濕電子化學品:以純度立足的半導體產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)品

——以下內(nèi)容摘自《半導體材料系列報告:國產(chǎn)化排頭兵,濕電子化學品未來可期》,已上傳【半導體產(chǎn)業(yè)研究】知識星球,成員可登錄星球搜索關鍵詞下載(文末查看如何成為星球成員)。

(一)濕電子化學品簡介

濕電子化學品,又稱超凈高純試劑或工藝化學品,是指主體成分純度大于 99.99%,雜質(zhì)離子和微粒數(shù)符合嚴格要求的化學試劑,是重要的晶圓制造材料之一,2020 年市場規(guī)模占比 4%。主要以上游硫酸、鹽酸、氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、丙酮、乙醇、異丙醇等為原料,經(jīng)過預處理、過濾、提純等工藝生產(chǎn)得到的高純度產(chǎn)品。下游應用主要為光伏太陽能電池、平板顯示和半導體三大領域,主要應用在集成電路制造的清晰、蝕刻、摻雜、顯影、晶圓表面處理、去膜、去光刻膠等工序中。

濕電子化學品產(chǎn)業(yè)鏈

濕電子化學品:以純度立足的半導體產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)品的圖1

按照用途主要可以將濕電子化學品分為通用化學品和功能性化學品兩類。其中通用化學品以高純?nèi)軇橹?,例如過氧化氫、硫酸、磷酸、鹽酸、硝酸等;功能性化學品指通過復配手段達到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的配方類或復配類化學品,主要包括顯影液、剝離液、清洗液、蝕刻液等。

常用濕電子化學品品類及用途

濕電子化學品:以純度立足的半導體產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)品的圖2

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常用的濕電子化學品以通用化學品為主,占比達到 88%,其中過氧化氫和硫酸等需求占比排名前三,占比分別達到 16.7%16%和 15.3%;功能性化學品中主要為顯影液和 MEA 等極性溶液,占比達到了 4.3%和 3.2%

各類濕電子化學品占總需求的比例

濕電子化學品:以純度立足的半導體產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)品的圖4

由于電子產(chǎn)品的制作過程中有極高的規(guī)格要求,細微的污染或是不純凈都會導致精細的半導體材料的成品率、電性能和可靠性受到嚴重的影響。隨著集成電路的不斷發(fā)展,超凈高純試劑必須與之同步發(fā)展,一代的微細加工技術需要一代的超凈高純試劑與之配套,不斷的更新?lián)Q代,才能適應集成電路生產(chǎn)化的需要。

摩爾定律下集成電路技術與超凈高純試劑的發(fā)展關聯(lián)性

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濕電子化學品處在一般工業(yè)原料和特殊應用化工材料之間,作為常規(guī)生產(chǎn)線之外的必需輔助材料,俗稱“工業(yè)味精”,應用在平板顯示、半導體以及光伏太陽能的加工過程中。在對于濕電子化學品進行制備時主要有三大方面需要嚴苛的技術或工藝。

(二)核心壁壘:超凈、高純和功能性復配技術

濕電子化學品的制備有相應的純化工藝以及混配工藝。純化工藝是使得化學產(chǎn)品達到有關產(chǎn)品標準的核心保證,而混配工藝則是為滿足客戶特定需求而在純化產(chǎn)品上繼續(xù)加工。純化工藝的核心是提純技術和對于質(zhì)量進行控制的分析檢測技術,混配工藝的核心在于混配的配方。

1)提純工藝:超高純試劑制備的關鍵在于控制并達到其所要求的雜質(zhì)含量和顆粒度。目前,國際上普遍使用的超凈高純試劑提純工藝有十余種,用于不同成分、不同要求的超凈高純試劑的生產(chǎn)。主要的方法有蒸餾和精密分餾、離子交換、分子篩分離、氣體吸收和超凈過濾。

純化工藝流程簡要示意圖

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2)分析檢測技術:超凈高純化學試劑質(zhì)量控制的關鍵技術,根據(jù)不同的檢測需要,可分為顆粒分析測試技術、金屬雜質(zhì)分析測試技術、非金屬分析測試技術。

IC 制作技術的不斷發(fā)展對超凈高純試劑中的顆粒要求越來越嚴,所需控制的粒徑也從 5μ到 1、0.5、0.2、0.1μm,顆粒的測試技術從早期的顯微鏡法、庫爾特法、光阻擋法發(fā)展到激光光散射法。

②對于金屬以及非金屬雜質(zhì)含量的要求也從原來的 10-6 級發(fā)展到超大規(guī)模集成電路的 10-9,再到極大規(guī)模集成電路的 10-12。隨著 IC 技術向亞微米及深亞微米方向的發(fā)展,ICP-MS 法已成為金屬雜質(zhì)分析測試的主要手段。

③非金屬雜質(zhì)的分析測試最常使用的是離子色譜法,根據(jù)被測的離子半徑和所帶電荷不同,在分離柱上得到分離,然后經(jīng)過抑制柱去除洗脫液的導電性,采用電導檢測器測定Cl-NO3?、SO42?PO43?等離子。

3)混配工藝:滿足下游客戶對濕電子化學品功能性要求的關鍵工藝技術?;炫涔?/span>藝的關鍵在于配方,配方的獲取需要企業(yè)有豐富的行業(yè)經(jīng)驗,通過不斷的調(diào)配、試驗、試制及測試才能完成。具體的制作主要是將公司純化成品經(jīng)過檢測后,再進行過濾、精密混配等重要工藝完成。

混配工藝流程簡要示意圖

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