中国科学院上海微系统与信息技术研究所
引言
集成电路材料对集成电路制造业安全可靠发展以及持续技术创新起到至关重要的支撑作用。本报告将全面梳理我国集成电路材料产业细分领域的发展状况。
本报告系列文章将分以下几个部分依次发布：（1）我国集成电路发展态势及我国集成电路产业总体情况 （2）衬底材料发展情况；（3）光刻胶和掩膜版发展情况；（4）工艺化学品和电子气体发展情况；（5）抛光材料和靶材发展情况；（6）封装材料发展情况。
本文为该系列的第四篇：《工艺化学品和电子气体发展情况》
一、工艺化学品
高纯工艺化学品主要包括无机酸类、无机碱类、有机溶剂类等通用化学品以及配方型化学品（表11），通常用于芯片生产中的清洗、光刻、刻蚀、显影、互联等工艺，是集成电路制造用关键材料。
表11 通用和配方型工艺化学品类别
集成电路行业对高纯化学试剂的微量金属杂志含量、颗粒粒径和数量、阴离子杂志含量等方面有严格要求。根据SEMI标准，应用于集成电路领域的高纯化学品集中在SEMI G3、G4水平，且集成电路线宽越窄，所需的高纯化学试剂的标准越高，纯度和洁净度的要求也就越高（表12）。常用的高纯化学试剂已经超过30种，多用于清洗、刻蚀等工艺。
表12 高纯化学试剂SEMI国际标准等级
配方型化学品是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，主要包括清洗腐蚀试剂和光刻胶配套试剂等。清洗腐蚀试剂主要用于集成电路制造过程中的湿法清洗和刻蚀工艺。清洗腐蚀试剂的主要特点是技术含量高、工艺配套性强。同时，由于集成电路制造工艺的不同或技术节点的不同，对其质量和性能的要求也不尽相同，表13列出了集成电路制造工艺中常用的清洗腐蚀试剂。光刻胶配套试剂是指在集成电路制造中与光刻胶配套使用的试剂，主要包括有机溶剂、稀释剂、显影液、漂洗液、剥离液、去边液等（表14）。大部分光刻胶配套试剂的组分是有机溶剂和微量添加剂，溶剂和添加剂都是具有低金属离子及颗粒含量的高纯试剂。
由于多数配方型化学品是混合物，它的理化指标很难通过普通仪器定量检测，只能通过应用手段来评价其有效性，因此产品应用测试周期较长。
表13 常用的清洗刻蚀试剂
表14 光刻胶配套试剂及用途
全球工艺化学品主要生产企业有德国巴斯夫，美国亚什兰化学、Arch化学，日本关东化学、三菱化学、京都化工、住友化学，台湾鑫林科技，韩国东友精细化工等，上述公司占全球市场份额的85%以上。
国内生产超净高纯试剂的企业中产品达到国际标准且具有一定生产量的企业有30多家，技术水平主要集中在G2级（国产化率80%）以下，8英寸（G3）及12英寸（G4）需求的高纯化学品基本靠进品，国产化率约为10%，仅有少数部分技术领先企业的部分产品达到了国际SEMI G4标准。国内生产工艺化学品的企业主要有晶瑞股份、江阴江化微、江阴润玛电子、江阴化学试剂、苏州晶瑞化学、浙江凯圣（巨化股份）、上海新阳、湖北兴发、达诺尔等（表15）。其中晶瑞股份的超纯氢氟酸、盐酸、硝酸和氨水纯度等级已达到SEMI G3、G4等级，双氧水产品品质达到10ppt（相当于SEMI G5等级），目前已在华虹宏力进行上线评估；江化微硝酸、氢氟酸、氨水等细分产品都达到了G4、G5的行业水平，G3等级的硫酸、过氧化氢、异丙醇、低张力二氧化硅蚀刻液、钛蚀刻液进入国内6英寸晶圆、8英寸先进封装凸块芯片生产线，部分光刻胶配套试剂产品进入中芯国际、士兰微等供应链；浙江凯盛生产的电子级硝酸进入国内12英寸芯片工艺制程供应链；上海新阳已成为先进封装和传统封装行业所需电镀与清洗化学品的主流供应商，其超纯电镀硫酸铜电镀液已成功进入中芯国际、海力士的28nm大马士革工艺制程，成为Baseline产品，进入工业化量产阶段。
表15 国内工艺化学品企业及代表产品
二、电子气体
在集成电路制造业中，气体的使用非常广泛，约占全部生产材料的三分之一。气体的纯度和洁净度直接影响到电子元器件的质量、集成度、特定技术指标和成品率，并从根本上制约着电路和器件的精确性和准确性。目前，大部分高纯气体的纯度达到99.99%（4N）以上，部分气体纯度应达到5N以上。在集成电路工业中应用的有110余种气体，其中常用的有超过30种，按其本身化学成分可分为硅系、砷系、磷系、硼系、金属氢化物、卤化物和金属烃化物七类，按在集成电路中不同应用途径可分为掺杂气体、外延气体、掺杂气体、刻蚀用气体、化学气相沉积气和载气等（表16）。
表16 集成电路中常用的气体（绿色字体代表已实现国产化）
电子气体从生产到分离提纯以及运输供应阶段都存在较高的技术壁垒，市场准入条件高，全球市场主要被几家跨国巨头垄断。包括美国空气化工、普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气、日本大阳日酸株式会社等公司占据了全球电子气体90%以上的市场份额。国内电子气体企业的生产技术与国外存在较大差距，电子气体市场仍被外企主导。截止2016年年底，美国化工、普莱克斯、日本昭和电工、英国BOC公司、法国液化公司、日本酸素等六家公司合计占据了我国电子气体85%的市场份额，国内企业主要集中在中低端市场。
国内从事高纯电子气体生产的主要企业有中船重工七18所、中昊光明化工研究设计院、苏州金宏气体、大连保税区科利德化工科技、佛山市华特气体、江苏南大光电、黎明化工研究设计院、绿菱电子材料（天津）、广东华特气体、北京华宇同方化工科技、杭州同益气体研究所、湖北晶星科技、江苏雅克科技、南京亚格泰新能源材料、上海正帆科技等十几家企业。其中中船重工的NF3、WF6进入国内主流12英寸芯片制造厂商生产线，雅克科技产品中CF4进入台积电12英寸28nm晶圆加工生产线，南大光电所售高纯磷烷、砷烷产品以及三甲基镓、三甲基铟、三乙基镓、三甲基铝等MO源产品纯度达到6N级别。
虽然我国电子气体已经摆脱完全依赖进口的状态，国内企业已经基本具备了生产部分高纯电子气体的能力，但是由于本土电子气体的生产和供应商规模较小，产品质量稳定性差，国内电子产品的包装、储运未能和现代电子工业的要求接轨等原因，导致目前大部分电子气体还不能全面进入集成电路领域（表16）。
备注：本报告部分内容主要参考了《集成电路产业全书》、2017版《中国半导体支撑业发展状况报告》、2018版《中国半导体封装测试产业调研报告》等权威资料以及网络公开资料，部分数据未区分集成电路和半导体。
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