我國先進半導體材料及輔助材料的發展思路與目標-華普通用

我國先進半導體材料及輔助材料的發展思路與目標

　　1. 發展思路

　　為促進半導體產業的發展，我國先進半導體材料及輔助材料今后的發展思路為：構建梯次發展的半導體材料體系，每一個材料體系做到單晶、外延、芯片工藝、封裝等上下游協同，不斷創新，推動先進半導體材料及其輔助材料的可持續發展。

　　第一，成體系發展。自半導體材料誕生以來，從 Si、Ge 到 GaAs、InP，再到 SiC、GaN，可以看出，半導體相關技術和產業的發展都是圍繞主要材料制備、器件工藝需要和芯片來進行的，并逐漸發展為一個完整的材料體系?；诖?，在不斷完善我國 Si 基材料體系的同時，要及時把握各種新型化合物半導體材料的技術突破和產業化應用的機會，構建自主可控的新型半導體材料體系。

　　第二，上下游協同發展。半導體產業鏈包含原材料、單晶生長和外延、芯片設計與制備工藝、封測與應用以及支撐各環節的核心裝備與關鍵零部件等環節，產業鏈長且各環節工藝復雜，任一環節出現問題都將導致最終的器件性能不達標。因此，要以提供滿足應用需求的器件為目標，通過上下游協同發展實現全產業鏈的整體技術突破。

　　第三，可持續發展。在實施追趕戰略的同時，我國先進半導體材料及輔助材料的發展還需要把握未來技術發展趨勢，在不斷積累已有技術經驗的同時，關注新的材料體系、芯片結構和工藝的發展變化，積極探索與創新，確?？沙掷m發展。

　　2. 發展目標

　　2025 年發展目標

　　我國半導體材料及輔助材料 2025 年的發展目標是：核心半導體材料技術達到國際先進水平，相關產品滿足產業鏈的安全供應需要，建立起全產業鏈能力，解除關鍵行業的“卡脖子”問題。

　　(1)集成電路用半導體材料

　　加強 12 in Si 單晶及其外延材料的技術研究，逐步擴大國產材料的市場應用份額。實現 8 in Si 材料國內市場的完全自主供應，確保 12 in 單晶 Si 及其外延材料產能及市場占有率，同時發展更大尺寸單晶 Si 及其外延材料的制造技術，確保我國集成電路產業的可持續發展。

　　(2)功率器件用半導體材料

　　抓住 Si 基電力電子器件產業轉移的契機，做大電力電子器件的產業規模，加緊推進 SiC、GaN 電力電子器件產業化。實現 6 in 無微管缺陷 SiC 單晶的產業化制造，并突破 8 in 無微管缺陷 SiC 單晶制造瓶頸;實現 8 in Si 基 GaN 電力電子器件產業化，突破 12 in Si 基 GaN 材料關鍵技術，Si 基 GaN 電力電子器件滿足消費類電子、數據中心服務器電源、工業電源和電動汽車對高效電源管理的更高需求。

　　實現 6 in 半絕緣 GaAs 單晶襯底和 6 in 半絕緣 SiC 單晶襯底的自主供貨，確保射頻 / 微波器件用 GaAs 和 GaN 材料相關產業鏈的供應安全;突破 6 in GaAs 高電子遷移率晶體管(HEMT)外延材料的量產制造，達到“開盒即用”的技術水平;突破 6 in 半絕緣 SiC 襯底上 GaN HEMT 外延材料的生長和器件技術，為未來雷達、移動通信技術的發展提供技術支持。

　　進一步提高 6 in InP 襯底拋光片的質量，擴大產能，并掌握毫米波器件所需外延材料的量產技術，達到“開盒即用”的技術水平，為第五代移動通信(5G)技術相關毫米波系統(如汽車防撞雷達、車間互連與通信系統)的產業鏈供應安全提供材料支持。實現 2 in 金剛石自支撐材料和 2 in Ga2O3 單晶襯底的量產，解決金剛石的 n 型摻雜和 Ga2O3 的 p 型摻雜問題。

　　(3)發光器件用半導體材料

　　應重視基于 GaN 的照明用發光器件以及基于 GaAs、InP 的光纖通信用半導體激光器，適當兼顧激光投影顯示對 GaN 可見光激光器以及消毒殺菌用 GaN 紫外發光二極管，尤其是深紫外發光器件的發展;積極推動應用于顯示領域的 Mini LED 和 Micro LED 技術產業化。

　　(4)光電探測材料

　　重點發展對特種光波長產生響應的光電探測器件、具有超快響應特性的光電探測器件以及超高靈敏的光電探測器件(單光子探測為超高靈敏光電探測的極限要求)。實現 GaN 紫外探測材料的完全自主保障，實現大尺寸 CdZnTe 單晶材料、HgCdTe 外延材料、GaAs / AlGaAs 量子阱材料、GaAs / InSb Ⅱ類超晶格材料的產業化，實現短波、中波紅外探測器件及焦平面成像芯片的技術突破，突破長波紅外探測材料、器件和成像芯片的發展，滿足 100 萬像素長波紅外焦平面成像芯片以及 16 μm 甚長波紅外探測器件的研制需要。保障超快響應光電探測器件及材料的供應鏈安全，滿足我國高速光網的建設需要。

　　(5)半導體產業制造/封裝工藝和材料

　　國產光刻膠、超高純化學試劑及電子氣體主要品種的市場應用占有率達到 30% 左右，實現特種品種的產業化認證，實現進口產品的部分替代，形成全品種、全系列產業能力。其中，KrF 光刻膠實現批量生產，ArF 光刻膠完成認證并進行小批量生產，突破高端光刻膠所需的樹脂主體材料、光敏劑、抗反射涂層(ARC)等的關鍵技術。0.25 μm 到 0.18 μm 掩膜版實現完全自主可控，高檔高純石英掩膜基板突破關鍵技術。

　　在拋光材料方面，進一步推進主要品種材料進入生產線。其中，Cu 及其阻擋層拋光液、TSV 拋光液和 Si 的粗拋液等全面進入 8 in 和 12 in 芯片生產線，市場份額從目前的 5% 提升至 50%;針對硅片的精拋和化合物半導體拋光，14 nm 及以下鰭式場效應晶體管(FinFET)工藝拋光，Co、Rb 等金屬互聯材料和淺槽隔離(STI)工藝拋光等所需的拋光液，實現關鍵技術突破并小批量生產。

　　CMP 墊(聚亞氨脂)產品在 8 in 和 12 in CMP 工藝中通過應用評估，實現產品供貨。另一方面，針對金剛石、Ga2O3、AlN 為代表的新興半導體材料加工需要，開發特種品種的拋光材料，并獲得試用認證，形成初步產業能力。

　　需大力發展大板級扇出(Fan Out)、TSV / 玻璃通孔(TGV)等新型封裝工藝。開發出適用于 SiC、GaN、Ga2O3、金剛石等材料，滿足高溫、高壓、高頻和大功率需求的封裝材料和工藝。

　　全面發展新型、更高熔點溫度的軟釬料技術;開發高效、低成本瞬時液相擴散連接技術、低溫燒結低溫連接工藝技術，解決好銀電化學遷移問題;突破具有良好導熱和高溫可靠性的封裝基板材料技術，包括 AlN 和 Si3N4 及其他具備良好導熱和高溫可靠性的封裝基板材料，突破活性金屬釬焊在陶瓷材料上覆蓋金屬的陶瓷覆銅板(DBC)技術，解決陶瓷與金屬的連接問題。突破新型制冷底板及與熱沉連接技術，大幅度降低功率模塊熱阻，提升性能。

　　2035 年發展目標

　　我國半導體材料及輔助材料 2035 年的發展目標是：半導體材料整體技術水平達到國際先進，產業水平完全滿足產業鏈供應安全的需要。

　　(1)集成電路用半導體材料

　　具備 18 in 單晶 Si 材料量產能力，完成 5 nm / 3 nm 節點集成電路材料的量產技術儲備，突破關鍵裝備技術，掌握材料批量生產技術，打通器件制造的全流程關鍵節點技術。

　　(2)功率和高頻器件用半導體材料

　　實現 SiC、GaN、AlN、Ga2O3、金剛石等單晶材料的產業化制造。具體包括：6 in GaN 單晶襯底、 8 in SiC 單晶襯底、6 in AlN 單晶襯底、4 in 金剛石單晶襯底、6 in / 8 in Ga2O3 單晶襯底，確保整個功率和高頻半導體產業多層次發展的技術需求;實現 8 in高質量SiC襯底上GaN HEMT外延材料的量產。解決金剛石的 n 型摻雜和 Ga2O3 的 p 型摻雜及其制備工藝難題，為下一代更高性能功率和高頻半導體器件的產業化及大范圍推廣應用做好技術儲備。

　　(3)發光器件用半導體材料

　　實現 AlN 單晶襯底上高 Al 組分 AlGaN 外延材料的產業化制造，突破深紫外發光國產器件制造技術，并實現產業化。

　　(4)光電探測材料

　　滿足 1000 萬像素長波紅外焦平面成像芯片的研制需要，突破 18~20 μm 甚長波紅外探測器件技術。

　　(5)半導體產業制造/封裝工藝和材料

　　對于常規品種的光刻膠、超高純化學試劑及電子氣體，國產材料的市場占有率達到 50% 以上;對于特種品種的光刻膠、超高純化學試劑及電子氣體，國產材料的市場占有率達到 30% 左右，形成全品種、全系列產品的供應產業鏈。

　　在拋光材料方面，國產常規品種產品的市場占有率超過 50%;為滿足金剛石、Ga2O3、AlN 等新興半導體材料加工需要所開發的特種拋光材料，國產化產品的市場占有率達到 30%。