半導(dǎo)體材料一直以來都是芯片制造的“基石”，是推動(dòng)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)新的重要基礎(chǔ)。在整個(gè)集成電路制造過程中，不管是制造還是封測都會用到半導(dǎo)體材料。

半導(dǎo)體材料在集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中處于上游環(huán)節(jié)，技術(shù)門檻高，客戶認(rèn)證周期長，與供應(yīng)鏈之間的聯(lián)系也頗為密切。本文中將重點(diǎn)講解芯片制造中的幾種關(guān)鍵材料，并對該材料領(lǐng)域的代表企業(yè)逐一盤點(diǎn)。

硅片

代表企業(yè)：信越華學(xué)（日本）、勝高（日本）、世創(chuàng)電子（德國）

硅片是指由單晶硅切割成的薄片，直徑有6英寸、8英寸、12英寸等規(guī)格，主要用來生產(chǎn)集成電路。硅片是制作集成電路的重要材料，通過對硅片進(jìn)行光刻、離子注入等手段，可以制成各種半導(dǎo)體器件。

最常見的硅元素存在于地殼中，含量高達(dá)25．8％，為單晶硅的生產(chǎn)提供了取之不盡的源泉。這也是為什么芯片得以大規(guī)模生產(chǎn)制造的原因。隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)等技術(shù)發(fā)展，使硅片的造價(jià)已降到十分低廉的程度。這使得硅片已廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防。

目前的硅片工藝面臨著切割線直徑、荷載、切割速度、維護(hù)性等挑戰(zhàn)。硅片廠商必須平衡這些相關(guān)的因素使生產(chǎn)力達(dá)到最大化。硅片厚度也是影響生產(chǎn)力的一個(gè)因素，因?yàn)樗P(guān)系到每個(gè)硅棒所生產(chǎn)出的硅片數(shù)量。越薄的硅片生產(chǎn)難度越大，超薄硅片線鋸系統(tǒng)必須對工藝線性、切割線速度和壓力、以及切割冷卻液進(jìn)行精密控制。

一塊合格的硅片，表面不能有損傷（細(xì)微裂紋、線鋸印記），形貌上不能有缺陷（彎曲、凹凸、厚薄不均），對額外后端處理如拋光等的要求也要降到最低。

掩膜板

代表企業(yè)：DNP（日本）、Photronics（美國）

即光掩模版，英文名稱PHOTOMASK。掩膜板的材質(zhì)是由石英玻璃、金屬鉻和感光膠組成。在芯片制造過程中，掩膜板就是光罩，也可理解為包含芯片版圖信息的膠片，經(jīng)過曝光以后，掩膜版里的版圖就被刻到了晶圓上。

一般來說，掩膜板由石英玻璃作為襯底，在其上面鍍上一層金屬鉻和感光膠，成為一種感光材料。再把設(shè)計(jì)好的電路圖形通過電子激光設(shè)備曝光在感光膠上，被曝光的區(qū)域會被顯影出來，在金屬鉻上形成電路圖形，成為類似曝光后的底片的光掩模版，然后應(yīng)用于對集成電路進(jìn)行投影定位，通過集成電路光刻機(jī)對所投影的電路進(jìn)行光蝕刻，其生產(chǎn)加工工序?yàn)椋浩毓猓@影，去感光膠，最后應(yīng)用于光蝕刻。

電子氣體

代表企業(yè)：空氣化工（美國）、林德集團(tuán)（德國）、大陽日酸（日本）

半導(dǎo)體工業(yè)用的氣體統(tǒng)稱電子氣體。按其門類可分為純氣，高純氣和半導(dǎo)體特殊材料氣體三大類。特殊材料氣體主要用于半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中的外延，摻雜和蝕刻工藝；高純氣體主要用作稀釋氣和運(yùn)載氣。電子氣體是特種氣體的一個(gè)重要分支。電子氣體按純度等級和使用場合，可分為電子級，LSI（大規(guī)模集成電路）級，VLSI（超大規(guī)模集成電路）級和ULSI（特大規(guī)模集成電路）級。

超大規(guī)模集成電路、平面顯示器件、化合物半導(dǎo)體、太陽能電池等都少不了電子氣體，它們被廣泛應(yīng)用在薄膜、刻蝕、摻雜、沉積、擴(kuò)散等工藝中。在目前最先進(jìn)的超大規(guī)模集成電路工廠的晶圓片制造過程中，全部工藝步驟超過450道，其中大約要使用50種不同種類的電子氣體。

CMP拋光材料

代表企業(yè)：卡博特（美國）、陶氏（美國）、杜邦（美國）、Fujimi（日本）

CMP拋光是晶圓制造的重要流程之一，對高精度、高性能晶圓的制造至關(guān)重要。與傳統(tǒng)的純機(jī)械或純化學(xué)的拋光方法不同，CMP拋光工藝是通過表面化學(xué)作用和機(jī)械研磨的技術(shù)結(jié)合來實(shí)現(xiàn)晶圓表面微米／納米級不同材料的去除，從而達(dá)到晶圓表面的高度（納米級）平坦化效應(yīng)，使下一步的光刻工藝得以進(jìn)行。

CMP工藝過程中所采用的設(shè)備及消耗品包括：拋光機(jī)、拋光液、拋光墊、后 CMP清洗設(shè)備、拋光終點(diǎn)檢測及工藝控制設(shè)備、廢物處理和檢測設(shè)備等。其中CMP材料主要包括拋光液、拋光墊、調(diào)節(jié)器、CMP清洗以及其他等耗材。其中，拋光液和拋光墊占CMP材料細(xì)分市場的80％以上，是CMP工藝的核心材料。

拋光液對拋光過程所產(chǎn)生的影響體現(xiàn)在物理作用與化學(xué)作用兩個(gè)方面。物理作用方面，拋光液中的磨料對工件表面材料進(jìn)行機(jī)械去除，拋光液對拋光區(qū)域進(jìn)行潤滑以減小摩擦，并且能夠吸收加工過程所產(chǎn)生的熱量，使加工區(qū)域恒溫；化學(xué)作用方面，常使用能夠?qū)Ρ粧伖獠牧线M(jìn)行微量化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)作為拋光液組分，對拋光工件表層材料進(jìn)行軟化和腐蝕，從而輔助機(jī)械材料去除過程。通常根據(jù)被加工材料以及所選用的拋光墊材質(zhì)對拋光液成分進(jìn)行配置。常用的拋光液分為二氧化硅拋光液、鎢拋光液、鋁拋光液和銅拋光液。

拋光墊具有儲存和運(yùn)輸拋光液、去除加工殘余物質(zhì)、維持拋光環(huán)境等功能。目前的拋光墊一般都是高分子材料，如合成革拋光墊、聚氨醋拋光墊、金絲絨拋光墊等，其表面一般含有大小不一的孔狀結(jié)構(gòu)，有利于拋光漿料的存儲與流動(dòng)。

光刻膠

代表企業(yè)：JSR（日本）、信越華學(xué)（日本）、陶氏（美國）

光刻膠是光刻成像的承載介質(zhì)，其作用是利用光化學(xué)反應(yīng)的原理將光刻系統(tǒng)中經(jīng)過衍射、濾波后的光信息轉(zhuǎn)化為化學(xué)能量，進(jìn)而完成掩模圖形的復(fù)制。

光刻膠一般由聚合物骨架、光致酸產(chǎn)生劑或光敏化合物、溶劑，以及顯影保護(hù)基團(tuán)、刻蝕保護(hù)基團(tuán)等其他輔助成分組成。光刻膠是微電子技術(shù)中微細(xì)圖形加工的關(guān)鍵材料之一，特別是近年來大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，更是大大促進(jìn)了光刻膠的研究開發(fā)和應(yīng)用。印刷工業(yè)是光刻膠應(yīng)用的另一重要領(lǐng)域。

濕化學(xué)品

代表企業(yè)：巴斯夫（德國）、霍尼韋爾（美國）、住友化學(xué)（日本）

濕化學(xué)品是微電子、光電子濕法工藝制程中使用的各種液體化工材料。在顯示面板、半導(dǎo)體、太陽能電池等制作過程中，濕化學(xué)品是不可缺少的關(guān)鍵性材料之一。

濕電子化學(xué)品一般可劃分為通用濕電子化學(xué)品和功能濕電子化學(xué)品，通用濕電子化學(xué)品指在半導(dǎo)體、顯示面板、太陽能電池等制造工藝中被大量使用的液體化學(xué)品，一般為單成份、單功能化學(xué)品，例如氫氟酸、硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等。功能濕電子化學(xué)品指通過復(fù)配手段達(dá)到特殊功能、滿足制造中特殊工藝需求的復(fù)配類化學(xué)品，例如顯影液、剝離液、蝕刻液、稀釋液、清洗液等。

靶材

代表企業(yè)：日礦金屬（日本）、東曹（日本）、霍尼韋爾（美國）、普萊克斯（美國）

靶材就是高速荷能粒子轟擊的目標(biāo)材料。有金屬類、合金類、氧化物類等等。例如：蒸發(fā)磁控濺射鍍膜是加熱蒸發(fā)鍍膜、鋁膜等。更換不同的靶材（如鋁、銅、不銹鋼、鈦、鎳靶等），即可得到不同的膜系（如超硬、耐磨、防腐的合金膜等）。靶材是制備薄膜的主要材料之一，在集成電路、平板顯示、太陽能電池、記錄媒體、智能玻璃中受到諸多應(yīng)用，靶材對材料純度和穩(wěn)定性要求高。

靶材由“靶坯”和“背板”焊接而成。未來，高濺射率、晶粒晶向控制、大尺寸、高純金屬將會是靶材的發(fā)展趨勢。

小結(jié)

不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前主流的半導(dǎo)體材料市場份額多為海外供應(yīng)商所壟斷，國產(chǎn)化率仍處在較低層次。如今，旺盛的市場需求以及廣闊的國產(chǎn)替代空間，本土的半導(dǎo)體材料企業(yè)受政策大力扶持影響下，有望迎來更多發(fā)展機(jī)會。
編輯：lyn