dá)1.46，大型數(shù)據(jù)中心平均PUE為1.55；而據(jù)2021年7月工信部公布的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》，到2023年底的目標(biāo)是新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降低到1.3以下，嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)力爭降低到1.25以下。根據(jù)現(xiàn)有機(jī)房能耗大致構(gòu)成可知，冷卻系統(tǒng)能耗可占數(shù)據(jù)中心整體能耗的40%，是PUE的重要影響因素，隨著政府和社會(huì)對能效水平要求的逐步提高，數(shù)據(jù)中心高效冷卻技術(shù)的發(fā)展迫在眉睫。浸沒式液冷的在當(dāng)前所有液冷技術(shù)中優(yōu)勢明顯根據(jù)液體冷媒和發(fā)熱源的接觸方式，液冷技術(shù)可分為冷板式（間接接觸）、噴淋式（直接接觸）、浸沒式（直接接觸）3種主要形式。1）浸沒式液冷技術(shù)原理是將IT設(shè)備直接浸沒在絕緣冷卻液中，冷卻液吸收IT設(shè)備產(chǎn)生的熱量后，通過循環(huán)將熱量傳遞給冷卻子系統(tǒng)中的冷卻介質(zhì)，然后通過循環(huán)將熱量釋放到室外環(huán)境中。2）冷板式液冷技術(shù)是在常規(guī)風(fēng)冷服務(wù)器基礎(chǔ)上，CPU和內(nèi)存?zhèn)染o貼一塊板式換熱器，芯片的熱量通過熱傳導(dǎo)傳導(dǎo)至板內(nèi)流體，冷卻的板片與服務(wù)器的CPU/GPU通過直接接觸將服務(wù)器的主要熱量帶走，其余部件熱量可通過常規(guī)風(fēng)冷帶走。3）噴淋式液冷主要特征為冷卻液直接噴淋到發(fā)熱器件表面上吸熱后并排走，排走的熱流體通過直接與間接與外部環(huán)境大冷源進(jìn)行熱交換。液冷技術(shù)商用條件逐漸成熟，實(shí)踐案例不斷增多液冷技術(shù)的商業(yè)化實(shí)踐逐漸增多。當(dāng)前我國液冷技術(shù)正在快速發(fā)展并已經(jīng)擁有規(guī)模化的商用案例，這與我國數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴(kuò)大且單機(jī)柜功率密度不斷提升有關(guān)。阿里巴巴、百度、騰訊、華為、中科曙光等IT企業(yè)已有成熟的液冷技術(shù)應(yīng)用案例，阿里巴巴仁和云計(jì)算數(shù)據(jù)中心服務(wù)器采用全浸沒式液冷服務(wù)器，該數(shù)據(jù)中心也成為我國首座綠色等級達(dá)到5A級的液冷數(shù)據(jù)中心。氟化液優(yōu)勢顯著，是理想的數(shù)據(jù)中心用冷卻液目前常見的冷卻液類型有水、芳香族物質(zhì)、脂肪族化合物、有機(jī)硅類物質(zhì)、碳氟類化合物等。其中：氟化液是一種無色無味絕緣且不燃的化學(xué)溶劑，最開始是用作線路板的清洗液；加上其不燃和絕緣的惰性特點(diǎn)，目前下游應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)涉及半導(dǎo)體冷卻板的冷卻、數(shù)據(jù)中心的浸入式冷卻、航空電子設(shè)備的噴霧冷卻等。單相VS雙相浸沒式冷卻：各有優(yōu)劣，需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景選擇單相與雙相浸沒式冷卻的比較：單相浸沒式液冷技術(shù)較為成熟。在單相浸沒式液冷和雙相浸沒式液冷直接進(jìn)行選擇時(shí)，需考慮幾項(xiàng)關(guān)鍵因素：1）單相浸沒式液冷系統(tǒng)的浸沒缸設(shè)計(jì)更為簡單，流體容納更易實(shí)現(xiàn)。與雙相浸沒式液冷相比，單相浸沒式液冷在材料兼容性和流體中污染物上的顧慮也更少。2）與單相浸沒式液冷相比，雙相浸沒式液冷系統(tǒng)可以通過液相到氣相的變化實(shí)現(xiàn)更高的傳熱效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更大的功率密度。氟化液：適合用于半導(dǎo)體、數(shù)據(jù)中心液冷系統(tǒng)的冷卻液氟化液一般指碳氟化合物，是將碳?xì)浠衔镏兴囊徊糠只蛉繗鋼Q為氟而得到的一類有機(jī)化合物，普遍具有良好的綜合傳熱性能，可以實(shí)現(xiàn)無閃點(diǎn)不可燃。同時(shí)由于C-F鍵能較大，碳氟化合物惰性較強(qiáng)，不易與其它物質(zhì)反應(yīng)，是良好的兼容材料。根據(jù)碳氟化合物的組成成分和結(jié)構(gòu)不同，可再分為氯氟烴(CFC)、氫代氯氟烴(HCFC)、氫氟烴(HFC)、全氟碳化合物(PFC)、氫氟醚(HFE)等種類。CFC和HCFC是20世