一、 電子化學品簡介
電子化學品是用于制造電子產品的特種化學品。它們在半導體、平板顯示器、印刷電路板等電子元器件的生產過程中起到關鍵作用。電子化學品包括光刻膠、蝕刻劑、清洗劑、鍍膜材料等。這些化學品用于不同的生產工藝中，確保電子器件的性能和可靠性。在半導體制造中，電子化學品用于清洗、蝕刻和沉積薄膜。在顯示器行業，這些化學品用于制造OLED和液晶顯示器，以實現高分辨率和色彩表現。電子化學品的純度和性能直接影響產品質量，因此制造商對其質量有極高的要求。技術進步、電子產品的不斷更新換代以及對環保要求的提高，推動了電子化學品市場的發展。通過這些化學品的使用，電子行業能夠不斷創新和提高產品性能，推動整個行業的發展。
電子化學品與普通化學品相比有如下特征：
? 高純度：確保在半導體和顯示器制造過程中無雜質，以防止器件失效。
? 精確性：在工藝中發揮特定功能，如蝕刻、清洗和鍍膜，需具備精確的化學反應特性。
? 穩定性：在各種生產條件下保持化學、物理性質的穩定，確保產品一致性。
? 專用性：根據不同電子器件的制造要求，配制特定用途的化學品。
? 環保性：隨著環保法規的加強，綠色化學品的需求日益增加，減少對環境的影響。
二、 半導體制造用電子化學品分類及功能
（1）蝕刻劑：
半導體制造中的蝕刻劑在微細加工中發揮著關鍵作用，主要用于選擇性去除材料，以形成所需的電路圖案。蝕刻劑分為濕蝕刻和干蝕刻兩大類。濕蝕刻劑通常是液態化學品，利用化學反應溶解目標材料。例如，氫氟酸（HF）常用于氧化硅的蝕刻，硝酸（HNO?）和醋酸混合液則用于硅的蝕刻。氫氧化鉀（KOH）是一種常見的堿性蝕刻劑，用于各向異性蝕刻硅，特別是在微機電系統（MEMS）中發揮重要作用。濕蝕刻具有選擇性高、成本低的優點，但在微細圖案加工中可能產生下切問題。干蝕刻包括等離子蝕刻和反應離子蝕刻（RIE）。等離子蝕刻使用含氟、氯或溴的氣體，在等離子體中生成反應性離子和自由基，從而蝕刻材料。常用的氣體有四氟化碳（CF?）、六氟化硫（SF?）和氯氣（Cl?）。干蝕刻能夠提供更高的各向異性和更精細的圖案控制。RIE結合了化學蝕刻和物理濺射，允許對蝕刻形狀和深度進行精確控制，是半導體制造中最常用的干蝕刻方法之一。此外，還有化學機械蝕刻（CME），結合了化學蝕刻和機械研磨，主要用于去除薄膜和實現表面平坦化。蝕刻劑的選擇必須根據材料特性、工藝需求和最終器件的性能要求來決定，任何誤差都可能導致電路的短路或斷路，因此在半導體制造中尤為重要。每種蝕刻劑的使用都需要嚴格控制條件，以確保在蝕刻過程中獲得最佳的圖案分辨率和側壁垂直度，從而保證器件的高性能和可靠性。
（2）清洗劑：
半導體制造過程中，清洗劑是至關重要的，負責去除晶圓表面的雜質、顆粒和污染物，確保后續工藝的順利進行。常用的清洗劑分為幾類，包括酸性清洗劑、堿性清洗劑和有機溶劑等。酸性清洗劑如硫酸（H?SO?）與過氧化氫（H?O?）混合使用，可以有效去除有機污染物和金屬離子。氫氟酸（HF）也常用于去除氧化物層。堿性清洗劑，如氨水（NH?OH）與過氧化氫的混合溶液，用于去除顆粒和金屬雜質，且對硅表面影響較小。此外，有機溶劑如異丙醇（IPA）和乙醇用于去除光刻膠殘留。清洗過程通常包括多步驟清洗和漂洗，以確保無殘留物。超純水（DI水）是半導體清洗中必不可少的，用于沖洗清洗劑，防止化學殘留。光刻工藝中使用的去膠劑（如NMP）用于去除光刻膠，并確保圖案的完整性。各類清洗劑的選擇和使用條件要根據污染物類型、材料性質及工藝要求進行優化，以避免對基材的損傷。清洗劑的純度和成分控制直接影響器件的良率和性能，因此在使用過程中需要嚴格監控和管理。此外，環境因素和安全性也是選擇清洗劑時的重要考量，許多半導體制造商正逐步采用更環保和低毒性的清洗方案。總體而言，清洗劑在半導體制造中的作用不僅僅是清潔，還在于確保整個制造工藝的精度和可靠性，是高性能半導體器件生產中不可或缺的一部分。
（3）光刻膠：
在半導體制造過程中，光刻膠是關鍵的電子化學品之一。它用于圖案化半導體晶圓的表面，是實現微型化和精確圖案的核心材料。光刻膠主要由成膜劑、感光劑、溶劑和添加劑組成。成膜劑通常是聚合物樹脂，提供機械強度和黏附性。感光劑是光刻膠的核心成分，決定其對光的敏感度，常用的包括二芳基碘鹽和硫化物等。溶劑則用于調節光刻膠的黏度和涂覆性能。添加劑則用于改善光刻膠的各項性能，如熱穩定性、抗蝕性和分辨率等。
在實際應用中，光刻膠的性能對生產工藝的影響巨大。例如，其光敏性能會影響曝光步驟的效率，而熱穩定性和抗蝕性則影響后續蝕刻和去膠步驟的成敗。在深紫外（DUV）和極紫外（EUV）光刻技術中，對光刻膠的要求更為苛刻，需要具有更高的分辨率和更好的抗蝕性能。此外，光刻膠的選擇還需考慮與其他化學品的相容性，如底層膜材料和去膠溶劑。
隨著半導體工藝節點的不斷縮小，光刻膠的研發也在不斷推進。新型材料和工藝，如雙光子光刻和電子束光刻，正在探索中，以期進一步提高分辨率和工藝靈活性。總體而言，光刻膠在半導體制造中扮演著不可或缺的角色，其性能的優化和創新直接影響到芯片制造的效率和質量。
（4）化學氣相沉積（CVD）材料：
在半導體制造過程中，化學氣相沉積（CVD）是一種重要的薄膜沉積技術，廣泛用于制造各種半導體器件。在CVD工藝中，電子化學品主要包括氣體前驅體、反應氣體和載氣。氣體前驅體是用于提供沉積材料的化學物質，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。反應氣體通常與前驅體共同反應以促使沉積過程，如氧氣（O2）在沉積氧化物時使用。載氣則用于運輸前驅體和反應氣體，常用的包括氫氣（H2）和氬氣（Ar）。
CVD材料的選擇和配比對于薄膜的質量和特性至關重要。例如，通過調整前驅體的種類和流量，可以控制薄膜的厚度、成分和晶體結構。此外，CVD過程中還需要精確控制溫度、壓力和氣體流量，以確保化學反應的均勻性和薄膜的均勻沉積。高溫CVD和低溫CVD分別適用于不同的材料體系和應用領域。
在現代半導體工藝中，CVD技術不僅用于沉積傳統的二氧化硅和氮化硅薄膜，還用于沉積金屬化合物、絕緣材料和其他功能性薄膜。近年來，隨著工藝節點的不斷縮小，對CVD材料的要求也在不斷提高，要求更高的沉積速率、更好的薄膜均勻性和更低的缺陷密度。此外，新型CVD工藝，如原子層沉積（ALD）和等離子增強CVD（PECVD），也在不斷發展，以滿足不斷提升的器件性能和制造復雜性的需求。總體而言，CVD中的電子化學品在半導體制造中具有核心地位，其性能直接影響到器件的性能和可靠性。
（5）物理氣相沉積（PVD）材料：
在半導體制造中，物理氣相沉積（PVD）是一種用于薄膜沉積的重要技術，廣泛用于制造金屬互連、電極和其他功能性薄膜。PVD工藝主要涉及靶材、反應氣體和載氣。靶材是用于產生沉積薄膜的固體材料，常見的包括鋁、銅、鈦和鉭等，這些材料在濺射或蒸發過程中被轉移到基板表面形成薄膜。反應氣體，如氬氣（Ar），用于在濺射過程中作為工作氣體，通過等離子體轟擊靶材釋放原子或分子。氮氣（N2）或氧氣（O2）可以用作反應氣體，與靶材材料反應形成氮化物或氧化物薄膜。載氣主要用于控制工藝環境的壓力和傳輸氣體。
PVD工藝的核心在于物理過程，包括蒸發和濺射。蒸發PVD利用熱能將材料從靶材轉移到基板，而濺射PVD則通過離子轟擊使靶材釋放出材料。通過調整靶材的成分、反應氣體的種類和流量，可以控制薄膜的組成、厚度和結構。此外，PVD工藝中還需精確控制參數，如功率密度、基板溫度和沉積速率，以確保薄膜的質量和均勻性。
現代半導體工藝中，PVD技術不僅用于傳統金屬薄膜的沉積，還用于形成粘附層、阻擋層和硬掩膜等功能性薄膜。隨著工藝節點的縮小和器件結構的復雜化，對PVD材料的要求也在不斷提升，需要具備優良的電導率、熱穩定性和抗腐蝕性。同時，新型PVD工藝如磁控濺射和離子束沉積也在發展，以提高薄膜的均勻性和精細圖案的制造能力。總體而言，PVD中的電子化學品在半導體制造中具有重要地位，其性能對最終器件的性能和可靠性有直接影響。
（6）摻雜劑：
在半導體制造過程中，摻雜劑是用于改變半導體材料電學特性的重要電子化學品。通過引入摻雜劑，可以控制半導體的導電性，形成N型或P型區域。常用的摻雜劑包括硼（B）、磷（P）、砷（As）和銻（Sb）等。硼是用于生成P型半導體的典型摻雜劑，它能夠接受電子，從而增加空穴濃度。磷、砷和銻則用于生成N型半導體，作為電子供體提高電子濃度。
摻雜過程可以通過多種方法實現，如離子注入和擴散工藝。在離子注入過程中，摻雜劑以離子形式加速并注入到半導體材料中，注入深度和濃度可以通過控制加速電壓和注入劑量來精確調節。擴散工藝則利用高溫下摻雜劑的擴散特性，使其滲入到半導體材料中。兩種方法各有優缺點，離子注入精度高且可控性強，而擴散工藝適用于大面積摻雜且設備相對簡單。
摻雜劑的選擇和濃度對于半導體器件的性能至關重要。過高或過低的摻雜濃度都可能導致器件性能下降或失效，因此在制造過程中需要精確控制摻雜劑的用量和分布。此外，摻雜劑的純度和雜質含量也需要嚴格控制，以避免影響半導體材料的電學特性和器件的可靠性。
在現代半導體制造中，隨著工藝節點的縮小和器件的復雜化，摻雜工藝不斷發展，先進的工藝如共摻雜、超淺結技術和三維摻雜正在研究和應用，以提高器件性能和制造精度。總體而言，摻雜劑在半導體制造中扮演著關鍵角色，其精確控制直接關系到器件的導電性和功能實現。
（7）拋光劑：
在半導體制造過程中，化學機械平坦化（CMP）是關鍵工藝之一，用于平整化薄膜表面以支持多層互連結構的制造。CMP拋光劑是該工藝的重要電子化學品，主要由磨料、化學添加劑和溶劑組成。磨料通常為二氧化硅（SiO2）或氧化鋁（Al2O3）納米顆粒，提供機械研磨作用。化學添加劑包括氧化劑、絡合劑和表面活性劑等，它們調節化學反應速率并控制材料去除速率。氧化劑如過氧化氫（H2O2）用于氧化金屬表面，而絡合劑則幫助穩定氧化產物，防止再次沉積。表面活性劑能夠改善拋光液的分散性和流動性。
在CMP工藝中，拋光劑的化學成分和配比對工藝性能和最終器件的質量有重大影響。例如，磨料顆粒的大小和濃度會影響材料的去除速率和表面光潔度。化學添加劑的種類和濃度則決定了化學腐蝕和機械研磨之間的平衡，影響最終的平整度和均勻性。此外，拋光劑中的pH值也是一個關鍵參數，直接影響氧化和腐蝕過程。
隨著半導體工藝的進步，CMP拋光劑的研發也在不斷推進，以滿足更高的平坦化要求和更低的缺陷率。現代CMP工藝中，針對不同材料（如銅、鎢、低介電常數材料等）需要專門設計不同的拋光劑配方，以確保最佳的去除速率和選擇性。總體而言，CMP拋光劑在半導體制造中扮演著不可或缺的角色，其配方的優化直接關系到工藝的效率和產品的質量。
三、 2025年半導體制造用電子化學品市場展望
2025年，半導體制造中所涉及的電子化學品市場展望顯示出持續增長的趨勢，推動這一增長的因素包括技術進步、需求增加和新應用的不斷涌現。隨著半導體技術節點的進一步縮小，對高純度、高性能化學品的需求日益增加。關鍵電子化學品如光刻膠、CVD和PVD前驅體、摻雜劑、CMP拋光劑等在半導體制造中扮演著至關重要的角色。
光刻膠市場預計將顯著增長，得益于極紫外（EUV）光刻技術的普及，這一技術需要更高精度和分辨率的光刻膠，以滿足更小特征尺寸的要求。新型光刻膠材料的開發也將推動市場需求的增加。此外，下一代光刻技術，如雙光子光刻的探索，將進一步促進新型光刻材料的研究和市場擴展。
在化學氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）方面，隨著工藝復雜性的增加，對更精細和高性能薄膜材料的需求也在增加。尤其是在存儲器和邏輯芯片制造中，高k介電材料和金屬電極的使用需要專門設計的前驅體化學品，這推動了CVD和PVD材料市場的擴展。同時，原子層沉積（ALD）技術的應用也在擴大，因其能夠在更低溫度下實現更精確的薄膜控制，這將進一步刺激相關化學品的需求。
摻雜劑市場的增長主要受益于先進半導體器件對精確摻雜的需求增加。離子注入技術的進步和超淺結工藝的發展需要高純度的摻雜劑，這為化學品供應商提供了新的市場機會。此外，隨著新型半導體材料的應用，如硅碳化物（SiC）和氮化鎵（GaN），特定摻雜劑的需求也在增加，推動了市場的多樣化。
CMP拋光劑市場預計也將保持增長。隨著多層互連和三維芯片封裝技術的普及，對平整化工藝的要求更加嚴格，這對CMP拋光劑的性能提出了更高要求。新型拋光劑的開發，特別是針對銅、鎢和低介電常數材料的配方優化，將成為市場增長的驅動因素。此外，隨著綠色環保意識的提高，低環境影響的CMP拋光劑將受到市場青睞，推動相關產品的研發和市場占有率的提升。
總體而言，2025年半導體制造中電子化學品市場展望顯示出強勁的增長潛力。隨著5G、人工智能、物聯網和自動駕駛等新興技術的推動，對高性能半導體器件的需求不斷增加，這將進一步促進相關化學品的市場擴張。化學品供應商需要不斷創新，開發更高性能、更環保的產品，以滿足日益復雜的工藝需求和市場期待。
