高純有機試劑國內外標準比較分析

Comparative Analysis of Domestic and International Standards for High Purity Organic Reagents

SHI Zeyuan ZHANG Junhua CAO Kewei WUYiran ZHAO Junsha

(China Electronics Standardization Institute)

Abstract:Highpurityorganicreagents，belongingtothecategoryofhighpurityreagentsinelectronicchemicals，areone of theraw materials forcompounding functional electronicchemicals，which are widelyused invarious processes in the semiconductorindustrysuchas integratedcircuitsanddisplay.Withthecontinuous terationofthe integrated circuit process， therequirements forhighpurityorganicreagents havebeen gradualyincreased.Atpresent，sincetherearecircumstancesof mismatchingand inapplicabilitybetweenstandardsandtheindustry，itisdificultogive playtothesupporting andleading roleoftandards.Thispaperstartswiththedevelopmentstatusanddemandofelectronicchemicalsindustrysystem，sortsout andanalyzesthestandards status，and puts forwardthe ideasandsuggestionsonthesystematic developmentofhigh purity organic reagent standards.

Keywords:electronic chemicals;high purityorganic reagents; standards; standards system

0 引言

電子化學品（ElectronicChemicals）國際上統稱為工藝化學品（ProcessChemicals），又稱濕化學品（WetChemicals），其主體成分或原材料純度大于 99.99% ，雜質離子和微粒數符合嚴格要求的化學試劑，主要用于集成電路、顯示面板、光伏組件等電子元器件和模組生產中的清洗、光刻、刻蝕、顯影、互聯等工藝，其純度和潔凈度對電子元器件和模組的成品率、電學性能及可靠性都有十分重要的影響。

作為“高精尖”的代表和信息時代的基礎與載體，集成電路、新型顯示等半導體行業不斷向更高性能邁進，所用工藝也越來越先進和復雜[]。先進工藝制程迫切需要電子化學品產品質量持續提升，隨著集成電路制造工藝變得越來越復雜，核心技術指標金屬雜質和顆粒度控制對于電子化學品的要求也越來越高，甚至接近檢測儀器的檢測極限。

電子化學品中高純試劑不僅涉及表面改性、清洗等前處理過程，更是功能型電子化學品的原材料，是電子化學品中的重要組成部分，其中高純有機化學品主要為各個濕處理環節提供溶劑或添加劑。

1 國內外產業現狀和趨勢

1.1定制化與就近配套特征

高純有機電子化學品（又稱高純有機試劑）作為復配類電子化學品和光刻膠及配套材料的原材料，往往包含有機溶劑和添加劑兩部分，其下游涉及清洗、刻蝕、顯影、剝離等集成電路、顯示面板、太陽能電池生產的關鍵技術環節。由于其對于純度要求較高，因此不適宜長途遠距離運輸，并且由于該類產品對于調試等售后服務的響應速度較高，因此往往采用就近本地化配套。因此高純有機電子化學品企業分布較為分散，且因其配套屬性往往在晶圓廠周邊富集，故在歐美、日韓、中國大陸及臺灣省均有不少企業。

憑借長期化工技術積累和全球化布局，以德國默克、賽默飛世爾、霍尼韋爾為代表的歐美企業占據全球市場約 54% 份額；日本企業聚焦超凈高純有機溶劑、光刻膠配套試劑等細分領域，關東化學、三菱化學、東京應化等企業在其原材料高純有機電子化學品領域占據了約 14% 的全球市場份額；韓國依托本土半導體和顯示面板產業，東進世美肯、東有精細化工等企業在部分高純有機試劑方面占據一定優勢，但先進制程配套試劑仍需進口，目前占據約 5% 市場份額；中國臺灣省依托先進晶圓廠及顯示產業鏈，形成了以聯仕電子化學材料、臺灣東應化為代表的配套企業，目前占據約 3% 的高純有機試劑全球市場份額；中國大陸近年來隨著政策支持與技術突破，目前已占據全球約 12% 的市場份額，且正在逐步加速追趕與國產替代步伐。高純有機試劑全球市場格局如圖1所示。

1.2產業鏈上下游劃分明確

高純有機電子化學品和基礎有機化工行業是上下游關系，相較于傳統化工行業，其“合成”環節并不多，甚至很多企業沒有合成工序，但“提純”工藝比基礎有機化工行業技術要求高得多。因此高純有機電子化學品和基礎有機化工在廠區設置、產線設計、包裝運輸等技術要素上區別明顯。

隨著集成電路、新型顯示等半導體行業不斷向更高密度、更先進制程邁進，所需求的工藝也越來越先進和復雜。先進制程要求在晶圓上堆疊密度更高，即單個單元所占空間尺寸更小，這就使得各類電子化學品在處理晶圓時需要盡可能少的引入雜質或微粒[2。因此，對于各類電子化學品的核心技術指標金屬雜質含量和顆粒度控制越來越高，甚至接近檢測儀器測的檢測極限。以12寸晶圓高純有機電子化學品為例，其金屬雜質含量控制要求幾乎都在1ppt以下，顆粒控制需求從 0.2μm 縮小到 0.05μm 甚至更小[3]。隨著芯片制程向物理極限的逼近，“破題方案”所引入的器件結構設計各異，各類產品工藝差異性也越來越大，對于各類電子化學品的技術指標要求越來越高。高純有機試劑作為復配功能型電子化學品的原材料，對其雜質含量、水分、元素雜質含量、批次一致性等要求的管控越來越嚴格。

這使得高純有機試劑與基礎有機化工產品在產品分類、規格品種和技術極差等方面差異明顯。以元素雜質含量為例，復配功能型化學品的雜質含量要求通常達到6N即ppm級以上，先進制程集成電路對復配功能型化學品的要求通常要達到9N即ppb級以上[4，甚至部分指標以達到亞ppb級別，這就使得對于原材料高純有機電子化學品的元素雜質控制提出了較高要求。而基礎化工產品的高純級（最高等級）也才達到4N級，雖然僅僅只是對雜質含量的規定，但提純工藝、雜質顆粒數、水分含量等要求均完全不同。

在工藝方法上，基礎化工產品主要采用蒸餾、結晶、萃取等常規工藝，以分離主要成分與常見雜質；而電子化學品需采用如多級精餾、超臨界流體萃取、離子交換色譜等方法，通過多次提純與深度凈化，去除微量金屬離子、有機雜質及顆粒污染物，提純同時往往搭配膜過濾、惰性氣體保護等手段，防止二次污染。此外，電子化學品提純過程需在潔凈間內完成，以滿足半導體、顯示面板等領域對產品潔凈度的嚴苛要求，而基礎化工則無需此類特殊環境。

2 國內外標準現狀

2.1標準體系現狀

由于主管部門歷史沿革等原因，電子化學品處于電子行業和化工行業的交叉位置，我國產業的分級分類方式和所依據的標準較為混亂。在產品品級要求低的階段，這個問題并不明顯，但隨著半導體行業對于工藝節點和指標要求的高端攀升，這種產品分類缺乏統籌、市場發展較為雜亂的問題就限制了市場規范有序發展。

電子化學品，屬于電子專用材料內的工藝輔助材料范疇，其下按材料類別可分為細分為高純試劑、復配類功能型電子化學品、前驅體3類；按應用領域劃分可分為太陽能光伏用電子化學品、半導體照明用電子化學品、新型顯示用電子化學品和集成電路用電子化學品4類，對應電子化學品標準體系如圖2所示。

電子化學品標準體系主要涉及術語、安全標識、質量體系導則3類基礎標準；雜質含量、純度、顆粒度等幾類方法標準；高純試劑、復配功能型化學品、前驅體和包裝材料4類產品標準。由于本文主要涉及高純試劑，因此僅對高純試劑部分產品標準體系詳細說明。高純試劑可分為高純無機試劑和高純有機試劑兩類，高純無機試劑囊括電子級硝酸、電子級磷酸等高純無機酸；電子級氨水、電子級氫氧化鉀等高純無機堿；電子級氯化鈉、電子級氟化銨等高純無機鹽；此外還有高純過氧化氫屬于其他無機高純試劑范疇。高純有機試劑主要分為高純有機溶劑和高純有機添加劑兩類，高純有機溶劑涉及電子級異丙醇（IPA）、電子級乙酸乙酯（EA）、電子級N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP)等各種清洗、刻蝕、顯影用有機溶劑；高純有機添加劑包含表面活性劑、濕潤劑、流平劑、硅烷偶聯劑等各類添加劑。

在電子化學品標準體系中，未將樹脂、六甲基二硅氮烷（HMDS）、丙二醇甲醚（PGME）、電子級丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）等光刻膠原輔材料納入體系。這主要考慮到幾個方面，（1）光刻膠與電子化學品雖然在純度、顆粒度、元素雜質等方面技術指標較為類似，但光刻膠更側重于其功能性，即使相較于復配類化學品，其功能性的要求與測試也要復雜的多。（2）國內光刻膠及其原輔材料所涉及到的光酸、樹脂等材料與電子化學品發展階段和面臨的技術壁壘差異較大，不適宜在同一體系下推進。光刻膠及其原輔材料更適宜單獨梳理標準體系，以確保標準匹配產業發展現狀，同時對產業發展起到支撐引領作用。

2.2國內外標準現狀

電子化學品屬于電子材料范疇，電子材料在國際上沒有對應的國際標準組織，IEC、ISO等國際標準化組織沒有發布電子化學相關標準。國際上材料領域影響力較大的是SEMI標準，SEMI標準在半導體設備、半導體材料、電子氣體領域成為全球產業的事實標準，SEMI對于電子化學品產品分級方法，被業內眾多企業沿用。在電子化學品領域SEMI標準與巴斯夫企業級標準（UPSSS）成為全球實施標準，SEMI標準產品分級指標見表1。

當前SEMI標準中電子化學品標準共記69項其中，基礎標準2項，產品55項，方法12項。按材料類別分，高純試劑28項，功能性化學品9項，前驅體20項，包裝材料3項，設備部件7項。SEMI已基本建立起較為完善的標準化體系，產品標準較全、技術指標較為先進，方法標準通用性較強，SEMI現行標準的統計如圖3所示。

我國電子化學品領域行業級以上標準共49項，在研計劃28項。其中，現行國標6項，現行行標43項，在研計劃為國標計劃8項，行標計劃20項。現行標準中，產品標準12項，方法標準37項。其中方法標準較為全面，但存在部分標準標齡較長需更新維護；產品標準缺位明顯，其中現行標準中，高純試劑僅1項產品標準，為電子級磷酸。當前國行標中尚無高純有機試劑相關標準實施，但相關計劃已列入日程，部分高純試劑標準狀態如表2所示。

2.3我國產業重點標準需求

電子化學品，相較于基礎化工，產品用量較少，但由于配套于集成電路、先進顯示等高技術附加值行業，一旦出現質量問題，企業將面臨重大經濟風險。對于高純有機試劑，其常作為復配功能型化學品的原料，對于產品的純度、批次穩定性等要求極其嚴格，我國企業需優化提純工藝，提升質量穩定性，提升中高端產品的國產替代率。

在高純有機試劑方面，電子級N-甲基-2-吡咯烷酮近兩年在8英寸晶圓制造中有小批量供貨，異丙醇處于小批量驗證階段，但在12英寸晶圓制造中尚無應用。集成電路12英寸 28nm 及更先進工藝用復配類化學品受制于人，基本依賴進口，下游客戶正在爬坡期，國內產品尚未獲得驗證機會]。后續的顯影液、剝離液、稀釋劑完全依賴進口，保障力明顯不足，為電子化學品的短板環節。顯影液、剝離液、稀釋劑作為光刻膠的配套試劑，所需添加劑等種類較多，訂制化程度高，研發難度大，國外廠家往往采取與光刻膠捆綁銷售的策略，國內企業獲得驗證和導入機會小。

對于高純有機試劑，當前國內產業已基本覆蓋中低端產品，但用于先進制程的光刻膠及復配功能型電子化學品原材料的高純有機試劑，我國工藝水平還不成熟、批次穩定性較差，這對于推進國產替代，建設自主可控的產業鏈供應鏈是當前我國集成電路產業發展的主題相違背。為保障工藝匹配性和質量穩定性提升，需要建立全面的測試評價標準體系。包括對標國際先進水平的測試方法標準體系，和圍繞驗證導入這一新應用場景的評價標準體系。當前先進制程用高純有機試劑的技術指標已逼近儀器檢測的極限，因此新的試驗方法開發和圍繞驗證導人的標準制定是十分有必要的。使用標準將新技術固化為通用的工藝要求、統一的性能要求、科學的表征方法保障在驗證導入等關鍵環節，促使國產材料依標提質。

3 標準化發展建議

各類集成電路材料相互配合、互相作用、共同實現工藝功能，推動材料體系化發展，需要全面做到產品有標可依。應盡快研制有機類試劑等高純試劑標準，補全標準體系。提高電子級化學品分級先進性和精細度，實現對制程世代、邏輯或存儲等市場信息的科學分檔。加強電子級化學品和氣體產品標準品級與工業級、高純級產品標準的協調，推動國內標準品級分類在國內市場成為典范，進而助力國產材料品牌樹立。

參考文獻

[1] 汪海燕，朱思坤.電子化學品技術發展研究[J].化工管理，2022(30):68-71.

[2] 陳黎萍.金屬互連及其濕電子化學品的發展研究[J].固體電子學研究與進展，2024，44(4)：343-350.

[3]李巖.我國電子化學品行業發展現狀及趨勢研究[J].化學工業，2020，38(1):18-20.

[4]曹可慰，張軍華，趙俊莎，等.電子化學品國內外標準比較分析[J].中國標準化，2024（S1)：151-155.

[5] 楊亮亮，胡世明，龔慧萍.中國濕電子化學品發展現狀與展望[J].精細與專用化學品，2023，31(11):1-9.