1 中国半导体材料产业发展态势
1.1全球半导体制造业发展趋势
半导体产品是现代社会信息化、智能化的基础，广泛应用于计算机、家用电器、数码电子等产品中，在人工智能 、移动通信、大数据、物联网等为代表的新一代信息技术和高效能计算、大容量存储、极低功耗通信和新型量子技术等创新发展中发挥着关键支撑作用。根据WSTS统计，2021年全球半导体销售额达到5560亿美元 ，同比增长26.3%，预计2022年仍将保持两位数增长趋势 ，见图 1。其中亚太地区预计增长约13.9% 。
图 1 全球半导体产业发展态势
1.2 中国半导体产业发展现状
根据中国半导体行业协会统计 ，2021年中国半导体产业继续保持快速增长态势 ，必发888电路产业销售额为10458亿元 ，首次突破万亿元，同比增长18.2%。分立器件产业销售额达到4105亿元 ，同比增长高达38.4%。中国半导体产业发展预测见图 2 。
图 2 2010-2021中国半导体产业销售额发展状况
2021年 ，在国内宏观经济运行良好的驱动下，中国半导体产业继续保持快速平稳增长。在全球“缺芯”的大背景下，国内半导体产品需求旺盛 ，大部分国内半导体生产线都处于满负荷运行状态。预计2022年受疫情与国际形势影响，增长态势将有所减缓。
1.3 中国半导体制造材料市场增长态势
半导体制造材料是必发888电路和分立器件等的重要支撑，主要包括硅片 、光掩模、光刻材料 、特种电子气体 、工艺化学品、CMP抛光材料 、溅射靶材、封装材料等。受益于国内必发888电路和分立器件产能快速扩张，2021年中国半导体材料市场继续快速增长，整体市场规模超过千亿元 ，达到1025亿元，其中晶圆制造材料市场规模达到605亿元，封装材料市场规模达到420亿元，详见图 3。
图 3 2015-2022年中国半导体材料增长态势
1.4 中国半导体制造材料产业发展状况
近年来，中国半导体材料企业技术水平持续提升，产品品质不断提高，涌现出众多具有一定市场竞争力的优质产品，产业规模不断壮大，自给能力逐渐增强。根据必发888电路材料产业技术创新联盟（ICMtia）的调研数据，2021年我国半导体材料企业销售收入为496亿元，同比增长40.4% 。预计2022年将达到622亿元 ，相关数据见图 4。
图 4 2010-2022年半导体材料企业销售收入发展趋势
2 中国电子级工艺化学品市场及产业现状
2.1工艺化学品概述
工艺化学品又称为湿电子化学品 、化学试剂 ，是半导体芯片湿法工艺过程中使用的不可缺少的关键化工材料，主要用于清洗、刻蚀 、电镀和表面处理等。通常应用于不同领域的化学品对纯度的要求也不同。如图 5所示，用于半导体制造的电子级工艺化学品是化学试剂中对纯度要求最高的领域 ，要求超高纯度和超高洁净度，对生产、包装 、运输及使用环境的洁净度都有极高要求 。
图 5 不同应用领域对化学试剂的纯度要求
工艺化学品按照其成分和应用工艺不同可以分为通用化学品和功能化学品。半导体制造常用通用化学品包括各类酸、碱、氧化剂和有机溶剂等 ，一般控制颗粒粒径在0.2μm以下 ，杂质含量控制在ppb级以下，是工艺化学品中对颗粒控制 、杂质含量要求最高的材料 。功能化学品是通过复配手段达到特殊功能 ，满足半导体制造中特殊工艺需求的配方类化学品 ，主要包括刻蚀液、清洗液、电镀液及添加剂等 ，相关产品分类见表 1。
表 1工艺化学品相关产品及其分类
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类 别 |
名 称 |
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通用 化学品 |
酸类 |
氢氟酸(HF)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)、盐酸(HCl) 、硝酸(HNO3)等 。 |
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碱类 |
氨水(NH4OH)、四甲基氢氧化铵((CH3)4NOH)等。 |
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氧化剂 |
双氧水(H2O2) |
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有机溶剂类 |
异丙醇((CH3)2CHOH)、乙二醇((CH2OH)2) 、N-甲基吡咯烷酮(C5H9NO)等。 |
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功能 化学品 |
刻蚀液 |
氧化硅缓冲刻蚀液(BOE) 、硅刻蚀液 、高选择比磷酸 、铝刻蚀液 、铜刻蚀液等。 |
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电镀液及添加剂 |
铜电镀液及添加剂、其他金属电镀液及添加剂 |
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清洗液 |
CMP抛光后清洗液、铝工艺刻蚀后清洗液、铜工艺刻蚀后清洗液、HKMG 假栅去除后清洗液、去溢料清洗液等 。 |
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氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸等属于通用化学品类别 ，在半导体制造湿法清洗和湿法刻蚀工艺中被用于清洗去除颗粒、有机残留物、金属离子、自然氧化层等污染物及在每个工艺步骤中的半成品上可能存在的杂质，避免杂质影响成品质量和下游产品性能 。
各种通用化学品的SEMI国际标准等级如表2所示。在实际供货时，供求双方通常在此标准基础上协商确定产品的技术指标。工艺线宽越细 ，所需化学品的纯度和洁净度要求也越高，线宽0.8-1.2μm工艺多用于分立器件生产，所用化学品的金属杂质和颗粒控制范围较宽，工艺线宽小于90nm的超大规模必发888电路用化学品金属杂质和颗粒控制标准最为严格，且有愈来愈严之势。在实际应用中，由于工艺化学品采用中央供应系统供给各个工艺设备，因此多种线宽并存的制造厂通常以最小线宽标准选配工艺化学品 ，所以当前半导体制造用通用化学品一般对金属离子和颗粒杂质要求都超过SEMI Grade4。
表 2 通用化学品SEMI国际标准等级
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SEMI等级 |
C1(Grade1) |
C7(Grade2) |
C8(Grade3) |
C12(Grade4) |
Grade5 |
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金属杂质(X10-9) |
≤1000 |
≤10 |
≤1 |
≤0.1 |
≤0.01 |
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控制粒径 /μm |
≤1.0 |
≤0.5 |
≤0.5 |
≤0.2 |
需双方协定 |
|
颗粒个数 (个/ml) |
≤25 |
≤25 |
≤5 |
需双方协定 |
需双方协定 |
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IC线宽 /μm |
＞1.2 |
0.8-1.2 |
0.2-0.6 |
0.09-0.2 |
＜0.09 |
功能化学品的主要特点是配方工艺精细 、技术含量高、质量要求高、工艺配套性强、对生产及使用环境洁净度要求高、产品更新换代快等。同时，由于必发888电路制造工艺或技术节点的不同 ，对功能性化学品的质量和性能要求也不尽相同 ，因此 ，至今没有十分明确的定义来描述功能化学品 。功能化学品的理化指标很难通过普通仪器定量检测，往往只能通过应用工艺来评价其有效性和产品优劣。
2.2 中国电子级工艺化学品市场预测
得益于半导体产品市场的快速增长 ，不少晶圆厂纷纷加入产能扩张的大军 ，根据必发888电路材料产业技术创新联盟（ICMtia）的调研，2021年中国晶圆产能（折合8吋）为407万片/月，其中12吋晶圆实际产能约104万片/月 ，8吋实际产能102万片/月 ，6吋及以下小直径实际产能127万片/月 。预计到2022年 ，中国12吋晶圆产能将达137万片/月，8吋晶圆产能将达113万片/月 ，6吋及以下小直径晶圆产能将维持在127万片/月，详见图 6。
图 6我国主要晶圆制造产能现状及预测
与制造产能不断扩张相适应，工艺化学品市场规模也将快速增长，根据必发888电路材料产业技术创新联盟（ICMtia）的数据，2021年我国用于必发888电路领域的电子级工艺化学品整体市场需求量达到51万吨，预计2022年 、2023年将分别增至60万吨 、80万吨以上 ，主要电子级工艺化学品如硫酸 、磷酸、硅刻蚀液、缓释氧化物刻蚀液 、金属刻蚀液等产品2021年、2022年市场规模及2023-2025年需求预测见表 3。
表 3 我国电子级工艺化学品市场需求预测
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单位：吨 |
2021年 |
2022年 |
2023年（F） |
2024年（F） |
2025年（F） |
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工艺化学品需求总量 |
510000 |
670000 |
890000 |
1000000 |
1050000 |
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其中： |
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硫酸 |
210000 |
275000 |
360000 |
380000 |
399000 |
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磷酸1 |
20000 |
31000 |
39000 |
40000 |
42000 |
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缓释氧化物刻蚀液（BOE） |
12000 |
12500 |
15000 |
17000 |
17850 |
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硅刻蚀液 |
5700 |
8200 |
10000 |
11000 |
11550 |
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金属刻蚀液2 |
1252 |
2069 |
3088 |
3349 |
3686 |
注1：数据包括电子级磷酸与高选择比磷酸的用量。
注2：金属刻蚀液包括铝刻蚀液 、高选择比钨刻蚀液、铜刻蚀液、金刻蚀液、钴刻蚀液、氮化钛TiN刻蚀液等。
未来晶圆市场对ppt级别工艺化学品的需求将成为主流，而且12吋生产线，特别是28nm以下技术节点用的功能化学品用量将明显增多 。随着必发888电路制造工艺变得越来越复杂 ，对湿法工艺的技术要求不断提高，硫酸 、磷酸、氢氟酸 、硝酸 、盐酸等通用工艺化学品的金属杂质控制一般需要达到ppt级以上，颗粒控制需要从0.1ppb级别的0.2μm提升到0.05μm甚至更小 ，而且朝着更高纯度方向不断提升的步伐从未停止 。
2.3 电子级工艺化学品主要国际企业
当前 ，全球工艺化学品的市场格局呈现三大板块 ：一是欧美传统老牌企业，主要公司包括德国巴斯夫(BASF)、美国杜邦(Dupont)、美国英特格( Entegris )等公司。这些老牌化工企业历史悠久、品种齐全、生产基地遍及世界各地，拥有极强的技术优势，产品等级可达到SEMI G4及以上级别，与半导体制造业发展几乎保持同一步调。二是日本企业，代表性的公司包括关东化学(Kanto) 、三菱化学(MCC)、斯特拉化学(StellaChemifa)等，其技术水平与欧美企业相同。三是中国台湾地区 、韩国、中国大陆地区的企业 。韩国和台湾地区企业在生产技术上具有一定优势，在高端市场与欧美、日本企业相比具有一定的竞争力，代表企业有台湾鑫林科技，韩国东友精细化工等。国外主要工艺化学品企业简况见表 4。
表 4 国外主要工艺化学品生产企业情况
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地区 |
企业名称 |
发展工艺化学品事业情况 |
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欧美 |
德国巴斯夫（Basf） |
主要业务包括半导体和平面显示用电子化学产品的生产，主要产品包括硫酸 、盐酸、硝酸 、BOE 、氢氟酸等各类高性能产品。2021年公司销售额为786亿欧元 。 |
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美国亚什兰集团（Ashland） |
主要业务包括优质专业化学品、金属铸件消耗品等多领域产品生产 ，主要产品包括N-甲基吡咯烷酮、聚合物溶剂等各类电子产品 ，公司在高雄与UPC（联合石化公司）建有超纯化学品生产基地合资企业。 2021年公司营业收入为21.11亿美元。 |
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霍尼韦尔公司（Honeywell） |
主要业务包括半导体用各类高纯度工艺化学品的生产 ，主要产品有氢氟酸、氢氧化铵、BOE和盐酸等，2021年销售额为343.92亿美元 ，预计2022年销售额达到354亿-364亿美元。 |
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英特格公司 (Entegris) |
公司旗下的ATMI公司主要业务包括半导体制造用各类化学品和关键材料的研发生产，主要产品包括各类电镀液、研磨后清洗液等 。2021年营业收入为22.99亿美元，同比上涨23.64% 。 |
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陶氏杜邦 （Dow Dupont） |
主要业务包括特种化学品、高新材料等 ，主要产品包括研磨后清洗液、铝/铜制程去除剂等多类产品及服务。2021年公司营业收入为166.53亿美元。 |
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日本 |
关东化学 （Kanto） |
主要从事半导体用酸、碱等超纯高净化学试剂的生产和研发 ，主要产品包括氢氟酸 、硫酸 、盐酸 、氨水、氟化铵等各类超纯化学品 。 |
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三菱化学（Mitsubishi） |
公司的功能材料和塑料产品业务部门主要从事信息及电子产品、专业化学制品的生产，主要产品包括硫酸、硝酸、盐酸、双氧水、氨水等各类高纯试剂。2021年公司销售额约310亿美元。 |
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斯特拉化学(StellaChemifa) |
主要从事高纯氢氟酸的研发生产，主要产品为半导体及平板显示等领域用高纯氢氟酸产品。2021年销售额达到373亿日元 。 |
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中国 台湾 |
台湾东应化股份有限公司 |
主要从事半导体用各类工艺化学品的研发生产，主要产品包括半导体用剥离液 、显像液、稀释液等。 |
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台硝投资股份 有限公司 |
主要从事半导体等领域用各类工艺化学品的专业生产，主要产品有高纯硝酸 、盐酸 、氢氟酸等。 |
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关东鑫林科技股份有限公司 |
是日本关东化学的子公司，主要从事半导体用各类工艺化学品的生产 ，主要产品包括电子级双氧水 、氨水、氢氟酸等高纯溶剂，以及混酸、刻蚀液 、清洗液等产品。 |
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韩国 |
秀博瑞殷 （Soul brain） |
主要从事电子化学原料、化学品等产品的生产销售，主要产品为半导体和平板显示用各类特种电子材料，在韩国市场占有很大份额 。 |
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东友精细化工 |
东友、东进两家公司主要从事半导体 、显示面板用各类工艺化学品的研发生产 ，在我国有一定规模的市场份额。 |
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东进世美肯科技 |
近年来，外资企业纷纷在我国建设化学品工厂 。如德国巴斯夫是全球领先的电子化学品企业，主要产品包括硫酸 、双氧水、氨水 、磷酸 、盐酸、异丙醇、硅刻蚀液 、铝刻蚀液等产品，占据我国工艺化学品市场较大份额。2021年，巴斯夫在中国大陆的销售额约为120亿欧元，占公司总销售收入的16%，同比增长40%。截止到目前 ，巴斯夫在中国共有主要生产基地6个，分别为上海浦东科技创新园、南京一体化基地、上海漕泾基地、南京基地、重庆基地和湛江一体化基地，其中湛江一体化基地一期项目在2022年进入全面建设阶段，项目建成后广东湛江将成为巴斯夫在全球第三大一体化生产基地；2021年7月巴斯夫携手浙江嘉化能源化工有限公司及其下属全资子公司浙江嘉福新材料科技有限公司在嘉兴市签署了进一步扩大电子级硫酸产能协议，生产基地扩建计划将于2023年完成。
2022年5月，默克正式签约落户张家港，拟在张家港投资建设包括半导体薄膜材料和电子特种气体的先进半导体一体化基地 、化学品仓库及运营中心。目前默克的电子科技业务在中国大陆共有上海金桥 、上海外高桥和苏州三家高科技制造工厂，并将聚焦芯片制造领域，预计2025年前新增在华投资至少10亿元人民币（约1.3亿欧元） 。
韩国东友在西安建有大型电子工艺化学品生产工厂，主要为三星西安工厂提供配套 ，在常州建有同等规模的化学品生产线，为无锡海力士提供配套。韩国秀博瑞殷是三星、海力士高选择比磷酸的最大供应商，其也在西安建设生产线就近为三星西安工厂提供高选择比磷酸、氢氟酸、BOE等产品。
2.4 电子级工艺化学品国内产业现状
近年来 ，我国工艺化学品企业技术不断提升 ，在生产技术、检测手段、技术服务等方面都开始攀升到一个新台阶，生产装备及技术实力得到大幅度的提升，部分产品具备了0.1ppb级别的生产技术，行业整体进入快速发展阶段 。在8英寸及以下必发888电路生产线 ，工艺化学品基本实现国产化，在12英寸必发888电路生产线，在28nm以上技术节点，20%以上的工艺化学品已经可以国产化。
国内从事电子级工艺化学品业务的企业主要有湖北兴福电子材料股份有限公司、中巨芯科技股份有限公司 、苏州晶瑞化学股份有限公司、联仕(昆山)化学材料有限公司、多氟多化工股份有限公司、滨化集团股份有限公司、江苏达诺尔科技股份有限公司、江阴江化微电子材料股份公司、江阴润玛电子材料股份有限公司、上海新阳半导体材料股份有限公司等 ，相关情况见表 5。
表 5 国内主要工艺化学品生产企业情况
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企业名称 |
主要产品 |
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中巨芯科技股份有限公司 |
拥有电子工艺化学品、电子气体和前驱体三大业务板块，工艺化学品主要产品有：氢氟酸 、硫酸、硝酸、盐酸、氨水、缓冲氧化刻蚀液（BOE）等 。 |
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湖北兴福电子材料股份有限公司 |
主要从事必发888电路用工艺电子化学品的研发、生产 、销售 ，主要产品有磷酸、硫酸、高选择比磷酸、硅减薄液、各类金属刻蚀液、BOE等 。 |
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苏州晶瑞化学股份有限公司 |
主要从事超净高纯工艺电子化学品的研发、生产和销售 ，主要产品有双氧水、氢氟酸、氨水、盐酸 、硫酸 、NMP等。 |
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联仕(昆山)化学材料有限公司 |
主要提供大规模必发888电路和平面显示制造用的超高纯微电子化学品，主要产品为电子级硫酸、氨水、硝酸、盐酸 、醋酸 、双氧水、BOE等。 |
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多氟多化工股份有限公司 |
主要从事电子级化学品的研发 、生产和销售 ，主要产品有氢氟酸。 |
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滨化集团股份有限公司 |
从事电子化工产品的生产销售，主要产品有氢氟酸。 |
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江苏达诺尔科技股份有限公司 |
主要从事半导体湿法工艺超高纯微电子化学品的研发、生产、销售 ，主要产品有氨水、硫酸 、双氧水、盐酸、氢氟酸等。 |
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上海新阳半导体材料股份有限公司 |
主要从事半导体行业所需电子化学品及配套设备的研发设计、生产制造和销售服务 ，主要产品有铜电镀液和电镀添加剂 、锡及锡合金电镀液和电镀添加剂 、去溢料清洗液、铝连线刻蚀后清洗液、铜连线刻蚀后清洗液等。 |
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江阴江化微电子材料股份公司 |
主要从事湿电子化学品的研发、生产和销售 ，产品主要有过氧化氢、氢氟酸 、盐酸 、氢氧化铵 、氟化铵、乙醇、异丙醇、丙酮 、正胶剥离液、负胶剥离液、CMP后清洗液、硅刻蚀液 、铝刻蚀液等。 |
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江阴润玛电子材料股份有限公司 |
主要从事电子化学品的研发、生产和销售 ，主要产品有硝酸、硫酸、氢氟酸、ITO刻蚀液、铝刻蚀液 、钼铝刻蚀液 、过氧化氢 、异丙醇、丙酮等 。 |
2.4.1电子级磷酸产业现状
电子级磷酸主要用于必发888电路制造过程中的清洗与蚀刻，高选择比磷酸是针对3D NAND先进存储器开发的化学品，主要用于高选择性的去除O/N（氧化硅/氮化硅）堆叠结构中的氮化硅，对刻蚀选择比、通道材料损伤、重复性和稳定性等有很高要求 。去除3D NAND的氮化硅Si3N4层需要极高的对氧化硅的刻蚀选择比，通过在高纯磷酸中添加有机硅化合物、有机硅稳定剂、表面活性剂等添加剂增加氮化硅对氧化硅的刻蚀选择比，同时也能减少含硅反应产物在晶片上的沉淀。根据必发888电路材料产业技术创新联盟（ICMtia）不完全统计，2021年国内电子级磷酸总产能约3万吨 。
目前，国产电子级磷酸在28nm、14-10nm技术节点的必发888电路生产线均已实现批量应用 。高选择比磷酸产品在存储3D NAND 64层、128层工艺均已实现批量应用 。
2.4.2 电子级硫酸产业现状
电子级硫酸主要用于晶片的清洗和刻蚀，在半导体元件的生产过程中，几乎每两道工序之间都要进行晶片清洗。硫酸浓度规格为96% ，使用温度范围在90～125℃之间，可以从晶片上除去几乎所有无机残留物和颗粒，在硫酸中加入氧化剂可除去碳残余物。半导体用硫酸的金属杂质含量要求达到SEMI G4标准 ，对于12吋先进工艺要求需达到SEMI G5标准 。目前，国产硫酸在28nm技术节点的必发888电路生产线均已实现量产应用 ，在14nm技术节点的应用也已小批量供货 。
根据必发888电路材料产业技术创新联盟（ICMtia）不完全统计 ，2021年国内硫酸总产能约12万吨 ，其中半导体级别的硫酸产能约为10万吨。
2.4.3 缓释氧化物刻蚀液（BOE）产业现状
缓释氧化物刻蚀液（BOE）多用于带光刻胶的氧化硅刻蚀和栅氧化层刻蚀，加入表面活性剂可以改善基片表面的浸润性及刻蚀后硅片表面微观粗糙度，一般由氟化铵与氢氟酸进行配比制作而成，根据具体应用情况，有多种不同的配方比例，工艺技术要求高，开发难度大 。随着必发888电路工艺技术的快速进步，对刻蚀后薄膜均匀性和表面粗糙度的要求越来越高，由于BOE的刻蚀速率较快，难以克服该类问题，因此在28nm以下先进工艺技术中有逐渐被稀释氢氟酸取代的趋势。目前国内的缓释氧化物刻蚀液在8吋及存储DRAM工艺均已实现量产应用。
2.4.4 硅刻蚀液产业现状
硅刻蚀液主要包括单晶硅刻蚀液与多晶硅刻蚀液 ，其中单晶硅刻蚀液主要用于硅晶圆背面减薄，多晶硅刻蚀液（Poly刻蚀液）通常应用于多晶硅的刻蚀 ，在3D NAND先进存储器生产中应用于硅片键合（Wafer bonding）前的刻蚀 ，要求刻蚀速率随化学品寿命（Lifetime）波动小，片内刻蚀速率均匀性好 ，对刻蚀的均匀性 、一致性 、稳定性要求极高。Poly刻蚀液可以控制刻蚀速率 ，例如添加硫酸可以改善刻蚀后的硅表面形貌，加入磷酸可以使得刻蚀速率更稳定 。目前，国内企业的硅刻蚀液在8吋及12吋90-65nm节点已实现量产应用，在45-28nm节点已完成产品认证。
2.4.5 金属刻蚀液产业现状
金属刻蚀液主要包括铝刻蚀液、高选择比钨刻蚀液、铜刻蚀液、金刻蚀液、钴刻蚀液、氮化钛刻蚀液等。铝刻蚀液由磷酸、硝酸 、醋酸通过一定比例进行配比而成，其刻蚀速率可由浓度温度控制，添加醋酸可以改善铝表面的浸润性并起到稳定刻蚀速率的作用 ，也可用于刻蚀Ti、W等金属。目前铝刻蚀液已可顺利应用于常规器件中 ，但在先进的3D NAND存储器制造工艺中，因其用于阻挡层金属氮化钛和控制栅极金属W在沟道内的选择性刻蚀 ，需要无损伤地停止在栅极高k材料（如三氧化二铝）表面 ，因此对刻蚀选择比、稳定性和均匀性等要求极高，特别是当垂直沟道上的钨未完全刻蚀时，3D NAND器件将会发生短路现象 。目前，国内已取得较大进展，在8吋必发888电路制造工艺中已实现量产应用；国内高选择比钨刻蚀液产品在3D NAND 64层 、128层制造工艺已完成产品认证；氮化钛刻蚀液 、金刻蚀液在8吋必发888电路制造工艺中已实现量产应用 。