半导体制造产业链中的三大类材料是什么？

半导体是指在常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，在科学技术和经济领域发挥着至关重要的作用。从分类来看，半导体可分为集成电路、分立器件、光学光电子和传感器等，其中集成电路占比最大，超过80%；分立器件、光电器件和传感器占据其余部分，统称为 D-O-S。细分到具体产品，集成电路可分为数字芯片和模拟芯片，数字电路包括逻辑芯片、存储器和微处理器，模拟芯片主要包括电源管理芯片和信号链。

来源参考1

从材料角度来看，与半导体行业相关的材料主要有三类：

1.基体材料； 2、制造材料； 3.包装材料。

来源参考2

1、基体材料

硅片

根据芯片材料的不同，分为硅晶圆（第一代半导体）和化合物半导体。其中硅片应用最广泛，是IC制造过程中最重要的原材料。硅片均为单晶硅片，应用于电力电子的硅材料纯度较高，通常要求纯度在11N以上。

半导体化合物 

化合物半导体主要指砷化镓（GaAs）、磷酸铟（InP）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等第二代、第三代半导体，相比第一代单一半导体（如硅（Si） ）、锗（Ge）半导体）、化合物半导体在高频性能、高温性能方面多为优异。

第一代：硅、锗的应用推动了数字电路及相关产业的兴起，目前代表产品是硅；第二代：砷化镓、磷酸铟的应用，推动通信等一系列产业的发展；第三代：氮化镓、碳化硅等半导体材料的应用，直接推动半导体照明、显示、电动汽车等一系列产业的发展。

第三代半导体的热点方向

2. 制造材料

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使用的材料。 CMP抛光是实现晶圆整体均匀平整的关键工艺。

抛光材料一般可分为抛光垫、抛光液、调节剂和清洁剂，其中前两者最为关键。抛光垫的材质一般为聚氨酯或添加饱和聚酯的聚酯，抛光液一般由超细固体颗粒磨料（如纳米级二氧化硅、氧化铝颗粒等）、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成。

光刻胶 

光刻胶又称光刻胶，是一种对光敏感的混合液体。其成分包括：光引发剂（包括光敏剂、光原酸）、光刻胶树脂、单体、溶剂及其他添加剂。光刻胶可以通过光化学反应和曝光、显影等照相工艺，将所需的精细图形从光掩模（掩膜版）转移到待加工的基板上。根据使用场景的不同，待加工的基材可以是集成电路材料、显示面板材料（LCD）或印刷电路板（PCB）。按光刻胶的特点，可分为正性光刻胶和负性光刻胶。

从技术难度来看：PCB光刻胶

属于光刻胶的微电子化学品是电子工业和化学工业的交叉领域，是典型的技术密集型产业。从事微电子化学品业务需要与电子工业前沿发展相匹配的关键生产技术，如与生产过程相匹配的混合技术、分离技术、提纯技术、分析检验技术、环境处理和监测技术等。光刻胶的技术壁垒包括配方技术、质量控制技术和原材料技术。配方技术是光刻胶功能的核心，质量控制技术可以保证光刻胶性能的稳定性，而优质的原材料是光刻胶性能的基础。

面具

业界又称光掩模、photommask、光刻掩模。材料：石英玻璃、金属铬、感光胶。该产品以石英玻璃为基材，在其上镀上一层金属铬和光敏聚合物，成为感光材料。将设计好的电路图形通过电子激光设备曝光到光敏聚合物上，曝光区域经过显影，在金属铬上形成电路图形，形成与曝光负片类似的光掩模，然后应用于集成电路进行投影和定位，并通过集成电路光刻机对投影电路进行光刻。然后应用集成电路光刻机对集成电路进行投影定位和对投影电路进行光刻，其生产加工程序为：曝光、显影、光聚合，最后应用于光刻。

摄影是半导体的核心技术部分

溅射靶材

溅射薄膜制备的源材料，又称溅射靶材，特别是物理气相沉积（Physical_Vapor_Deposition）、PVD元件制造工艺中使用的高纯溅射靶材，是制备晶圆、面板、太阳能电池等表面电子薄膜。在真空状态下，固体表面受到加速离子的轰击，原子交换动量，使固体表面的原子离开固体，沉积在基体表面，形成所需的薄膜。这个过程称为溅射。被轰击的固体是沉积薄膜的源材料，通常称为靶材。

半导体芯片的单组件器件由基板、绝缘层、介质层、导体层和保护层组成，其中介质层、导体层甚至保护层均采用溅射镀膜工艺。集成电路领域用于镀膜的靶材主要有铝靶材、钛靶材、铜靶材、钽靶材、钨钛靶材等，靶材纯度要求较高，一般在5N（99.999%）以上。

湿化学品

湿式电子化学品，也俗称超净高纯试剂，是指半导体制造过程中使用的各种高纯化学试剂。按用途可分为通用化学品和功能化学品，其中通用化学品一般指高纯度的纯化学溶剂，如高纯去离子水、氢氟酸、硫酸、磷酸、硝酸等常用试剂。

在晶圆制造过程中，高纯化学溶剂主要用于清洗颗粒、有机残留物、金属离子、自然氧化层等污染物。功能化学品是指制造过程中实现特殊功能、满足特殊工艺要求的配方化学品，如显影液、剥离液、清洗液、蚀刻液等，常用于蚀刻、溅射等工艺链接。

电子专用气体

电子特种气体是指半导体芯片制备过程中需要使用的各类特种气体。根据气体的化学成分，可分为通用气体和特种气体。另外，根据用途可分为掺杂气体、外延气体、离子注入气体、发光二极管气体、蚀刻气体、化学气相沉积气体和平衡气体。与高纯试剂类似，电子特种气体对气体纯度的要求也非常高，基本要求杂质含量在ppt级以下。这是因为IC电路的尺寸已达到纳米级，气体中残留任何微量杂质都可能导致半导体短路或线路损坏。

3、包装材料

半导体封装是指将经过测试的晶圆按照产品型号和功能要求进行加工以获得独立芯片的过程。整个封装过程所需的材料主要包括芯片键合材料、陶瓷封装材料、键合线、引线框架、封装基板、切割材料等。

粘合材料

粘结材料是采用粘结技术将管芯与底座或封装基材连接起来的材料。在物理、化学性能方面应满足机械强度高、化学性能稳定、导电导热、固化温度低、可操作性强等要求。在实际应用中，主要的键合技术有银浆键合技术、低熔点玻璃键合技术、导电胶技术、键合技术、环氧胶粘剂技术、共晶焊接技术等。

封装基材

封装材料主要起到保护芯片和连接下层电路板的作用。完整的芯片由裸芯片和封装体组成。封装基板可以保护、固定和支撑芯片。

包装基材可分为有机、无机和复合材料，在不同的包装领域各有优缺点。有机基板介电常数低，易于加工，适合导热系数要求不高的高频信号传输；陶瓷支撑的无机基板，耐热性好，易于布线，尺寸稳定，但成本有限，材料毒性大；复合基材根据不同的需求特性采用不同的有机和无机材料。

陶瓷封装材料

陶瓷封装材料是一种电子封装材料，用于承载机械支撑、环境密封和散热等功能。与金属封装材料和塑料封装材料相比，陶瓷封装材料具有良好的防潮性、良好的线膨胀率和导热性、在电热机械等方面性能极其稳定，但加工成本较高、脆性较高。

切割材料

Wafslice是半导体芯片制造过程中必不可少的一道工序，也就是晶圆制造中的后道工序。将芯片的整个晶圆按照芯片的尺寸划分为单个芯片（die），称为晶圆切片。

最早的晶圆是通过划片系统进行划片（切割）的，现在这种方法仍然占据着世界芯片切割市场的很大份额，特别是在非集成电路晶圆片划片领域。金刚石锯片（砂轮）切片法是常见的晶片切片法。新型激光晶圆切片属于非接触式加工，不会对晶圆产生机械应力，对晶圆造成的损伤较小。由于激光的焦点一致，焦点可以小至亚微米量级，从而改善晶圆的微加工。

引线框架和接合材料

引线框架作为集成电路的芯片载体，是一种用键合材料（金线、铝线、铜线）将芯片内部电路引线端与外部引线电气连接，形成电气电路的关键结构，它起着起桥梁和外部导线连接的作用，大部分半导体集成块都需要用到引线框架，是电子信息产业的重要基础材料。

引线框架所用的铜合金大致可分为铜一铁、铜一镍硅、铜一铬、铜一镍一锡（JK-2合金）等。三元、四元多元铜合金可取得比传统二元合金更好的性能。

参考：

1.半导体材料专题报告；东莞证券.

2. 半导体材料专题报告；国信证券.

3、推广IC晶圆划片精密刀法；吴传斌的博客。

本文转载自powder360。