国产芯片材料的黄金十年到了芯片是什么东西 _半导体

《半导体材料专题报告》
半导体产业链可以大致分为设备、材料、设计等上游环节、中游晶圆制造，以及下游封装测试等三个主要环节。半导体材料是产业链上游环节中非常重要的一环，在芯片的生产制造中起到关键性的作用。根据半导体芯片制造过程，一般可以把半导体材料分为基体、制造、封装等三大材料，其中基体材料主要是用来制造硅晶圆半导体或者化合物半导体，制造材料则主要是将硅晶圆或者化合物半导体加工成芯片的过程中所需的各类材料，封装材料则是将制得的芯片封装切割过程中所用到的材料。
▲半导体材料处于整个产业链的上游环节
▲半导体芯片制造过程示意图
根据芯片材质不同，分为硅晶圆片和化合物半导体，其中硅晶圆片的使用范围最广，是集成电路 IC 制造过程中最为重要的原材料。硅晶圆片全部采用单晶硅片，对硅料的纯度要求较高，一般要求硅片纯度在 99.%（9N）以上，远高于光伏级硅片纯度。先从硅料制备单晶硅柱，切割后得到单晶硅片，一般可以按照尺寸不同分为 6-18 英寸，目前主流的尺寸是 8 英寸（200mm）和 12英寸（300mm）， 18 英寸（450mm）预计至少要到 2020 年之后才会逐渐增加市场占比。全球龙头企业主要是信越化工、SUMCO、环球晶圆、、LG等企业。
▲硅晶圆片示意图
化合物半导体主要指砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等第二、第三代半导体，相比第一代单质半导体（如硅（Si）、锗(Ge）等所形成的半导体），在高频性能、高温性能方面优异很多。三大化合物半导体材料中， GaAs占大头，主要用在通讯领域，全球市场容量接近百亿美元；GaN 的大功率和高频性能更出色，主要应用于军事领域，目前市场容量不到 10 亿美元，随着成本下降有望迎来广泛应用；SiC 主要作为高功率半导体材料，通常应用于汽车以及工业电力电子，在大功率转换领域应用较为广泛。
抛光材料。半导体中的抛光材料一般是指 CMP 化学机械抛光（）过程中用到的材料， CMP 抛光是实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺。CMP 抛光的原理是是在一定压力下及抛光浆料存在下，被抛光工件相对于抛光垫做相对运动，借助于纳米粒子的研磨作用与氧化剂的腐蚀作用之间的有机结合，在被研磨的工件表面形成光洁表面。
▲半导体抛光原理示意图
抛光材料一般可以分为抛光垫、抛光液、调节器和清洁剂，其中前二者最为关键。抛光垫的材料一般是聚氨酯或者是聚酯中加入饱和的聚氨酯，抛光液一般是由超细固体粒子研磨剂（如纳米级二氧化硅、氧化铝粒子等）、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成。
根据SEMI和IC Mtia数据， 2016年全球抛光材料的市场规模大约16.1亿美元，其中国内市场规模约 23 亿元。全球抛光垫市场几乎被陶氏垄断，抛光液市场则主要由日本的和，美国的卡博特、杜邦、Rodel、EKA ，韩国的 ACE 等企业占领绝大多数市场份额。
掩膜版。掩膜版通常也被称为光罩、光掩膜、光刻掩膜版，是半导体芯片光刻过程中的设计图形的载体，通过光刻和刻蚀，实现图形到硅晶圆片上的转移。掩膜版通常根据需求不同，选择不同的玻璃基板，一般是选择低热膨胀系数、低钠含量、高化学稳定性及高光穿透性等性能的石英玻璃为主流，在上面镀厚约 100nm 的不透光铬膜和厚约 20nm 的氧化铬来减少光反射。

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