芯片是信息社会的根底，而指甲盖巨细的芯片里都可能有数亿个晶体管，进行许多信息的存储和核算，而硅片是这些晶体管所组成的电路的基板。石英矿石和日常所见的沙子的首要成分便是硅。从“沙子”到芯片（工业用的一般是石英矿石），中心要经过许多的、极精密的、杂乱的加工工艺。除了硅片以外，制作芯片所需资料你又了解多少？
芯片是信息社会的根底，一枚指甲巨细的芯片里可能有数亿个晶体管，进行许多信息的存储和核算，而硅片是这些晶体管所组成的电路的基板。
事实上，芯片（集成电路）只作为半导体职业的一个子职业并非悉数，而不同的运用范畴对同种资料的功能要求存在着较大差异，一般来说，芯片范畴对资料功能要求最为严苛，出产工艺最为杂乱，显现面板次之，光伏面板最低。本文偏重于芯片制作资料部分。
半导体石英矿石和日常所见的沙子的首要成分便是硅。从“沙子”到芯片（工业用的一般是石英矿石），中心要经过许多的、极精密的、杂乱的加工工艺。除了硅片以外，制作芯片所需资料还包含电子气体、掩膜版、光刻胶及辅材、化学试剂、靶材、CMP资料、引线结构、封装基板、塑封料、键合线及其它资料等，业界又将这些资料划分为晶圆制作资料和封装资料两大类。2018年，全球半导体资料销售额约519亿美金，其间，晶圆制作资料约322亿美金，封装资料约197亿美金，硅片和封装基板分别在晶圆制作和封装资猜中占比超1/3。在晶圆制作资猜中，大硅片、电子气体、光掩模、CMP资料、光刻胶、光刻胶配套资料、湿化学品、靶材等金额占比方下图，由于高精度、高纯度、高危险性等特色，这些资料对制作技能和各物流环节的要求极高，全球半导体资料供给链首要依靠于日本、美国等国家的企业，易受新冠疫情、突发事件和世界局势等要素的冲击。
大硅片是晶圆制作的根底原资料
硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等半导体资料的电阻率随温度升高和辐射增强而减小，在参加微量杂质时，其导电性也会产生明显改变，这些特征使其成为制作晶体管、集成电路、电力电子器材、光电子器材的根底资料。当时，硅资料约占整个半导体硅片商场的95%，GaAs资料以射频器材为主，SiC和GaN资料以高功率为主，短期内化合物和硅资料首要是互补联系。硅资料运用广泛也很常见。当熔融的单质硅凝结时，其晶核长成晶面取向相同的晶粒，构成单晶硅。单晶硅资料的构成可大略分为石英砂-冶金级硅-提纯和精粹-堆积多晶硅锭-单晶硅-硅片切开等阶段，首要用于半导体和太阳能光伏发电等职业，一般半导体用单晶硅的纯度要求为99.999999999%(小数点后9个9)。
按尺度不同，硅片可分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸和12英寸等，尺度越大晶圆能切开下的芯片就越多，本钱就越低，但对设备和工艺的要求则越高，当时全球商场已进入大硅片年代，2018年12寸硅片占比约64%，8寸占比约26%，其他的占比约6%。大硅片商场高度独占，日本的Shin-Etsu和SUMCO大尺度硅片（8寸和12寸）占全球比例约60%，其他有影响力的硅片厂商还有我国台湾的Global Wafer、Wafer Works和Episil、德国Siltronic、韩国LG Siltron、法国Soitec、芬兰Okmetic等，我国大陆的半导体硅片厂商有沪硅工业、金瑞泓、有研和中环等，当时12寸硅片首要依靠进口。
全球首要硅片企业
1、日本信越化学（Shin-Etsu Chemical）设立于1926年，主营事务包含PVC（聚氯乙烯）、有机硅塑料、纤维素衍生物、硅片、磷化镓、稀土磁体、光刻胶等，在多个资料范畴全球抢先，多元化事务有助于硅片事务笔直延伸，并平滑了半导体事务的动摇。经营收入在100 亿~120 亿美元之间，净利率在10%~12%。半导体硅市占率约27%。
2、日本三菱住友胜高（SUMCO）专心于硅片制作，首要产品包含4寸-12寸半导体硅片与 SOI 硅片，其前身为树立于1937年的Osaka Special Steel，先后兼并了kyushu和Sumitomo Sitix，1999年与三菱资料树立联合硅制作公司，经过主业并购提高技能储备和产品竞赛力。市占率26%，2019年公司经营收入为 191.91 亿元。
3、我国台湾举世晶圆(Global Wafer)是中美硅晶的子公司，在台湾地区、我国大陆、日本与欧美等地均有布局，2008年并购美商Globitech取得德州仪器和MEMC等客户，2012年并购日商Covalent Materials（现为CoorsTek）取得12寸晶圆技能，2016年并购丹麦Topsil取得8英寸FZ区熔硅片技能，并购美商Sun Edison（原MEMC）取得SOI硅片与外延片技能，市占率17%。
4、德国世创（Siltronic AG）是Wacker的子公司，1953年开端从事半导体硅片事务的研制作业，首要产品包含5寸-12寸半导体硅片，1998年经过与三星协作，成为全球首个推出12寸晶圆的公司。市占率13%，2019营收12.7亿欧元。
5、韩国LG Siltron（矽创）长时刻专心于半导体硅片事务，2017年51%股份出售予SK集团，易名为SK Silitron，市占率9%。
此外，法国Soitec是全球最大的SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)晶圆供给商，芬兰Okmetic事务偏重于MEMS和传感器以及分立半导体和模仿电路，台湾合晶(Wafer Works)具有笔直整合的单晶锭，抛光和Epi晶圆出产线，台湾嘉晶(Episil)车用、挖矿、资猜中心等订单特别超微弱，后续扩产也会专心在利基型产品。
内地硅片工业链
国内硅片厂商完结了部分8英寸及以下尺度的硅片国产代替，但在12寸硅片方面存在较大距离。沪硅工业是内地最大的硅片供货商，2018年全球市占比约为2.2%，排名第八，经过旗下子公司上海新昇、新傲科技、Okmetic，以及参股法国Soitec，提高硅片事务竞赛力。当时首要产品以8寸及以下硅片（含 SOI硅片）为主，已完结12寸硅片技能晋级，12寸硅片产能为10万片/月，处于产品认证和商场开辟期，后续12寸占比将逐渐添加。
中环半导体专心单晶硅产品，事务偏重于新能源职业，半导体职业占比较低，但具有8英寸区熔（FZ 法）硅片量产技能优势，在6-8寸功率器材硅片商场有竞赛力，并协同晶盛机电建造8英寸和12英寸直拉法大硅片基地，多方布局为8英寸产品扩产以及添加12英寸产品线打下根底。AST超硅事务有晶体生长设备、半导体硅片等，规划上海项目月产30万片12英寸硅片。金瑞泓（立昂微控股）具有硅单晶锭、硅研磨片、抛光片、外延片和芯片制作的完好工业链，具有8英寸硅片月产12万片的产能，在研12英寸硅片技能，在浙江衢州树立大硅片产线。德州有研大硅片项目，一期规划8英寸硅片产能15万片/月。
此外，西安奕斯伟12寸硅片项目2020年进入投产倒计时，宁夏银和（杭州中欣子公司）项目规划年产420万片8英寸硅片和年产240万片12英寸硅片。郑州合晶一期项目建造月产能20万片8英寸硅片。安徽易芯自主研制12寸半导体级单晶硅晶体生长炉与全自动控制体系，正活跃布局切磨抛产能。中晶（嘉兴）半导体12英寸大硅片项目一期规划年产480万片12英寸硅片，估计2020年厂房投入运用。还有徐州鑫晶等的12英寸硅片项目。
手机、PC、服务器和SSD等终端占大硅片需求的一半以上，是未来生长的首要驱动力，12寸硅片在手机中首要运用于CIS、逻辑芯片、NAND和DRAM，每部5G手机的硅片运用面积约是4G手机的1.7倍，归纳多种要素估计未来几年手机硅片需求将平稳增加，一起，物联网和轿车电子体系商场生长将带动8寸及以下抛光片与SOI硅片需求。Gartner猜测2020年全球硅片商场规划约为110亿美元左右，现在全球12英寸硅片月产能约600万片，8英寸硅片月产能约500万片，全球商场的总供给略大于总需求，但国内大尺度和高端产品首要依靠进口。业界预估2020年我国12寸硅片月需求约为100万片左右，罢了发布出资及规划中的12寸硅片月产能达数百万片，假如顺畅投产不只满意自我需求捉襟见肘，一起会有加重供需不平衡的危险。
有业界人士指出，供给链要害资料的国产化代替是必然趋势。可是，企业在活跃扩产的一起，理应保有研制、资金、技能和产线等方面的可持续性和必要的机动性，特别要加强技能研讨，以应对商场周期性动摇，和未来更大尺度及其它新技能晋级迭代带来的新应战。别的，在碳化硅和高纯石英资料等方面应加大技能研制和量产力度。
电子气体
电子气体是半导体器材、显现面板、太阳能和光纤等出产中必不可少的原资料，在半导体制作中，运用于薄膜、刻蚀、掺杂、气相堆积、分散等工艺，常用的高纯电子气体及混合气体约30种，气体质量对器材功能有着重要影响。电子气体的提纯技能壁垒极高，包装和储运等作业环节也有专门要求。2018年全球半导体特种气体商场规划45亿美元，根本被美国的气体化工（Air Products and Chemicals）和普莱克斯（Praxair）、法国液化空气(Air Liquide)、德国林德(Linde Group)、
日本的大阳日酸(TNSC)和昭和电工（Showa Denko）、英国 BOC（British Oxygen Company)等寡头所独占。国内特种气体供给企业首要有华特气体、凯美特气、绿菱电子、昊华科技、中船重工718所、南大光电、巨化、启源、金宏、雅克科技、南京特种气体等，国内企业在奋力追逐，其间华特气体于2017 年经过ASML 的产品认证，为多家世界一流半导体厂商供货。
掩膜版
掩膜版（Photo mask）又称光罩、光掩膜等，是液晶显现器、半导体等制作进程中的图形“底片”转移用的高精密东西，在光刻进程中，掩膜版是规划图形的载体，半导体掩模版商场会集度高。2018年全球半导体掩模版销售额为35.7亿美元，占到晶圆制作资料商场的13%。出产商首要会集在日本和美国的几个巨子，包含日本凸版印刷TOPAN、日本大印刷DNP、美国Photronics、日本豪雅HOYA、日本SKE、韩国LGIT、及我国台湾光罩等，其间Photronics、DNP和Toppa占有全球掩膜版范畴80%以上商场比例。内地掩模版企业有清溢光电、无锡华润、路维光电、龙图光电等，仅能满意中低档产品商场的需求。此外，晶圆制作厂等组织也会克己掩膜版，如英特尔、台积电、三星、中芯世界、中科院微电子所、我国电子科技等科研院所等都有克己掩膜版事务，内地掩膜版供需缺口逐年扩展。
光刻胶
光刻胶（Photoresist）又称光阻、光致抗蚀剂，是光刻工艺的要害化学品，首要运用光化学反应将所需求的微细图形从掩模版转移到待加工基片上，其首要成分为树脂型聚合物、光活性物质、溶剂和添加剂，分辨率、对比度和敏感度是光刻胶的中心技能参数。光刻是IC制作进程中耗时最长、难度最大的工艺，耗时占IC制作50%左右，本钱约占IC出产本钱的1/3，光刻胶是光刻进程最重要的耗材。2018年全球半导体光刻胶商场约20.3亿美元，首要供货商包含日本合成橡胶（JSR）、东京应化（TOK）、信越、富士、旭化成、日立化成、美国罗门哈斯（并入杜邦）、及我国台湾的长兴化学和长春化工，内地供货商首要有晶瑞股份（姑苏瑞红）、北京科华等，别的南大光电、上海新阳、容大感光、飞凯、强力新材、北旭等在推动光刻胶研制项目。在面板光刻胶范畴，永太科技已经过华星光电验证。
CMP抛光资料
CMP工艺用到的资料有抛光液、抛光垫、调节器等，其间抛光液和抛光垫是中心资料，占比分别为49%和33%。据Cabot Microelectronics揭露信息，2018年全球CMP抛光液商场约12.7亿美元，首要企业包含美国的Cabot Microelectronics、Versum、Dow、3M和日本的Fujifilm、Hitachi，国内抛光液企业有安集科技、上海新安纳等。
在抛光垫方面，美国陶氏DOW独占了全球商场约79%比例，其它企业还有美国Cabot、日本东丽、台湾三方化学等，内地从事抛光垫资料出产研讨的有鼎龙股份和江丰电子，鼎龙8寸抛光垫已获晶圆厂订单，12寸抛光垫也在快速推动。江丰电子联合美国嘉柏微就抛光垫项目进行协作。
湿化学品（Wet Chemicals）
湿化学品是微电子、光电子湿法工艺制程中运用的各种化工资料，首要运用于清洗和腐蚀过程，其纯度和洁净度影响着器材的功能与可靠性。2018年全球半导体用湿化学品和光刻胶配套试剂商场规划分别为16.1和22.3亿美元，抢先企业首要有德国的巴斯夫（Basf）和E.Merck、比利时苏威化学（Solvay）、美国Ashland、日本的关东化学、三菱化学、东京应化、京都化工、光纯药工业（Wako）、韩国东友精密化工及我国台湾鑫林科技等企业，内地的江化微、晶瑞股份、格林达、湖北兴福、浙江凯圣、中巨芯、滨化等企业也在不断进步。
溅射靶材
溅射靶材是物理气相堆积（PVD）工艺过程中所必需的资料，是制备薄膜的要害资料。2016 年全球溅射靶材商场约113.6亿美元，其间大头在平板显现和太阳能范畴，半导体范畴商场约11.9亿，高端商场首要被日矿金属、霍尼韦尔、东曹、普莱克斯、住友化学、爱发科等企业占有。国内溅射靶材企业有江丰电子、阿石创、有研新材、隆华节能（四丰、晶联为其子公司）等，其间江丰电子的超高纯金属溅射靶材产品已运用于世界闻名半导体厂商的先端制作工艺。
封装基板
完好的芯片由裸芯片(制作完结的晶圆片)与封装体(封装基板、固封资料和引线等)组合而成，封装资料的门槛比晶圆制作资料要低一些。半导体封装资料首要有引线结构、封装基板、陶瓷封装资料、包封资料及芯片粘结资料等，其间封装基板占比最大。封装基板作为芯片封装的中心资料，一方面能保护、固定和支撑芯片，增强芯片导热散热功能，另一方面封装基板的上层与芯片相连，基层和电路板相连，完结电气和物理衔接、功率分配、信号分配，以及交流芯片内部与外部电路等功能。
按芯片与封装基板的衔接方法，封装基板可分为引线键合封装基板和倒装封装基板。引线键合(Wire Bonding，WB)运用金属线，并运用热、压力、超声波能量使金属引线与芯片焊盘、基板焊盘严密焊合，完结芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通，广泛运用于射频模块、贮存芯片及微机电体系的器材封装。倒装封装(Flip Chip，FC)选用倒装焊球衔接芯片与基板，运用于CPU、GPU及Chipset等产品封装。在整个半导体封装资料商场中，封装基板约占40%左右，引线结构、键合线、塑封料各占15%左右，我国台湾、韩国和日本占了全球封装基板工业挨近90%的比例，内地干流基板厂有深南电路、珠海越亚、兴森科技和丹邦科技等，其它封测资料企业还有康强电子、华龙电子、达博、飞凯和中鹤等。
半导体资料供给链的小结
以上这些半导体资料，尽管单一商场规划不大，但却一点点不能小看。2019年日本约束高纯度氟化氢、光刻胶、氟聚酰亚胺3种半导体资料对韩出口，引起业界轰动，而之所以会有这样的“轰动”是由于在那之前人们很少会意识到这样的问题。这再次阐明供给链的均衡开展有多么重要！半导体资料细分职业多，触及各种金属、合金、非金属、各类元素、以及酸、碱等各类试剂，细分子职业多达上百个，许多资料单个细分商场很小，工艺和出产杂乱繁琐，对专业知识和技能经历要求又很高……但一个都不能少，不然供给链就停摆。
商场规划不大，但照样能够培养许许多多世界一流的、隐形冠军型顶尖企业。从某种程度上说，这些规划不大的企业的水平，才代表着一个经济体工业和科技的实在水平，为惯例情况下的经济高质量运转供给保证和支撑，并在要害时刻发挥奇兵效应。别的，许多资料企业的经营范围是跨过多个职业和范畴的，半导体职业仅仅是它们的一个细分商场。
全体来看，国内半导体资料业在封装基板、CMP抛光液、湿电子化学品、引线框等部分的技能标准到达先进水平，靶材、电子气体、硅片、化合物半导体、掩模版别土出产完结打破，光刻胶、抛光垫、碳化硅、高纯石英资料等与先进技能存在较大距离，在许多细分范畴，企业的研制投入和技能堆集缺乏。说“资料是工业王冠上的钻石”并不夸大，在许多顶级科技范畴，资料是竞赛的要害环节。巧妇难为无米之炊，没有合适的资料、配方或工艺，许多时分就只能靠命运。半导体资料的重要性并不亚于设备，二者既相得益彰又各有偏重，半导体资料分的更细更琐碎，需求更多范畴的长时刻研究和堆集，也潜藏着更多的隐形冠军。
在全球半导体资料供给链中，日企占主导地位。日本和德国向来以工匠精力著称，企业锲而不舍地在资料和工艺的精度方面精雕细镂、一丝不苟。这种效果在短期不明显，但时刻久了优势就会越积越大，惯性势能就会越来越强。更重要的是，这种优势构成良性循环，从一个职业传导到许多个职业，后来者追逐的难度可想而知。精益思维已让日本在半导体资料、碳纤维资料、冶金技能等范畴构成了极高壁垒。
资料和设备范畴的话语权靠的是硬核实力，良性世界分工的平衡与保护更需求实力作后台。咱们需求学习工匠精力，培养科技立异精力，一起重视人才培养，吸引海外人才，对工业链进行整合，并当令进行海外并购。
