我国先进半导体材料及辅助材料的发展思路与目标-华普通用

我国先进半导体材料及辅助材料的发展思路与目标

　　1. 发展思路

　　为促进半导体产业的发展，我国先进半导体材料及辅助材料今后的发展思路为：构建梯次发展的半导体材料体系，每一个材料体系做到单晶、外延、芯片工艺、封装等上下游协同，不断创新，推动先进半导体材料及其辅助材料的可持续发展。

　　第一，成体系发展。自半导体材料诞生以来，从 Si、Ge 到 GaAs、InP，再到 SiC、GaN，可以看出，半导体相关技术和产业的发展都是围绕主要材料制备、器件工艺需要和芯片来进行的，并逐渐发展为一个完整的材料体系。基于此，在不断完善我国 Si 基材料体系的同时，要及时把握各种新型化合物半导体材料的技术突破和产业化应用的机会，构建自主可控的新型半导体材料体系。

　　第二，上下游协同发展。半导体产业链包含原材料、单晶生长和外延、芯片设计与制备工艺、封测与应用以及支撑各环节的核心装备与关键零部件等环节，产业链长且各环节工艺复杂，任一环节出现问题都将导致最终的器件性能不达标。因此，要以提供满足应用需求的器件为目标，通过上下游协同发展实现全产业链的整体技术突破。

　　第三，可持续发展。在实施追赶战略的同时，我国先进半导体材料及辅助材料的发展还需要把握未来技术发展趋势，在不断积累已有技术经验的同时，关注新的材料体系、芯片结构和工艺的发展变化，积极探索与创新，确保可持续发展。

　　2. 发展目标

　　2025 年发展目标

　　我国半导体材料及辅助材料 2025 年的发展目标是：核心半导体材料技术达到国际先进水平，相关产品满足产业链的安全供应需要，建立起全产业链能力，解除关键行业的“卡脖子”问题。

　　(1)集成电路用半导体材料

　　加强 12 in Si 单晶及其外延材料的技术研究，逐步扩大国产材料的市场应用份额。实现 8 in Si 材料国内市场的完全自主供应，确保 12 in 单晶 Si 及其外延材料产能及市场占有率，同时发展更大尺寸单晶 Si 及其外延材料的制造技术，确保我国集成电路产业的可持续发展。

　　(2)功率器件用半导体材料

　　抓住 Si 基电力电子器件产业转移的契机，做大电力电子器件的产业规模，加紧推进 SiC、GaN 电力电子器件产业化。实现 6 in 无微管缺陷 SiC 单晶的产业化制造，并突破 8 in 无微管缺陷 SiC 单晶制造瓶颈;实现 8 in Si 基 GaN 电力电子器件产业化，突破 12 in Si 基 GaN 材料关键技术，Si 基 GaN 电力电子器件满足消费类电子、数据中心服务器电源、工业电源和电动汽车对高效电源管理的更高需求。

　　实现 6 in 半绝缘 GaAs 单晶衬底和 6 in 半绝缘 SiC 单晶衬底的自主供货，确保射频 / 微波器件用 GaAs 和 GaN 材料相关产业链的供应安全;突破 6 in GaAs 高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料的量产制造，达到“开盒即用”的技术水平;突破 6 in 半绝缘 SiC 衬底上 GaN HEMT 外延材料的生长和器件技术，为未来雷达、移动通信技术的发展提供技术支持。

　　进一步提高 6 in InP 衬底抛光片的质量，扩大产能，并掌握毫米波器件所需外延材料的量产技术，达到“开盒即用”的技术水平，为第五代移动通信(5G)技术相关毫米波系统(如汽车防撞雷达、车间互连与通信系统)的产业链供应安全提供材料支持。实现 2 in 金刚石自支撑材料和 2 in Ga2O3 单晶衬底的量产，解决金刚石的 n 型掺杂和 Ga2O3 的 p 型掺杂问题。

　　(3)发光器件用半导体材料

　　应重视基于 GaN 的照明用发光器件以及基于 GaAs、InP 的光纤通信用半导体激光器，适当兼顾激光投影显示对 GaN 可见光激光器以及消毒杀菌用 GaN 紫外发光二极管，尤其是深紫外发光器件的发展;积极推动应用于显示领域的 Mini LED 和 Micro LED 技术产业化。

　　(4)光电探测材料

　　重点发展对特种光波长产生响应的光电探测器件、具有超快响应特性的光电探测器件以及超高灵敏的光电探测器件(单光子探测为超高灵敏光电探测的极限要求)。实现 GaN 紫外探测材料的完全自主保障，实现大尺寸 CdZnTe 单晶材料、HgCdTe 外延材料、GaAs / AlGaAs 量子阱材料、GaAs / InSb Ⅱ类超晶格材料的产业化，实现短波、中波红外探测器件及焦平面成像芯片的技术突破，突破长波红外探测材料、器件和成像芯片的发展，满足 100 万像素长波红外焦平面成像芯片以及 16 μm 甚长波红外探测器件的研制需要。保障超快响应光电探测器件及材料的供应链安全，满足我国高速光网的建设需要。

　　(5)半导体产业制造/封装工艺和材料

　　国产光刻胶、超高纯化学试剂及电子气体主要品种的市场应用占有率达到 30% 左右，实现特种品种的产业化认证，实现进口产品的部分替代，形成全品种、全系列产业能力。其中，KrF 光刻胶实现批量生产，ArF 光刻胶完成认证并进行小批量生产，突破高端光刻胶所需的树脂主体材料、光敏剂、抗反射涂层(ARC)等的关键技术。0.25 μm 到 0.18 μm 掩膜版实现完全自主可控，高档高纯石英掩膜基板突破关键技术。

　　在抛光材料方面，进一步推进主要品种材料进入生产线。其中，Cu 及其阻挡层抛光液、TSV 抛光液和 Si 的粗抛液等全面进入 8 in 和 12 in 芯片生产线，市场份额从目前的 5% 提升至 50%;针对硅片的精抛和化合物半导体抛光，14 nm 及以下鳍式场效应晶体管(FinFET)工艺抛光，Co、Rb 等金属互联材料和浅槽隔离(STI)工艺抛光等所需的抛光液，实现关键技术突破并小批量生产。

　　CMP 垫(聚亚氨脂)产品在 8 in 和 12 in CMP 工艺中通过应用评估，实现产品供货。另一方面，针对金刚石、Ga2O3、AlN 为代表的新兴半导体材料加工需要，开发特种品种的抛光材料，并获得试用认证，形成初步产业能力。

　　需大力发展大板级扇出(Fan Out)、TSV / 玻璃通孔(TGV)等新型封装工艺。开发出适用于 SiC、GaN、Ga2O3、金刚石等材料，满足高温、高压、高频和大功率需求的封装材料和工艺。

　　全面发展新型、更高熔点温度的软钎料技术;开发高效、低成本瞬时液相扩散连接技术、低温烧结低温连接工艺技术，解决好银电化学迁移问题;突破具有良好导热和高温可靠性的封装基板材料技术，包括 AlN 和 Si3N4 及其他具备良好导热和高温可靠性的封装基板材料，突破活性金属钎焊在陶瓷材料上覆盖金属的陶瓷覆铜板(DBC)技术，解决陶瓷与金属的连接问题。突破新型制冷底板及与热沉连接技术，大幅度降低功率模块热阻，提升性能。

　　2035 年发展目标

　　我国半导体材料及辅助材料 2035 年的发展目标是：半导体材料整体技术水平达到国际先进，产业水平完全满足产业链供应安全的需要。

　　(1)集成电路用半导体材料

　　具备 18 in 单晶 Si 材料量产能力，完成 5 nm / 3 nm 节点集成电路材料的量产技术储备，突破关键装备技术，掌握材料批量生产技术，打通器件制造的全流程关键节点技术。

　　(2)功率和高频器件用半导体材料

　　实现 SiC、GaN、AlN、Ga2O3、金刚石等单晶材料的产业化制造。具体包括：6 in GaN 单晶衬底、 8 in SiC 单晶衬底、6 in AlN 单晶衬底、4 in 金刚石单晶衬底、6 in / 8 in Ga2O3 单晶衬底，确保整个功率和高频半导体产业多层次发展的技术需求;实现 8 in高质量SiC衬底上GaN HEMT外延材料的量产。解决金刚石的 n 型掺杂和 Ga2O3 的 p 型掺杂及其制备工艺难题，为下一代更高性能功率和高频半导体器件的产业化及大范围推广应用做好技术储备。

　　(3)发光器件用半导体材料

　　实现 AlN 单晶衬底上高 Al 组分 AlGaN 外延材料的产业化制造，突破深紫外发光国产器件制造技术，并实现产业化。

　　(4)光电探测材料

　　满足 1000 万像素长波红外焦平面成像芯片的研制需要，突破 18~20 μm 甚长波红外探测器件技术。

　　(5)半导体产业制造/封装工艺和材料

　　对于常规品种的光刻胶、超高纯化学试剂及电子气体，国产材料的市场占有率达到 50% 以上;对于特种品种的光刻胶、超高纯化学试剂及电子气体，国产材料的市场占有率达到 30% 左右，形成全品种、全系列产品的供应产业链。

　　在抛光材料方面，国产常规品种产品的市场占有率超过 50%;为满足金刚石、Ga2O3、AlN 等新兴半导体材料加工需要所开发的特种抛光材料，国产化产品的市场占有率达到 30%。