杏彩体育唯一官网:芯片产业链系列8半导体材料-半导体工艺材料下集

　　湿电子化学品（Wet Chemicals）又称超净高纯试剂或工艺化学品，指主体成分纯度大于99.99%，杂质离子和微粒数符合严格标准的化学试剂。湿电子化学品是化学试剂产品中对品质、纯度要求最高的细分领域，是纯度极高的特种化学试剂。一般要求控制杂质颗粒粒径低于0.5µm，金属杂质含量低于ppm 级（10-6为ppm，10-9为ppb，10-12为ppt）。

　　湿电子化学品属于电子化学品领域的分支，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，广泛用于芯片、显示面板、太阳能电池、LED等电子元器件微细加工的清洗、光刻、显影、蚀刻、掺杂等工艺环节。

　　湿电子化学品种类繁多，可以按组成成分与应用工艺的不同分为通用性湿电子化学品和功能性湿电子化学品，其能性湿电子化学品又可分为光刻胶配套试剂、刻蚀液、清洗液等。此外，湿电子化学品也可以按照下游应用领域的不同分为集成电路、显示面板及光伏电池用湿电子化学品，由于应用领域不同，客户对产品洁净度，纯度有不同要求，因此分领域产品的需求结构，产品价格上存较为明显差异。

　　通用性湿电子化学品又称超净高纯溶剂，常用于湿法工艺制程中的清洗、光刻、腐蚀等工序，主要包括主体纯度大于99.99%，杂质含量低于ppm级别的酸类（氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸等），碱类（氨水，氢氧化钠，氢氧化钾等），有机溶剂类（甲醇，乙醇，丙酮等）及其他类（双氧水等）产品，一般为单组份、单功能湿电子化学品。 功能性湿电子化学品则是为满足湿法工艺中特殊工艺需求，通过复配工艺制备的配方类（复配类）化学品，主要包括显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等。

　　集成电路用湿电子化学品主要用于晶圆制造的清洗、显影、刻蚀、剥离环节。由于集成电路生产对产品纯度要求高，客户粘性强，因此产品价格高，盈利能力较好。液晶显示用湿电子主要用于平板显示制造工艺环节的薄膜制程清洗、光刻、显影、蚀刻等工艺环节。下游客户对液晶显示类湿电子化学品的纯度要求略低于集成电路类产品。太阳能电池用湿电子化学品主要用于晶硅太阳能电池片的制绒加工及清洗等工艺环节。一般而言，太阳能用湿电子化学品的技术标准要求最低，盈利能力较弱。

　　依照SEMI对湿电子化学品的五个等级分类标准。一般而言，集成电路用湿电子化学品技术规格要求最高，所需产品一般需满足G3或以上等级，且随着集成电路制程线宽不断缩窄，对湿电子化学品纯度也逐步提升至G4及G5等级。相比之下显示面板用湿电子化学品需满足G2-G3等级，光伏太阳能电池所需的湿电子化学品只需满足G1等级。

　　从产业链角度来看，湿电子化学品位于电子信息产业偏中上游的电子专用材料领域，是精细化工和电子信息行业交叉的领域，上游是基础化工产业，以硫酸、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、纯化、混配等工艺生产得到的高纯度产品。下游为太阳能电池、显示面板、半导体等领域。

　　湿电子化学品对产品品质、纯度有着较高工艺要求，其主要工艺流程为原料接收、纯化、吸收、混配、包装等工艺，成品产品入桶包装或装车后，经检验合格后入库。之后根据客户订单发货并回收包装桶和槽车，再次循环使用。生产过程涉及的核心工艺包括分离纯化，分析检测，混配及包装运输技术等，需生产企业掌握产品制备、产品检验、包装物及瓶阀处理等核心技术，对生产过程中各类杂质含量进行有效控制，具备较高的技术门槛。此外，企业具有较高的认证壁垒（认证周期长，通常2~3年，客户粘性强）以及人才、资金壁垒（人才稀缺，资金投入大）。

　　湿电子化学品的发展历程已超50余年，它是从高纯化学试剂产品领域发展起来的。20世纪60年代末出现了用于集成电路制造的电子级专用化学试剂，业界将其称为湿电子化学品（又称超净高纯化学品）；1975年，SEMI成立了SEMI化学试剂标准委员会，对其等级标准做了统一规范，该标准现已成为世界湿电子化学品制造业中通行的、最权威的标准。进入21世纪后SEMI根据实际情况对原有的分类体系进行了归并，分为SEMI G1至SEMI G5，国际上制备G4以下各种不同等级湿电子化学品的技术已趋于成熟。随着集成电路向着纳米级发展，G4以上级别的高纯试剂生产技术也日渐成熟。近年来，湿电子化学品成为了超大规模集成电路制造业不可或缺的重要辅助工艺材料，也成为电子化学品中需求量大幅增长、技术高速发展的一类产品。同时，随着显示面板、太阳能电池领域的发展，其用量也进一步扩大，呈现出较大的发展前景。

　　从市场规模来看，2021年全球湿电子化学品市场规模54.28亿美元，我国湿电子化学品市场规模达130.94亿元，2018-2021年均复合增速为14.21%，远超全球同期的2.21%。其中据中国电子材料行业

　　协会统计，2019年通用化学品和功能化学品约占中国湿电子化学品整体需求的88%和12%。按行业划分，2020年集成电路、显示面板及光伏电池用湿电子化学品分别占总体需求的22%、31%和42%。

　　从竞争格局来看，由于湿电子化学品的高壁垒，核心技术主要集中在日本、美国、欧洲等国家或地区。欧美和日韩企业凭借技术优势，分别占据了全球市场的32%和29%的市场份额。在中国市场，2019年以德国巴斯夫、德国默克、美国霍尼韦尔、美国英特格等为代表的欧美企业占据了中国市场的35%；同时，以住友化学、三菱化学、关东化学、Stella等为代表的日企占据中国市场的28%。韩国、中国、中国企业分别占16%、10%、9%。国内企业集中度较低，既有以江化微和格林达为代表的专业湿电子化学品供应商，也有晶瑞电材和飞凯材料为代表的平台型企业。从国产化程度来看，2018年除技术规格要求较低的光伏电池领域湿电子化学品国产化率较高外（约99%），集成电路及显示面板领域国产化率仅23%/35%。

　　CMP(Chemical Mechanical Polishing）即化学机械抛光，是通过化学试剂的化学腐蚀和纳米磨粒的机械研磨技术结合，实现晶圆表面微米/纳米级材料的去除，从而达到晶圆表面高度（纳米级）平坦化的技术。CMP在集成电路制造全过程中被广泛应用，除集成电路设计环节外，硅片制造、晶圆加工、封装测试过程都需要使用，其中晶圆加工是其主要应用场景。目前CMP工艺在芯片制造中的典型应用包括浅沟槽隔离平坦化（STICMP）、晶硅平坦化（PolyCMP）、层间介质平坦化（ILDCMP）、金属间介平坦化（IMDCMP）、铜互连平坦化（CuCMP）等。

　　CMP技术综合了化学腐蚀和机械摩擦两种抛光技术，可以避免单纯的机械抛光造成的表面损伤和单纯的化学抛光造成的抛光速率较慢的问题。其工作原理是在一定压力及抛光液的存在下，被抛光晶圆对抛光垫做相对运动，含有氧化剂、络合剂的抛光液先与样品表面产生化学反应，生成一层较软的钝化层，再通过磨粒与抛光垫对钝化层进行机械去除。在CMP过程中，抛光液的化学作用与磨粒、抛光垫的机械作用交替进行，使被抛光晶圆表面达到高度平坦化、低表面粗糙度和低缺陷的要求。

　　从历史发展来看，CMP是实现器件平坦化技术中的一种。由于不同性能的器件对平坦化程度的要求不同，具体可分为表面平坦化（间隙填充）、区域平坦化和全部平坦化。随着工艺节点的演进，传统机械抛光法无法解决表面起伏带来的断线、短路、断路等问题，因此引入了硼磷硅玻璃回流法、旋涂玻璃反刻法、光刻胶反刻法等，实现了局部表面平坦化，但随着工艺节点逐渐发展到0.35μm~0.25μm时，CMP技术是唯一可实现全局平坦化的关键技术。而到了0.18～0.13μm技术节点阶段，随着半导体芯片制程工艺快速提升，CMP的作用和其不可替代性更加凸显。

　　（1）研发期（1965~1990年）：CMP技术诞生于1965年，当时主要被应用于制造镜片表面的研磨过程。随着多层金属化技术被引入到集成电路制造工艺中，硅片表面的不平整度加剧，严重影响了芯片成品的性能。为解决这一问题，到了80年代中期，IBM首次将CMP技术应用于集成电路制造，当时其研磨对象主要为钨与氧化物。

　　（2）成熟期（1990~2000年）：1990年IBM将CMP技术工艺转让给MicroTechnology公司，并在1991年与Motorola 公司联合开发了运用CMP技术制造的64Mb DRAM。1996年日本主要的芯片制造厂在生产350nm的器件中使用了CMP工艺。此后STI CMP、PSP、W-CMP相继发展成熟，韩国和中国等亚太厂商也开始发展CMP技术。此外，芯片制程从250nm进入130nm节点，铜正式取代铝成为主流导线材料，使CMP成为铜互连技术必不可少的工艺制程。

　　（3）拓展期（2000~至今）：当技术节点发展到90-65nm时，用于减小RC延迟时间而引入的低K介质材料，逐步取代传统的SiO2，同时低压力CMP、电子化学机械抛光(ECMP)、无应力抛光技术等新技术成为新的研发方向。当技术节点发展到30-20nm时，铜逐渐不适用于20nm以下的互联技术，而钴互连技术、FinFET、TSV等技术成为了新的研发方向。

　　在CMP工艺系统中，分为抛光和清洗模块，由设备及材料共同组成。其中设备主要分为抛光部分和清洗部分，抛光部分由抛光头、研磨盘等组成，清洗部分由清洗刷、供液系统等组成，材料则根据功能的不同，主要分为抛光液，抛光垫，钻石盘，抛光后清洗液等。

　　抛光液（Slurry）是一种由去离子水、磨粒、PH值调节剂、氧化剂以及分散剂等添加剂组成的水溶性试剂，在化学机械抛光过程中，起到研磨晶圆、腐蚀晶圆表面的残留物的作用。抛光垫（Pad）是一种疏松多孔的材料， 具有一定弹性，一般是聚亚氨酯类，主要作用则是存储和运输抛光液、维持抛光环境，对硅片提供一定的压力并对其表面进行机械摩擦。钻石碟（Disk）又称研磨垫调节器(Pad Conditioner)，主要用于扫过抛光垫表面提高表面粗糙度，除去用过的浆料，提升抛光效率和节约成本。清洗液主要用于去除残留在晶圆表面的微尘颗粒、有机物、无机物、金属离子、氧化物等杂质，满足集成电路制造对清洁度的极高要求，对晶圆生产的良率起到了重要作用。抛光液和抛光垫是CMP材料中的核心，接下来我们将对其进行详细介绍。

　　抛光液是一种颗粒分布匀散的胶体，磨料是其核心材料。抛光液种类繁多，可按应用的工艺环节、磨粒和PH值进行分类。根据应用工艺环节的不同，可分为硅抛光液、铜抛光液、阻挡层抛光液、钨抛光液、钴抛光液、介质层（TDL）抛光液、浅槽隔离（STI）抛光液和硅通孔（TSV）抛光液。其中，硅抛光液多用于硅片的初步加工和打磨，铜抛光液和阻挡层抛光液用于对铜及其阻挡层的抛光，钨抛光液用于通孔及接触孔工艺，在存储芯片制造中广泛应用，钴抛光液多用于10nm以下制程的芯片制造，硅通孔抛光液主要用于3D封装工艺。

　　根据配方中磨粒的不同，可分为二氧化硅、氧化铈、氧化铝磨粒等三大类，同时磨粒可以是单一磨粒或者混合磨粒。二氧化硅磨粒活性强、易于清洗且分散性及选择性好，多用于硅、SiO2层间介电层的抛光。缺点是硬度大，容易对硅片表面造成损伤，且抛光效率较低。氧化铝磨粒抛光效率高，但硬度强、选择性低且团聚严重，因此抛光液中常需加入各类稳定剂和分散剂，导致成本相对较高。氧化铈磨粒硬度低，抛光效率高，平坦度高，清洁无污染，但团聚严重，也需加入各类稳定剂和分散剂，且铈属于稀有金属，成本较高。

　　根据PH值的不同，可分为酸性抛光液和碱性抛光液。酸性抛光液具有抛光效率高、可溶性强等优点，多用于对铜、钨、铝、钛等金属材料进行抛光。其缺点是腐蚀性较大，对抛光设备要求高，所以常选择向抛光液中添加抗蚀剂（BTA）提高选择性，但BTA的添加容易降低抛光液的稳定性。不同于酸性抛光。