电子化学品分析

湿电子化学品概述

湿电子化学品，又称超净高纯试剂或工艺化学品，是指主体成分纯度大于 99.99%，杂质离子和微粒数符合严格要求的化学试剂。主要以上游硫酸、盐酸、氢氟酸、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、丙酮、乙醇、异丙醇等为原料，经过预处理、过滤、提纯等工艺生产得到的高纯度产品。

湿电子化学品是微电子、光电子湿法工艺制程中使用的各种液体化工材料，是电子技术与化工材料相结合的创新产物，具有技术门槛高、资金投入大、产品更新换代快等特点。

湿电子化学品的分类

1.按用途分

湿电子化学品按用途主要分为通用化学品和功能性化学品两类。其中通用化学品以高纯溶剂为主，例如氧化氢、氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸等；功能性化学品指通过复配手段达到特殊功能、满足制造中特殊工艺需求的配方类或复配类化学品，主要包括显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等。

湿电子化学品主要品种一览

2.按应用领域分

湿电子化学品目前广泛应用在半导体、平板显示、太阳能电池等多个领域，其中液晶面板领域增速快。即按下游产品应用的工艺环节分，主要有平板显示制造工艺的应用、半导体制造工艺的应用及太阳能电池板制造工艺的应用。

其中平板显示制造领域对湿电子化学品的需求量最高，半导体制造工艺用湿电子化学品是技术要求最高，太阳能电池板制造用湿电子化学品盈利能力一般。

湿电子化学品按应用领域分类

湿电子化学品的应用

湿电子化学品主要应用在半导体、平板显示、太阳能光伏领域等微电子器件制造领域，广泛应用于超大规模集成电路、LED、TFT-LCD 面板制造过程、太阳能硅片的蚀刻与清洗。

超净高纯试剂的应用多种多样，例如在晶圆生产过程中对于晶圆的清洗，在芯片制造光刻工艺中的刻蚀、显影和洗脱过程，同时在芯片制造和 PCB 板制造中的电镀液（例如硫酸铜）的制备原料硫酸也属于超净高纯试剂范畴。晶圆清洗试剂是前端加工关键工艺。由于集成电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。因此在集成电路加工之前，必须对晶圆进行清洗，清除残留在晶圆上之微尘、金属离子及有机物之杂质。

CMP 研磨液的配置原料中涉及超净高纯试剂的应用，例如其中用作氧化剂的双氧水（H2O2）和碱性溶液 KOH。在硅表面处理过程中涉及到碱洗除去 Si 余料和酸洗活化 SiO2表面过程中分别涉及碱性试剂氨水 NH3•H2O 和酸性试剂 H2SO4 等。

晶圆污染物类型及清洗工艺

光刻配套试剂直接影响晶圆光刻图形化效果。在晶圆制造工艺的光刻过程中涉及超净高纯试剂的应用方向包括刻蚀、显影和洗脱三个阶段。

刻蚀过程由于针对所需刻蚀基底不同使用需用的试剂，例如在绝缘层的刻蚀中， SiO2 绝缘层选用NH4F 和 HF 的混合缓冲液进行刻蚀，利用 NH4F 实现控制 PH 在 3~5 之间； Si3N4绝缘层的刻蚀中选用 NH4F 和 HF 混业缓冲液或 H3PO4 进行刻蚀；在半导体层刻蚀中，单晶硅半导体层的刻蚀选用 HNO3 和 HF 的混合溶液共同作用破坏 Si原子之间的化合键实现刻蚀；在导体刻蚀中， 8 寸及以下 Al 制程中，对于 Al 及Al-Si 的刻蚀液常选用 H3PO4、 HNO3 和 HAc 的混合液晶型刻蚀，在 12 寸及以上的 Cu 制程中，由于对于 Cu 的氧

化腐蚀比较困难，因此利用腐蚀氧化层的方法从而避免对于 Cu 的腐蚀。

显影液和洗脱液的成分是针对不同的光阻材料设计而成的，此过程涉及的超净高纯试剂包括 H2O2、 Na2SO3，以及 KOH 和 NaOH等碱性溶液，针对不同的显影液和洗脱液，其配方成分均不相同。

电镀液配套试剂导电液纯度起到核心作用。由于半导体铝制程工艺中金属 Al 采用真空中蒸镀或溅镀的方法，因此不涉及超净高纯试剂的使用；在铜制程中，利用导电盐 CuSO4、活化剂、缓冲剂和添加剂的混合溶液条件下，通过电化学反应实现电镀铜的过程。此时涉及的超净高纯试剂包括作为溶液的 H2SO4。在制备 CuSO4溶液的过程中， H2SO4 也作为重要的导电液起到作用。

综上所述，在超净高纯试剂中 H2SO4、 HF、 HNO3、 HCl 和醋酸等酸性溶液，NH3•H2O 和 KOH 等碱性溶液， H2O2 等氧化溶液，IPA 等有机溶液均存在加大范围的应用。

湿电子化学品的制备工艺

2010 年国内统计数据显示，湿电子化学品消耗总量约为 18 万吨/年，硫酸约占27%~33%，双氧水约占 8%~22%，氨水约占 8%，盐酸约占 3%~8%，其他酸（包括硝酸、醋酸、氢氟酸和磷酸等）约占10%~20%，刻蚀剂约占 12%~20%，有机溶剂约占 10%~15%。

随着半导体行业的发展，湿电子化学品需求量逐年不断增加，预计至 2020 年国内应用于半导体行业、平板行业的湿电子化学品需求量将超过 80 万吨，各类试剂占比变化幅度略有变化，但是湿电子化学品主要以电子级硫酸、双氧水、氨水、盐酸为主，进行混配和相关添加。

1. 电子级硫酸的纯化分为精馏法和气体吸收法。

电子级超净高纯硫酸由工业级硫酸制备而来，接触法制备工业硫酸的过程包括：硫铁矿在沸腾炉中加热氧化产生的 SO2气体在接触室中与催化剂充分接触，氧化成 SO3,SO3 在吸收塔中与 98.3%浓硫酸接触，与其中的水分发生化学反应产生硫酸。由于工业硫酸一般为微黄色粘稠液体，含有大量不同价态金属离子和 SO2、SO32-、有机物等，因此在提纯过程中先加入氧化剂将低价态还原性的酸根离子进行氧化，此时还原性杂质被氧化产生硫酸和二氧化碳，金属杂质离子以硫酸盐的形态在馏过程中和蒸馏残液体一起留在釜底，从而除去。精馏速度稳定后收集成品在储罐内，用微孔膜过滤除去颗粒，在超净工作台内分装成品，经过多次循环，实现纯度控制。

气体吸收法是在工业硫酸制备的第二步，将产生的 SO3 直接纯化，后利用超纯水或超纯硫酸直接吸收。向发烟硫酸中添加适量过氧化氢溶液，使其中的 SO2氧化为 SO3，随后在发烟硫酸加入降膜蒸发器中，在 90℃~130℃条件下蒸发，蒸发出 SO3 气体经过除雾剂，除去其中的微量硫酸、亚硝酸基硫酸，通入高纯化惰性气体，混合后进