跨界大解说人类科技树至高点芯片的五次伟大变革带来哪些启示( 四 )
3. 掺杂
通过离子注入 ， 赋予硅晶体管的特性 。 具体工艺是是从硅片上暴露的区域开始 ， 放入化学离子混合液中 。
一般是将硼或磷注入到硅结构中 ， 接着填充铜 ， 以便和其他晶体管互连 。 然后可以在上面再涂一层胶 ， 再做一层结构 。 简单的芯片可以只用一层 ， 但复杂的芯片通常有很多层 ， 现在的芯片大部分包含几十层 ， 形成一个立体的结构 。
4. 封装测试
在芯片做好后 ， 用精细的切割器将芯片从晶圆上切下来 ， 焊接到基片上 ， 将制造完成晶圆固定 ， 绑定引脚 ， 按照需求去制作成各种不同的封装形式 ， 这就是同种芯片内核可以有不同的封装形式的原因 。 经过测试后就可以包装销售了 。
芯片有哪些核心材料？
1. 光罩
我们知道芯片的制作过程中有一步是「光刻」 ， 其中提到了一个「掩膜」的概念 ， 也就是光罩 。
根据事先设计好的电路图做成光罩 ， 光刻机的光源通过光罩之后 ， 就把电路图印在晶圆上 ， 而光罩就类似底片 。
2018年 ， 全球半导体制造材料市场规模为322亿美元 ， 其中光罩的市场规模大约45亿美元 ， 占制造材料的14% ， 规模仅次于硅片 。
2. 光刻胶
除了掩膜外 ， 我们上文中还提到了光刻胶 。 要想完成光刻 ， 必须事先在硅片上涂上光刻胶 。
光刻胶又称光致抗蚀剂 ， 是指通过紫外光、电子束、离子束等照射或辐射 ， 其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料 。 从性质上来讲 ， 光刻胶分为正光刻胶和负光刻胶 ， 被光照到使溶解度增加的是正光刻胶, 溶解度减小的是负型光刻胶 。
不管是正是负 ， 总之就是要让被照到的和不被照到的地方形成溶解度不同的区域 ， 然后把不想要的那部分区域溶解去掉即可 。
不同种类的芯片 ， 不同制程的芯片 ， 使用的光刻胶不一样 ， 制作的难度也不一样 。
到 2018 年 ， 全球光刻胶市场规模 16 亿美元 ， 规模并不大 ， 但却至关重要 。
另外 ， 光刻胶市场同样是一个高度垄断的市场 ， 全球前 5 大公司市场份额超过 85% 。 而前 4 大光刻胶企业都是日本公司 ， 分别是合成橡胶、信越化学、东京应化和住友化学 。
3. 电子气体
电路刻到了硅片上 ， 要想让芯片运作起来 ， 需要有一个前提 ， 那就是刻在硅片上的晶体管要有开关特性 。 电路要想有开关特性 ， 就需要离子注入 ， 而离子注入就需要电子气体 ， 又叫电子特气 。
用在芯片上的电子气体首先的特点是高纯 ， 大部分电子气体的纯度达 99.99% 以上 。 而且大部分电子气体具有高压、易燃、高腐蚀和剧毒的特点 。
电子气体也是一个高度垄断的市场 ， 主要公司包括美国空气化工、普莱克斯、德国林德集团、法国液化空气和日本大阳日酸株式会社 ， 这几家公司占了 90% 以上的市场份额 。
4. 高纯溅射靶材
当把电路图刻到了晶圆上 ， 做了各种清洗 ， 注入了离子 ， 但是还要把芯片上的电子元件连接起来才行 ， 就像你把所有的元件都摆放好了 ， 然后你要用导线把他们相互连接起来 ， 这就需要用到溅射 。 溅射主要是制备薄膜材料 ， 是物理气相沉积（PVD）技术的一种 。
溅射的大概意思是说用离子轰击靶材 ， 然后靶材上的原子被轰出来 ， 最后掉在单晶硅的基板上 ， 然后形成特定功能的金属层 ， 从而形成导电层或者阻挡层等 ， 这就是金属化 。 当在芯片表面形成金属层后 ， 再用光刻或者刻蚀 ， 将不要的部分去掉 ， 于是芯片表面就留下了金属细线 ， 这就能让芯片上各种元器件连接起来了 。
高纯溅射靶材包括铝靶、钛靶、钽靶和钨钛靶等 。 其中 ， 8 寸晶圆生产中主要用到铝靶和钛靶 ， 12 寸晶圆主要用到钽靶和铜靶 。
溅射靶材同样属于寡头垄断市场 ， 主要企业包括日本日矿金属、美国霍尼韦尔、日本东曹、美国普莱克斯和日本住友化学等 。
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