【技术】芯片制造的关键材料有哪些？
有不少小伙伴提问，芯片制造涉及到哪些关键材料？今天就跟大家一起来聊聊这个话题。
1、单晶硅
晶圆和硅片的核心材料
单晶硅是制作芯片的重要材料，制作难度在于纯度要求高。它的制作方法通常是直拉法，获得的晶圆纯度一般只能达到99.9999%，容易出现电阻率不均匀的问题，还有一种制作工艺是区熔法，纯度可达99.999999999%，但这一方法流程繁琐，成本较高。
硅晶圆产业具有一定的垄断性，硅片尺寸越大，纯度越高，垄断情况就越严重。目前高纯度单晶硅产量较领先的企业都集中在日本，我国作为后起之秀，近年来也开始具备生产高纯度晶圆的能力，不仅实现了对内供给，如今更是出口半导体强国韩国。
2、CMP抛光材料
晶圆CMP工艺的关键耗材
芯片要想稳定性高，就需要进行高质量的表面抛光来实现整个晶圆的全局均匀平坦化，抛光垫、抛光液则是这一工艺中的关键耗材，直接影响CMP工艺的基础效果。
抛光材料的技术具有一定的行业壁垒，主要受技术要求、资金成本和认证体系影响，目前在这一领域我国专利技术积累不高，主要还是依赖向美日韩进口。
3、光掩膜版
芯片制程的核心瓶颈
光掩膜版是光刻设备的关键器件，也是限制芯片工艺最小线宽的核心瓶颈，技术门槛较高。目前世界上已可以量产7纳米制程的芯片，更小制程的研发也即将上流水线，这对光掩膜版的要求将进一步提高。
在光刻机生产方面，荷兰ASML公司一家独大，而能生产优质光掩膜版的企业，目前也是以台积电、韩国三星、美国英特尔等半导体巨头为主。
4、光刻胶
芯片光刻的重要材料
光刻加工工艺复杂，占据整个芯片制造工艺用时的一半以上，光刻胶就在这一工艺环节扮演了重要角色，它的品质好坏直接决定了加工的稳定性和芯片的良品率。
当今世界光刻胶市场，主流以光刻波长为248nm的KrF和193nm的ArF为主，这一系列的光刻胶技术大多被日本和美国垄断，我国光刻胶近年来也掌握了436nm和365nm光刻波长的技术，逐步从低端向高端发展。
5、湿电子化学品
蚀刻和清洗的重要耗材
湿电子化学品主要用于芯片蚀刻工艺的各个环节，分为超高纯净试剂和功能性材料，如蚀刻液、显影液、极性溶液、氢氟酸、硫酸、双氧水等。
我国的蚀刻技术基本与世界持平，虽然目前湿电子化学品市场依旧主要被欧美日韩等地区企业瓜分，但他们已无法对我们形成垄断，甚至有被我们取代的趋势。
6、电子气体
芯片制造的血液
电子特种气体在蚀刻、掺杂等诸多环节中有重要作用，决定了芯片制造的导电性、集成度和成品率，有较高的技术壁垒，主要体现在气体的分离和提纯、杂质的检测和监控、成品的运输和存储上。
电子特种气体行业集中度高，我国已有不少新兴企业拥有生产资质，尽管在国际市场方面依旧被一些传统半导体地区垄断，但目前我国企业已形成有力的挑战。
7、溅射靶材
掺杂和镀膜的主要材料
溅射工艺是芯片掺杂和镀膜的主要技术环节，溅射靶材用于晶圆导电层、阻挡层和金属栅极的制作，影响了芯片成品的稳定性和良品率，主要材料是高纯度的铝、铜、钛、钽等金属。
高纯度溅射靶材的制造有一定的技术门槛，对制造设备的投资金额要求也相对较高，早年间这一领域被美日垄断，但近年来随着国产技术的成熟，这一领域市场规模增速高于全球增速，正逐渐占领世界市场。
8、晶圆封装材料
先进封装工艺的耗材
传统芯片封装工艺是先切割晶圆，后封装芯片，这会增加约20%的原芯片体积，晶圆级芯片规模封装技术是先封装测试后切割成芯片，这一方法不仅可以减少封装体积，也可以提升芯片稳定性，这对晶元封装材料，如陶瓷基板、封装基板、引线框架等要求更高。
封装测试属于芯片产业链末端，相比光刻、蚀刻等工艺对技术要求没那么高。高端市场方面，尽管美国、德国、日本企业占据了较大比例，但我国大陆和台湾不少芯片封测公司在规模、速度和工艺标准上也丝毫不逊色。
除这些核心材料外，不同的芯片制造还涉及到更多材料技术，尤其是特殊领域的芯片。如暖芯迦在生物传感和神经刺激领域研发的多种芯片模块，就融合了诸多前沿的芯片设计方案和材料技术。
面向脑机接口的可编程高密度神经刺激芯片，可在恢复视觉听觉、脑卒中运动康复、癫痫等神经疾病的干预治疗和假肢环境交互等领域发挥巨大作用；多功能刺激芯片，可应用在产后修复、康复训练、疼痛缓解、吞咽障碍刺激等大健康行业；生命指征参数检测芯片模块则可以检测人体核心健康指标，分析生物小信号。
芯片是大国重器，芯片材料的发展是我们实现制造强国无法绕开的话题。在芯片制造上，我国虽然有一些工艺依旧与世界先进技术存在一些差距，但有不少细分领域已经逐渐实现领跑。只要我们坚持自主研发，吸纳和学习更多技术，未来中国芯必将在多领域大有可为。
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