一、 电子化学品简介
电子化学品是用于制造电子产品的特种化学品。它们在半导体、平板显示器、印刷电路板等电子元器件的生产过程中起到关键作用。电子化学品包括光刻胶、蚀刻剂、清洗剂、镀膜材料等。这些化学品用于不同的生产工艺中，确保电子器件的性能和可靠性。在半导体制造中，电子化学品用于清洗、蚀刻和沉积薄膜。在显示器行业，这些化学品用于制造OLED和液晶显示器，以实现高分辨率和色彩表现。电子化学品的纯度和性能直接影响产品质量，因此制造商对其质量有极高的要求。技术进步、电子产品的不断更新换代以及对环保要求的提高，推动了电子化学品市场的发展。通过这些化学品的使用，电子行业能够不断创新和提高产品性能，推动整个行业的发展。
电子化学品与普通化学品相比有如下特征：
Ø 高纯度：确保在半导体和显示器制造过程中无杂质，以防止器件失效。
Ø 精确性：在工艺中发挥特定功能，如蚀刻、清洗和镀膜，需具备精确的化学反应特性。
Ø 稳定性：在各种生产条件下保持化学、物理性质的稳定，确保产品一致性。
Ø 专用性：根据不同电子器件的制造要求，配制特定用途的化学品。
Ø 环保性：随着环保法规的加强，绿色化学品的需求日益增加，减少对环境的影响。
二、 半导体制造用电子化学品分类及功能
（1）蚀刻剂：
半导体制造中的蚀刻剂在微细加工中发挥着关键作用，主要用于选择性去除材料，以形成所需的电路图案。蚀刻剂分为湿蚀刻和干蚀刻两大类。湿蚀刻剂通常是液态化学品，利用化学反应溶解目标材料。例如，氢氟酸（HF）常用于氧化硅的蚀刻，硝酸（HNO₃）和醋酸混合液则用于硅的蚀刻。氢氧化钾（KOH）是一种常见的碱性蚀刻剂，用于各向异性蚀刻硅，特别是在微机电系统（MEMS）中发挥重要作用。湿蚀刻具有选择性高、成本低的优点，但在微细图案加工中可能产生下切问题。干蚀刻包括等离子蚀刻和反应离子蚀刻（RIE）。等离子蚀刻使用含氟、氯或溴的气体，在等离子体中生成反应性离子和自由基，从而蚀刻材料。常用的气体有四氟化碳（CF₄）、六氟化硫（SF₆）和氯气（Cl₂）。干蚀刻能够提供更高的各向异性和更精细的图案控制。RIE结合了化学蚀刻和物理溅射，允许对蚀刻形状和深度进行精确控制，是半导体制造中最常用的干蚀刻方法之一。此外，还有化学机械蚀刻（CME），结合了化学蚀刻和机械研磨，主要用于去除薄膜和实现表面平坦化。蚀刻剂的选择必须根据材料特性、工艺需求和最终器件的性能要求来决定，任何误差都可能导致电路的短路或断路，因此在半导体制造中尤为重要。每种蚀刻剂的使用都需要严格控制条件，以确保在蚀刻过程中获得最佳的图案分辨率和侧壁垂直度，从而保证器件的高性能和可靠性。
（2）清洗剂：
半导体制造过程中，清洗剂是至关重要的，负责去除晶圆表面的杂质、颗粒和污染物，确保后续工艺的顺利进行。常用的清洗剂分为几类，包括酸性清洗剂、碱性清洗剂和有机溶剂等。酸性清洗剂如硫酸（H₂SO₄）与过氧化氢（H₂O₂）混合使用，可以有效去除有机污染物和金属离子。氢氟酸（HF）也常用于去除氧化物层。碱性清洗剂，如氨水（NH₄OH）与过氧化氢的混合溶液，用于去除颗粒和金属杂质，且对硅表面影响较小。此外，有机溶剂如异丙醇（IPA）和乙醇用于去除光刻胶残留。清洗过程通常包括多步骤清洗和漂洗，以确保无残留物。超纯水（DI水）是半导体清洗中必不可少的，用于冲洗清洗剂，防止化学残留。光刻工艺中使用的去胶剂（如NMP）用于去除光刻胶，并确保图案的完整性。各类清洗剂的选择和使用条件要根据污染物类型、材料性质及工艺要求进行优化，以避免对基材的损伤。清洗剂的纯度和成分控制直接影响器件的良率和性能，因此在使用过程中需要严格监控和管理。此外，环境因素和安全性也是选择清洗剂时的重要考量，许多半导体制造商正逐步采用更环保和低毒性的清洗方案。总体而言，清洗剂在半导体制造中的作用不仅仅是清洁，还在于确保整个制造工艺的精度和可靠性，是高性能半导体器件生产中不可或缺的一部分。
（3）光刻胶：
在半导体制造过程中，光刻胶是关键的电子化学品之一。它用于图案化半导体晶圆的表面，是实现微型化和精确图案的核心材料。光刻胶主要由成膜剂、感光剂、溶剂和添加剂组成。成膜剂通常是聚合物树脂，提供机械强度和黏附性。感光剂是光刻胶的核心成分，决定其对光的敏感度，常用的包括二芳基碘盐和硫化物等。溶剂则用于调节光刻胶的黏度和涂覆性能。添加剂则用于改善光刻胶的各项性能，如热稳定性、抗蚀性和分辨率等。
在实际应用中，光刻胶的性能对生产工艺的影响巨大。例如，其光敏性能会影响曝光步骤的效率，而热稳定性和抗蚀性则影响后续蚀刻和去胶步骤的成败。在深紫外（DUV）和极紫外（EUV）光刻技术中，对光刻胶的要求更为苛刻，需要具有更高的分辨率和更好的抗蚀性能。此外，光刻胶的选择还需考虑与其他化学品的相容性，如底层膜材料和去胶溶剂。
随着半导体工艺节点的不断缩小，光刻胶的研发也在不断推进。新型材料和工艺，如双光子光刻和电子束光刻，正在探索中，以期进一步提高分辨率和工艺灵活性。总体而言，光刻胶在半导体制造中扮演着不可或缺的角色，其性能的优化和创新直接影响到芯片制造的效率和质量。
（4）化学气相沉积（CVD）材料：
在半导体制造过程中，化学气相沉积（CVD）是一种重要的薄膜沉积技术，广泛用于制造各种半导体器件。在CVD工艺中，电子化学品主要包括气体前驱体、反应气体和载气。气体前驱体是用于提供沉积材料的化学物质，例如硅烷（SiH4）、四氯化硅（SiCl4）和氨（NH3）等，用于形成硅、氮化硅或氧化硅等薄膜。反应气体通常与前驱体共同反应以促使沉积过程，如氧气（O2）在沉积氧化物时使用。载气则用于运输前驱体和反应气体，常用的包括氢气（H2）和氩气（Ar）。
CVD材料的选择和配比对于薄膜的质量和特性至关重要。例如，通过调整前驱体的种类和流量，可以控制薄膜的厚度、成分和晶体结构。此外，CVD过程中还需要精确控制温度、压力和气体流量，以确保化学反应的均匀性和薄膜的均匀沉积。高温CVD和低温CVD分别适用于不同的材料体系和应用领域。
在现代半导体工艺中，CVD技术不仅用于沉积传统的二氧化硅和氮化硅薄膜，还用于沉积金属化合物、绝缘材料和其他功能性薄膜。近年来，随着工艺节点的不断缩小，对CVD材料的要求也在不断提高，要求更高的沉积速率、更好的薄膜均匀性和更低的缺陷密度。此外，新型CVD工艺，如原子层沉积（ALD）和等离子增强CVD（PECVD），也在不断发展，以满足不断提升的器件性能和制造复杂性的需求。总体而言，CVD中的电子化学品在半导体制造中具有核心地位，其性能直接影响到器件的性能和可靠性。
（5）物理气相沉积（PVD）材料：
在半导体制造中，物理气相沉积（PVD）是一种用于薄膜沉积的重要技术，广泛用于制造金属互连、电极和其他功能性薄膜。PVD工艺主要涉及靶材、反应气体和载气。靶材是用于产生沉积薄膜的固体材料，常见的包括铝、铜、钛和钽等，这些材料在溅射或蒸发过程中被转移到基板表面形成薄膜。反应气体，如氩气（Ar），用于在溅射过程中作为工作气体，通过等离子体轰击靶材释放原子或分子。氮气（N2）或氧气（O2）可以用作反应气体，与靶材材料反应形成氮化物或氧化物薄膜。载气主要用于控制工艺环境的压力和传输气体。
PVD工艺的核心在于物理过程，包括蒸发和溅射。蒸发PVD利用热能将材料从靶材转移到基板，而溅射PVD则通过离子轰击使靶材释放出材料。通过调整靶材的成分、反应气体的种类和流量，可以控制薄膜的组成、厚度和结构。此外，PVD工艺中还需精确控制参数，如功率密度、基板温度和沉积速率，以确保薄膜的质量和均匀性。
现代半导体工艺中，PVD技术不仅用于传统金属薄膜的沉积，还用于形成粘附层、阻挡层和硬掩膜等功能性薄膜。随着工艺节点的缩小和器件结构的复杂化，对PVD材料的要求也在不断提升，需要具备优良的电导率、热稳定性和抗腐蚀性。同时，新型PVD工艺如磁控溅射和离子束沉积也在发展，以提高薄膜的均匀性和精细图案的制造能力。总体而言，PVD中的电子化学品在半导体制造中具有重要地位，其性能对最终器件的性能和可靠性有直接影响。
（6）掺杂剂：
在半导体制造过程中，掺杂剂是用于改变半导体材料电学特性的重要电子化学品。通过引入掺杂剂，可以控制半导体的导电性，形成N型或P型区域。常用的掺杂剂包括硼（B）、磷（P）、砷（As）和锑（Sb）等。硼是用于生成P型半导体的典型掺杂剂，它能够接受电子，从而增加空穴浓度。磷、砷和锑则用于生成N型半导体，作为电子供体提高电子浓度。
掺杂过程可以通过多种方法实现，如离子注入和扩散工艺。在离子注入过程中，掺杂剂以离子形式加速并注入到半导体材料中，注入深度和浓度可以通过控制加速电压和注入剂量来精确调节。扩散工艺则利用高温下掺杂剂的扩散特性，使其渗入到半导体材料中。两种方法各有优缺点，离子注入精度高且可控性强，而扩散工艺适用于大面积掺杂且设备相对简单。
掺杂剂的选择和浓度对于半导体器件的性能至关重要。过高或过低的掺杂浓度都可能导致器件性能下降或失效，因此在制造过程中需要精确控制掺杂剂的用量和分布。此外，掺杂剂的纯度和杂质含量也需要严格控制，以避免影响半导体材料的电学特性和器件的可靠性。
在现代半导体制造中，随着工艺节点的缩小和器件的复杂化，掺杂工艺不断发展，先进的工艺如共掺杂、超浅结技术和三维掺杂正在研究和应用，以提高器件性能和制造精度。总体而言，掺杂剂在半导体制造中扮演着关键角色，其精确控制直接关系到器件的导电性和功能实现。
（7）抛光剂：
在半导体制造过程中，化学机械平坦化（CMP）是关键工艺之一，用于平整化薄膜表面以支持多层互连结构的制造。CMP抛光剂是该工艺的重要电子化学品，主要由磨料、化学添加剂和溶剂组成。磨料通常为二氧化硅（SiO2）或氧化铝（Al2O3）纳米颗粒，提供机械研磨作用。化学添加剂包括氧化剂、络合剂和表面活性剂等，它们调节化学反应速率并控制材料去除速率。氧化剂如过氧化氢（H2O2）用于氧化金属表面，而络合剂则帮助稳定氧化产物，防止再次沉积。表面活性剂能够改善抛光液的分散性和流动性。
在CMP工艺中，抛光剂的化学成分和配比对工艺性能和最终器件的质量有重大影响。例如，磨料颗粒的大小和浓度会影响材料的去除速率和表面光洁度。化学添加剂的种类和浓度则决定了化学腐蚀和机械研磨之间的平衡，影响最终的平整度和均匀性。此外，抛光剂中的pH值也是一个关键参数，直接影响氧化和腐蚀过程。
随着半导体工艺的进步，CMP抛光剂的研发也在不断推进，以满足更高的平坦化要求和更低的缺陷率。现代CMP工艺中，针对不同材料（如铜、钨、低介电常数材料等）需要专门设计不同的抛光剂配方，以确保最佳的去除速率和选择性。总体而言，CMP抛光剂在半导体制造中扮演着不可或缺的角色，其配方的优化直接关系到工艺的效率和产品的质量。
三、 2025年半导体制造用电子化学品市场展望
2025年，半导体制造中所涉及的电子化学品市场展望显示出持续增长的趋势，推动这一增长的因素包括技术进步、需求增加和新应用的不断涌现。随着半导体技术节点的进一步缩小，对高纯度、高性能化学品的需求日益增加。关键电子化学品如光刻胶、CVD和PVD前驱体、掺杂剂、CMP抛光剂等在半导体制造中扮演着至关重要的角色。
光刻胶市场预计将显著增长，得益于极紫外（EUV）光刻技术的普及，这一技术需要更高精度和分辨率的光刻胶，以满足更小特征尺寸的要求。新型光刻胶材料的开发也将推动市场需求的增加。此外，下一代光刻技术，如双光子光刻的探索，将进一步促进新型光刻材料的研究和市场扩展。
在化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）方面，随着工艺复杂性的增加，对更精细和高性能薄膜材料的需求也在增加。尤其是在存储器和逻辑芯片制造中，高k介电材料和金属电极的使用需要专门设计的前驱体化学品，这推动了CVD和PVD材料市场的扩展。同时，原子层沉积（ALD）技术的应用也在扩大，因其能够在更低温度下实现更精确的薄膜控制，这将进一步刺激相关化学品的需求。
掺杂剂市场的增长主要受益于先进半导体器件对精确掺杂的需求增加。离子注入技术的进步和超浅结工艺的发展需要高纯度的掺杂剂，这为化学品供应商提供了新的市场机会。此外，随着新型半导体材料的应用，如硅碳化物（SiC）和氮化镓（GaN），特定掺杂剂的需求也在增加，推动了市场的多样化。
CMP抛光剂市场预计也将保持增长。随着多层互连和三维芯片封装技术的普及，对平整化工艺的要求更加严格，这对CMP抛光剂的性能提出了更高要求。新型抛光剂的开发，特别是针对铜、钨和低介电常数材料的配方优化，将成为市场增长的驱动因素。此外，随着绿色环保意识的提高，低环境影响的CMP抛光剂将受到市场青睐，推动相关产品的研发和市场占有率的提升。
总体而言，2025年半导体制造中电子化学品市场展望显示出强劲的增长潜力。随着5G、人工智能、物联网和自动驾驶等新兴技术的推动，对高性能半导体器件的需求不断增加，这将进一步促进相关化学品的市场扩张。化学品供应商需要不断创新，开发更高性能、更环保的产品，以满足日益复杂的工艺需求和市场期待。
