电子级化学品除杂的必要性

在电子级化学品生产中，砷、硼、硅等杂质的控制至关重要，尤其是应用于半导体、显示面板等高端领域的电子级产品，其纯度通常需达到ppb 级甚至更低（参考 SEMI 国际标准）。以下针对各产品分析是否需要除砷、除硼、除硅及其技术必要性：

一、普遍需要除砷、除硼、除硅的共性原因

1. 砷（As）

   • 作为有毒元素和重金属杂质，砷在电子级化学品中可能以 As³⁺（亚砷酸根）、As⁵⁺（砷酸根） 等形态存在，即使痕量也会影响半导体器件的电学性能（如掺杂均匀性），甚至导致器件失效。
   • 必须去除，尤其是在半导体制造用的蚀刻液、清洗液中，砷含量需严格控制（通常＜10 ppb）。

2. 硼（B）

   • 硼在半导体材料中作为重要的掺杂剂（如 P 型掺杂），但过量的硼（以 硼酸根（B (OH)₄⁻） 形式存在）会干扰材料的导电类型和电阻率，尤其在电子级酸碱中需精确控制（通常＜50 ppb）。
   • 必须去除，避免对芯片制造中的离子注入、薄膜沉积等工艺产生影响。

3. 硅（Si）

   • 硅通常以 硅酸根（SiO₃²⁻）、胶体硅（SiO₂） 等形态存在，可能形成颗粒杂质或凝胶状沉淀，堵塞精密设备（如喷嘴、管路），并影响蚀刻或清洗的均匀性（尤其是氢氟酸体系中，硅杂质可能导致蚀刻速率不稳定）。
   • 必须去除，确保溶液的澄清度和工艺稳定性。

二、分产品针对性分析

1. 电子级氢氧化钾（KOH）、氢氧化钠（NaOH）

• 杂质形态：
  • 砷：AsO₂⁻、AsO₄³⁻（碱性条件下）；
  • 硼：B (OH)₄⁻（强碱性条件下主要存在形式）；
  • 硅：SiO₃²⁻（溶于强碱形成硅酸盐）。
• 去除必要性：
  • 三者均需去除。KOH/NaOH 常用于半导体硅片的清洗、蚀刻（如 MEMS 器件制造），硅杂质可能导致硅片表面划伤或蚀刻不均匀；硼、砷杂质影响后续掺杂工艺的精度。
• 技术手段：
  • 采用 强碱性阴离子交换树脂 去除 AsO₄³⁻、B (OH)₄⁻、SiO₃²⁻，或通过螯合树脂选择性吸附砷。

2. 电子级盐酸（HCl）、氢氟酸（HF）

• 杂质形态：
  • 砷：AsCl₃（盐酸中）、AsF₃（氢氟酸中），酸性条件下以 H₃AsO₃、H₃AsO₄ 形式存在；
  • 硼：H₃BO₃（游离硼酸，在 HF 中可能形成氟硼酸根 BF₄⁻）；
  • 硅：H₄SiO₄（硅酸）、胶体 SiO₂（尤其是 HF 中，硅易形成氟硅酸盐沉淀）。
• 去除必要性：
  • 三者均需去除。盐酸用于金属表面清洗、蚀刻，氢氟酸用于硅片或玻璃的蚀刻，硅杂质会导致蚀刻速率异常，硼、砷杂质影响金属离子蚀刻的选择性。
• 技术手段：
  • 盐酸：采用 大孔阴离子树脂 去除 AsO₄³⁻、硼酸根；
  • 氢氟酸：需耐 HF 的 螯合树脂或特种树脂（如除硼树脂对 H₃BO₃有特异性吸附），同时去除硅溶胶颗粒（结合膜过滤）。

3. 电子级过氧化氢（H₂O₂）

• 杂质形态：
  • 砷：As³⁺/As⁵⁺（被 H₂O₂氧化为高价态）；
  • 硼：H₃BO₃（弱酸性条件下）；
  • 硅：H₄SiO₄（溶解态）或胶体硅。
• 去除必要性：
  • 三者均需去除。H₂O₂作为氧化剂用于硅片清洗（如 RCA 清洗），痕量砷、硼会污染硅片表面，硅颗粒导致清洗不彻底，影响后续薄膜沉积质量。
• 技术手段：
  • 采用 抗氧化树脂（如丙烯酸基树脂）去除阴离子杂质，结合蒸馏或超滤去除胶体硅。

4. 电子级氨水（NH₃・H₂O）

• 杂质形态：
  • 砷：As (NH₃)₄⁺（极微量，碱性条件下可能以 AsO₂⁻存在）；
  • 硼：NH₄B (OH)₄（硼酸铵）；
  • 硅：(NH₄)₂SiO₃（硅酸铵）。
• 去除必要性：
  • 硼是关键控制对象（氨水用于半导体清洗时，硼残留会影响光刻胶显影精度），砷、硅需同步去除以满足 SEMI 标准。
• 技术手段：
  • 采用 弱碱性阴离子树脂 或 除硼专用树脂（如CH-99，利用硼与多羟基化合物的络合作用吸附）。

5. 电子级氯化铁（FeCl₃）、氟化钠（NaF）

• 杂质形态：
  • 砷：As³⁺/As⁵⁺（氯化铁中以 FeAsCl₆形式存在，氟化钠中可能以 Na₃AsF₆存在）；
  • 硼：NaBF₄（氟化钠中可能形成氟硼酸盐）；
  • 硅：Na₂SiO₃（氟化钠中溶于水形成硅酸盐）。
• 去除必要性：
  • 氯化铁用于金属蚀刻（如印制电路板），砷杂质影响蚀刻速率，硅颗粒堵塞喷嘴；氟化钠作为助熔剂或蚀刻剂，硼、硅杂质影响晶体生长或表面处理效果。
• 技术手段：
  • 氯化铁：通过 阳离子交换树脂 去除 As³⁺，阴离子树脂去除游离硼酸根；
  • 氟化钠：采用 螯合树脂 去除重金属砷，结合沉淀法或树脂法去除硅、硼。

三、总结

所有电子级化学品均需除砷、除硼、除硅，具体原因如下：

1. 半导体 / 电子行业的严格标准（SEMI 规定多数杂质需＜100 ppb，关键元素＜10 ppb）；
2. 杂质对工艺的直接影响：
   • 砷：毒性强，干扰器件电学性能；
   • 硼：影响掺杂精度和材料导电性；
   • 硅：形成颗粒或沉淀，导致设备堵塞或工艺不均匀。
3. 技术可行性：
   • 离子交换树脂是核心纯化手段（针对不同价态、形态的杂质选择专用树脂，如除砷树脂、除硼树脂、强碱 / 弱碱阴离子树脂）；
   • 需结合膜过滤、蒸馏、螯合等工艺实现深度纯化。

建议在生产流程中设置 多段纯化单元，尤其在溶液浓缩、精馏前通过离子交换树脂去除目标杂质，确保最终产品满足电子级纯度要求。