之前的文章已经介绍过制造芯片所需要的半导体设备，从这一章起给大家介绍一下制造芯片所需要的材料，今天小编就来聊一聊关于芯片代码对照表?接下来我们就一起去研究一下吧!
芯片代码对照表
之前的文章已经介绍过制造芯片所需要的半导体设备，从这一章起给大家介绍一下制造芯片所需要的材料。
芯片制造分为前道制造工艺和后道封装工艺。
在前道工艺中，主要材料包括晶圆片、掩膜版、电子气体、光刻胶、CMP（化学机械抛光）的抛光材料、高纯度湿电子化学品以及靶材。
在后道封装工艺中，主要材料包括引线框架、封装基板、陶瓷基板、键合丝、包装材料及芯片粘接材料等。
从2019的数据来看，整个半导体材料的市场规模在521亿美金左右，其中前道芯片制造材料的市场规模为328亿美元，后道封装材料的市场规模约192亿美元。
这里我们主要讲前道芯片制造材料，就是328亿这部分。至于封装的部分，将在后续的文章中再介绍。
下面对各种材料进行简单的介绍，让大家先有个印象。每一种材料的具体介绍将会在后续开单章详细讲。
前道制造材料中占大头的是晶圆片，我们通常说8英寸、12英寸硅片就是这个东西。它是芯片制造的基底材料，占了前道工艺半导体材料比重的38%以上。
关于硅片的内容，前面已经用005到007三章进行过详细的介绍，有兴趣的朋友可以凌波微步一下。
排名第二的是掩膜版，占前道工艺中材料的13%。
掩膜版，又称光罩、光掩膜、光刻掩膜版等等。
芯片设计公司一般比较喜欢说“去做光罩”或者“去mask”了，这就是设计图发去做掩膜版了的意思。
掩膜版，其实就是芯片制造光刻工艺所用的“图形母版”，承载了电路图设计和工艺技术等关键信息。掩膜版通常由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形，再通过曝光系统将图形转印到芯片上。
最简单粗暴的理解就是，掩膜版像一块由透明和不透明材料做成的“图样”，光刻机的光源对着掩膜版一打光，将掩膜版上的图样投射在涂了光刻胶的晶圆上，光刻胶受到光照发生化学反应，将图形显现出来呈现在晶圆上。
当然实际的过程比这个要复杂和高难度得多，这就是个便于理解的粗暴描述而已。
这里我们也可以看出，掩膜版上也是有图样的，对，这个“原始图样”也是要用光刻机给“印上去”。只不过掩膜版的面积比最终芯片要大，所以这里需要的光刻技术难度没有那么高。在制作芯片的时候，会将掩膜版上的图样按照比例缩小。
显然，作为“母版”，掩膜版是芯片制造的关键，它图样的精度、质量、准确度直接影响芯片的生产。
掩膜版的上游一般就是芯片设计公司，他们负责搞电路图设计。还有就是做掩膜设备和掩膜材料的供应商。下游客户就是晶圆厂、封装厂、面板厂、电路板印制厂等等。
由于下游客户自建掩膜版生产线的投入产出比很低，而且这也有较高技术壁垒的行业，所以全球范围内掩膜版一般以专业的生产商为主。HOYA、SKE、LG、PKL 等海外厂商垄断了 90%的市场份额。
当然像台积电、三星这样的大户也是有自己的掩膜版生产线的。
近年来，掩膜版不断向高精度、大尺寸方向发展，这对掩膜版厂商的技术自然有了更高的要求。
目前，国内的部分龙头企业在中低端产品上已经接近国际一线水平，但是在10代大尺寸、AMOLED用高精度掩膜版等领域还是有差距。
和掩膜版同样位列第二的是电子气体，也占了前道半导体材料的13%。
电子气体，广义上指电子工业生产中所使用的气体，狭义的就是特指半导体行业用的特殊气体。所以，有时候我们也会看到某些文章中将半导体应用中的电子气体叫“电子特气”。
在中国的特种气体销售中，电子行业占41%，石油化工占39%，医疗环保占10%，其他领域占10%。
在电子行业中，芯片制造使用电子气体又占了42%，可谓是真“用气大户”了；排名第二的是显示面板领域，占37%；之后是太阳能和LED领域，占13%和8%。
在芯片制造中，电子气体又可以分为大宗气体和特殊气体两类。
其中，大宗气体是氮气、氧气、氩气、氦气、氢气等这类纯净气体。
这种气体中的氧气、氢气等，主要是“反应气体”，它们会参与到化学反应中。
氩气、氮气、氦气这类的惰性气体，主要是“保护气体”，它们不参与化学反应，负责对反应保驾护航。
与大宗气体相对的是特殊气体，通常是一些要参加化学反应的化合物气体。
比如硅烷、磷化三氢、一氧化二氮、氨气，四氟甲烷等等，它们在芯片制造过程中肩负一些物质生成的重担。
在芯片制造过程中使用的电子气体有 100 多种， 核心工段常见的在40到50种左右。
电子气体会广泛地参与芯片制造工艺中的清洗、刻蚀、成膜、掺杂等等步骤。可以说，从制作硅晶棒开始到最后的芯片封装，每一个环节、步骤，都少不了电子气体的打工身影。
但显然，作为芯片作为“高精密”制造工业，并不是什么气体都有责个获得“打工人”身份的。毕竟，这位“打工气”对芯片的良率和可靠性起到了关键的作用。
举个简单的例子，普通工业气体纯度要求在99.99%左右。但要给芯片打工，这个纯度就必须更高才行。在先进制程芯片工艺中，气体纯度要求在 6N（99.9999%）以上。
目前，全球特气市场美国气体化工、美国普莱克斯、日本昭和电工、英国 BOC（现为德国林德集团子公司）、法国液化空气和太阳日酸株武会社六家公司所垄断。国内市场海外六大龙头企业也控制了 85%的份额。
不过值得欣慰的是，截止 2019 年，芯片制造过程中用到的 83 种比较主要的电子气体，其中有35%已实现本土化，包括高纯硅烷、高纯氨、高纯笑气、氖气和高纯 CL2 等。
在半导体制造材料中占比排名第三的是光刻胶及其配套材料，占12%。
光刻胶应该算是半导体材料中技术壁垒最高的，也是目前国产替代差距最大的材料。
目前国内主要在显示面板光刻胶、PCB光刻胶这种比较低端的应用领域实现了进口替代。半导体制造所用的高端货，咱们确实还差点意思。
光刻胶，顾名思义就是用在光刻工艺中。把它用涂胶机涂抹硅片、玻璃和金属这类的衬底材料上，通过曝光、显影和蚀刻等工序，将掩膜版上的图形转移到衬底材料上。
光刻胶的原材料主要为树脂、溶剂和其他添加剂。这里面占比最大的是溶剂，达到80%。占比最小的其他添加剂，占5%。
但，就是这5%却对光刻胶的性质、性能、功能等起到关键性的作用。
看到这里大家应该也猜到了，光刻胶的配方那是高度商业机密！复制黏贴显然是不可能了，所以中国做光刻胶基本就是一遍一遍不断试错，再加些偶然性的运气……
光刻胶的下游应用主要有半导体光刻胶、面板光刻胶和PCB光刻胶，难度递减。
光刻胶的主要生产企业有日本东京应化、JSR、住友化学、信越化学、韩国东进世美肯、美国陶氏杜邦。其中，日本企业占据约70%市场份额有绝对的优势。
在半导体制造材料中占比排名第四的是抛光材料，占7%。
芯片抛光采用的是CMP抛光，即化学机械抛光。
听听这名字，化学、机械抛光。显而易见，这就是化学作用和物理作用一起搞的抛光技术，目前能享受这项抛光技术的主要就是蓝宝石和硅片了。
CMP抛光就是把硅片放在抛光垫上，在抛光液的存在下不断旋转。这个过程中，粒子的机械研磨和材料的化学反应同时进行，使得硅片表面变得平整。
这里的抛光垫，主要作用就是承载硅片以及传输抛光液，它同时会传导压力，这就是“机械”因素。
抛光液，通常含有纳米级二氧化硅、氧化铝等粒子，主要就是为抛光对象提供研磨即腐蚀溶解作用，这就是“化学”因素。
从这里也可以看出，CMP抛光工艺的三项关键要素就是抛光机、抛光片和抛光液。
由于 工艺制程和技术节点不同，每片晶圆在生产过程中都会经历几道甚至几十道CMP抛 光工艺，7nm以下逻辑芯片中CMP抛光步骤达到三十步，使用抛光液种类近抛光液和抛光垫是易耗品。
其中抛光片和抛光片属于耗材，也就是我们今天要讲的材料。2018年全球抛光材料市场规模为20亿美元左右，其中抛光垫12.7亿，抛光液7.4亿，两者合计占抛光材料总成本的82%。
抛光垫通常由多孔的弹性材料组成，一般由含有填充材料的聚氨酯构成。表面有特殊沟槽用来提高抛光的均匀性，使用寿命为45到75小时。
抛光垫按照材质，有聚氨酯抛光垫、无纺布抛光垫、复合型抛光垫等几种。技术壁垒挺高的，而且客户的认证时间一般都是一到两年，还不会轻易更换供应商。
目前抛光垫基本依赖进口，全球市场美国陶氏化学占80%市场份额，在细分芯片和蓝宝石上更是占据90%的市场份额。此外，3M、卡博特、日本东丽、台湾三方化学等也可以生产部分芯片用抛光垫。
不过，中国的鼎龙股份也能量产抛光片了。它在2019年上半年获得了第一张12英寸客户订单，下半年开始放量，算是实现国产化的零突破。
目前鼎龙股份的抛光垫能够覆盖8英寸到12英寸特征尺寸，支撑28nm工艺节点的抛光垫在2020年10月获得了订单，14nm先进制程用抛光垫还在研发中。
CMP抛光液，主要由研磨颗粒、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等成分构成。
其中研磨颗粒负责研磨，这得是纳米级的。根据研磨颗粒不同，抛光液又分为二氧化硅抛光液、氧化铈抛光液、氧化铝抛光液和纳米金刚石抛光液等几大类。
氧化剂就是搞腐蚀溶解的。
现在，随着芯片制程的不断精细，抛光液的需求量不断增加。比如5nm芯片制程的逻辑芯片，大概25%到30%的工序步骤需要抛光液加持。存储芯片的工艺从2D NAND升级到3D以后，大约一半的步骤需要抛光液。
抛光液市场也是境外巨头垄断，前五大供应商卡博特微电子、陶氏杜邦、VSM、日本日立、富士美占了将近八成市场份额。
中国能做抛光液的厂商主要就是安集科技，它家的氧化铈磨料的专利数全球第一。目前已经能做8英寸和12英寸晶圆线抛光液，芯片制程能做到14nm。10到7nm制程节点所需的抛光液正在研发中。台积电和中芯国际这样的龙头都是它的客户，2018年全球抛光液市场占有率在2.44%左右，近两年应该有进一步提升。
半导体制造材料中排名第五的是湿电子化学品，占5%。
湿电子化学品是芯片制造中不可或缺的化学试剂，它有着要求苛刻的颗粒和杂质含量，在芯片制造中的清洗、显影、刻蚀等工序中有广泛的应用。
除了在半导体领域的应用外，湿电子化学品在平板显示和光伏太阳能领域也有较大的使用。
其中，半导体领域对湿电子化学品的质量要求最高，平板显示领域对其需求量最大，光伏太阳能领域的国产替代率最高。
湿电子化学品可分为两类，一类是通用的湿化学品，又称超净高纯试剂（high-purity chemicals）。
这种超净高纯试剂按照化学性质又分为四类：
酸类：如氢氟酸、硝酸、盐酸、磷酸、硫酸、乙酸等；
碱类：氨水、氢氧化钠、氢氧 化钾、四甲基氢氧化铵等；
有机溶剂类：醇类、酮类、脂类、烃类、卤代烃类等；
其他类：双氧水等。
与通用类湿化学品相对的是功能性湿化学品，又称功能性材料。
这类化学品主要使用在特殊工艺中，比如光引发剂、显影液、刻蚀液、漂洗液等。
相对于芯片制造的其他材料，湿电子化学品应该是技术难度最低的，而且绝大部分原材料我们国家都有。所以湿电子化学品是最有可能率先实现国产替代的材料。
它技术难度最低的关键就在于湿电子化学品的技术难度相对单一，总共就是两个关键难点：
第一：纯度、洁净度和杂质颗粒大小。
湿电子化学品根据质量被分为5个档次，G1为最低档，G5为最高档。
目前国内少数公司能达到G3，大部分处于G2的水平。一般12英寸晶圆的要求至少是达到G3。芯片线宽越精细，对湿电子化学品的质量要求越高，所以越是先进的制程通常也要求在G4甚至G5标准。
第二：保存运输。
湿电子化学品难保存，而且保存期比较短。所以存储和运输中如何保证质量对厂商来说是一个关键的难点。
而且，很多化学品是有毒害且易燃易爆的，因此对包装材料也有特殊的要求。并且，包装材料还可能会在存储和运输过程中带来二次污染，毕竟咱们的试剂纯度太高了，经不起半点“插足”。
目前国内厂商为了解决存储和运输过程中的二次污染问题，还必须在使用前二次清洗包装容器，而国外的厂商，嗯，不需要这个步骤。这也成了制约咱们高纯试剂发展的一大痛点。
为了尽可能减少运输中的幺蛾子和成本，一般做试剂的厂商都会根据客户爸爸的位置就近建厂，所以中国的湿电子化学品龙头基本都趴在长三角电子产业基地。
目前，中国的清洗和刻蚀相关的湿电子化学品已经接近国际领先水平。
在半导体应用领域整体国产化率超过20%，但比较复杂的比如正胶显影液、正胶剥离液、光引发剂这种高端“混配”试剂主要靠进口。
在平板显示领域，湿电子化学品的整体国产化率在35%左右。但OLED及大尺寸液晶面板所需要的部分试剂还主要被日本、韩国和台湾掌控。
放眼全球，湿电子化学品主要被欧美、日本、韩国和台湾的公司垄断。但由于这种东西的细分品类实在是太多了，所以市场格局相对分散。
主要公司包括德国的巴斯夫公司、E.Merck；
美国的亚什兰公司、 霍尼韦尔公司；
日本的关东化学公司、东京应化、住友化学；
韩国主要有东友、东进；
台湾地区主要的台湾东应化、伊默克化学、台湾联仕电子化学材料、长新化学、 台硝投资股份及理盛精密科技等。
国内做湿电子化学品的龙头代表是晶瑞股份和江化微。
其中，晶瑞股份在半导体制造三种用量最大的高纯湿化学品，高纯度双氧水、高纯度氨水和高纯硫酸均上面已达到G5等级。
在光伏太阳能和面板领域常用的超净高纯试剂如 BOE、硝酸、盐酸、氢氟酸等也做到了G3 和 G4 等级。
另外，这家公司也生产光刻胶。它的 i 线光刻胶已经进入中芯国际生产线。
江化微也是中芯国际的供应商，另外它家能做显影液产品，不过目前主要用在后道封装工艺中。在显示面板方面，客户有深天马、京东方等，能为高世代线提供部分产品。
随着12英寸晶圆对8寸晶圆的不断迭代，湿电子化学品的用量会发生巨大的变化。
8寸时，每万片需要消耗湿电子化学品约45吨；到了12寸，消耗量达到240吨。市场需求的扩大对国产替代提供了很好的机会。
在半导体制造材料中排名第六是靶材，占2%左右。
靶材主要用在沉积薄膜制备工序中，前面有一章专门讲沉积膜设备的时候有提到过。它是沉积薄膜的溅射源。
简单粗暴的理解就是，在基板上你需要镀什么类型的膜，就用高能粒子去撞什么类型的靶材，把靶材上的原子轰出来趴到基板材料上。
靶材不仅仅用在半导体制造中，2019年全球靶材市场规模在 160 亿美元左右，半导体应用只占11.4%算是最小的一块。
比较多的是用在显示面板上，占33.8%；第二是磁记录媒体（主要是机械硬盘 HDD），占28.6%；第三是光伏电池，占18.5%。
不过，不同应用领域使用的靶材种类是不同的哈。
按照材质分，靶材又可以分为金属靶，比如铝、钛、铜、钼靶；
陶瓷靶，比如氧化铟锡靶、氧化铝锌靶、 氧化镁靶、氧化锌靶和合金靶；
合金靶，比如铁钴靶、铝硅靶、钨钛靶、钛硅靶。
芯片一般会用金属靶，比如铝、铜、钛、 钽、铊靶材；
显示面板一般使用铝、铜、 硅、钼、氧化铟锡靶；
光伏薄膜电池使用铝、铜、钼、铬、 氧化铟锡靶；
磁记录媒体使用钴、镍、铬、铁合金靶。
不同领域对靶材的纯度要求也不同，半导体要求最高，通常得99.999（5N），其中超大规模集成电路得99.9995%（5N5），先进芯片工艺制程得 99.9999%（6N）。
平板显示要求纯度为5N，磁记录媒体和光伏电池要求最低为4N到4N5。
半导体用的金属靶，中国的差距主要在提纯技术上，毕竟人要求5个N起步，一般的金属提纯技术搞不定。长期以来，咱们的高纯金属主要靠进口，这也提高了国产金属靶的成本。
目前霍尼韦尔、日矿、东曹等美日企业在超高纯金属靶材中占了八成以上市场份额，而且各有绝活。
不过，咱国家也不是没有！
新疆众和，能提纯5N(99.999%)超高纯铝和高纯化熔炼铸造生产能力的企业。
有研新材，能量产提纯6N电解铜，并且已经制备出纯度大于4N的钛金体和5N高纯钴。
在纯度要求低一等的显示与光伏领域用的这个氧化铟锡靶，国内的差距主要在大尺寸靶材技术上。
搞这种靶材需要一种关键设备，大型烧结炉，目前这个设备还没有完全国产化，而且贼贵。所以，咱们在制作氧化铟锡靶用的比较多的是热等静压工艺，这个技术在靶材尺寸超过200mm×200mm的时候，就会容易断裂、密度低。
不过，宽幅氧化铟锡靶咱们国家还是有！
隆华科技的子公司四丰电子就能量产宽靶，2017 年 4 月，四丰电子成功研制出能够打破国外垄断的宽幅靶材，2019 年开始给韩国 LG 公司供货。
好了，现在来做一个总结。目前国产半导体材料按照发展情况可以分为三个梯队：
第一梯队：硅片、 CMP抛光材料、湿电子化学品、靶材、封装基板及引线框等部分封装材料。
这些材料中的部分细分领域，其产品技术能达到全球一流水平并实现量产供货。
第二梯队： 电子气体、化合物半导体、掩膜版。
这些材料中部分个别细分领域能达到全球一流水平，实现小批量供货或者客户验证中。
第三梯队： 光刻胶，技术尤其在高端领域，与全球一流水平仍存在一定差 距，目前基本未实现批量供货。
当然，未来咱们还是可以期待一下的。
这里要提到一个很重要的因素，钱！
2014年中国成立了集成电路投资基金一期，就是我们经常看到的“国家大基金”了。截至2018年9月，这1387亿基本已经投完。重点投资在了芯片制造领域占67%，芯片设计占17%、测试封装占10%，材料仅仅只有1%。
这么多钱砸下去之后，不少拿到钱的公司业绩都迅速释放，明显加快了国产替代的进程。
比如中芯国际、北方华创、三安光电、长电科技、兆易创新、紫光国微、中颖电子、北京君正等等。大家可以感觉一下这些公司从2014年到现在的股价和市值。
一个行业的发展，钱不是万能的，但没有钱是万万不能的。
在没有国家大基金牵头投资之前，市场化的投资机构一般不怎么偏好半导体行业。
一来，这个领域投资金额不小但研发时间很长，而且研发出来的产品客户认证时间也长，即便认证通过逐步替代别的成熟供应商也是个缓慢的过程。这就意味着风险很高。
二来，那个时候还没有科创板，要满足A股的上市要求，收入和净利润都是道坎，这就是所谓的不好退出。
第三、在细分领域，比如半导体设备市场规模不大，比起互联网动则千亿、万亿的大饼实在诱惑力不够。而单台设备的价格又很高，一年少卖个两三台那简直对收入和净利润是天大的影响。并且，半导体又是个强周期的行业，遇到行业性低谷那只能在家啃馒头。这就是典型的增长确定性不高，风险大。
第四、在半导体材料领域，这个市场就更加细分了，单独拿出来一块就是蚊子腿的市场规模。
第五、专业看半导体的投资人和机构不多，这个领域涉及到的专业知识深且广，要看懂挺费劲的。比起互联网行业，普通人都能说点“黑话”，半导体对投资人专业度的要求明显高很多。
总之，在没有国家大基金之前，中国的半导体产业是真挺缺钱的。
2019年10月22日，国家大基金又搞了第二期，注册资本达2041亿。已经明确主要投资领域会包括半导体设备和半导体材料。
所以，对比大基金一期那些拿到资金的企业，我们也可以期待一下拿到二期资金的企业，假以时日是不是也能飞一会儿！
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