我國先進半導體材料及輔助材料的發(fā)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(fā)展思路與目標
1. 發(fā)展思路
為促進半導體產業(yè)的發(fā)展，我國先進半導體材料及輔助材料今后的發(fā)展思路為：構建梯次發(fā)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(xié)同，不斷創(chuàng)新，推動先進半導體材料及其輔助材料的可持續(xù)發(fā)展。
第一，成體系發(fā)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(yè)的發(fā)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(fā)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(yè)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(xié)同發(fā)展。半導體產業(yè)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(huán)節(jié)的核心裝備與關鍵零部件等環(huán)節(jié)，產業(yè)鏈長且各環(huán)節(jié)工藝復雜，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)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(xié)同發(fā)展實現(xiàn)全產業(yè)鏈的整體技術突破。
第三，可持續(xù)發(fā)展。在實施追趕戰(zhàn)略的同時，我國先進半導體材料及輔助材料的發(fā)展還需要把握未來技術發(fā)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(fā)展變化，積極探索與創(chuàng)新，確保可持續(xù)發(fā)展。
2. 發(fā)展目標
2025 年發(fā)展目標
我國半導體材料及輔助材料 2025 年的發(fā)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(yè)鏈的安全供應需要，建立起全產業(yè)鏈能力，解除關鍵行業(yè)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(xiàn) 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(fā)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(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
(2)功率器件用半導體材料
抓住 Si 基電力電子器件產業(yè)轉移的契機，做大電力電子器件的產業(yè)規(guī)模，加緊推進 SiC、GaN 電力電子器件產業(yè)化。實現(xiàn) 6 in 無微管缺陷 SiC 單晶的產業(yè)化制造，并突破 8 in 無微管缺陷 SiC 單晶制造瓶頸;實現(xiàn) 8 in Si 基 GaN 電力電子器件產業(yè)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(shù)據(jù)中心服務器電源、工業(yè)電源和電動汽車對高效電源管理的更高需求。
實現(xiàn) 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(yè)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(fā)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(tǒng)(如汽車防撞雷達、車間互連與通信系統(tǒng))的產業(yè)鏈供應安全提供材料支持。實現(xiàn) 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(fā)光器件用半導體材料
應重視基于 GaN 的照明用發(fā)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(fā)光二極管，尤其是深紫外發(fā)光器件的發(fā)展;積極推動應用于顯示領域的 Mini LED 和 Micro LED 技術產業(yè)化。
(4)光電探測材料
重點發(fā)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(xiàn) GaN 紫外探測材料的完全自主保障，實現(xiàn)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(yè)化，實現(xiàn)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(fā)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(wǎng)的建設需要。
(5)半導體產業(yè)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(xiàn)特種品種的產業(yè)化認證，實現(xiàn)進口產品的部分替代，形成全品種、全系列產業(yè)能力。其中，KrF 光刻膠實現(xiàn)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(xiàn)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(lián)材料和淺槽隔離(STI)工藝拋光等所需的拋光液，實現(xiàn)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(xiàn)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(fā)特種品種的拋光材料，并獲得試用認證，形成初步產業(yè)能力。
需大力發(fā)展大板級扇出(Fan Out)、TSV / 玻璃通孔(TGV)等新型封裝工藝。開發(fā)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(fā)展新型、更高熔點溫度的軟釬料技術;開發(fā)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(fā)展目標
我國半導體材料及輔助材料 2035 年的發(fā)展目標是：半導體材料整體技術水平達到國際先進，產業(yè)水平完全滿足產業(yè)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(jié)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(jié)點技術。
(2)功率和高頻器件用半導體材料
實現(xiàn) SiC、GaN、AlN、Ga2O3、金剛石等單晶材料的產業(yè)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(yè)多層次發(fā)展的技術需求;實現(xiàn) 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(yè)化及大范圍推廣應用做好技術儲備。
(3)發(fā)光器件用半導體材料
實現(xiàn) AlN 單晶襯底上高 Al 組分 AlGaN 外延材料的產業(yè)化制造，突破深紫外發(fā)光國產器件制造技術，并實現(xiàn)產業(yè)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(yè)制造/封裝工藝和材料
對于常規(guī)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(yè)鏈。
在拋光材料方面，國產常規(guī)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(fā)的特種拋光材料，國產化產品的市場占有率達到 30%。