我國先進半導(dǎo)體材料及輔助材料的發(fā)展思路與目標-華普通用

發(fā)表日期:2021/11/12 瀏覽次數(shù):

我國先進半導(dǎo)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,我國先進半導(dǎo)體材料及輔助材料今后的發(fā)展思路為:構(gòu)建梯次發(fā)展的半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體材料誕生以來,從 Si、Ge 到 GaAs、InP,再到 SiC、GaN,可以看出,半導(dǎo)體相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)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。基于此,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(dǎo)體材料的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的機會,構(gòu)建自主可控的新型半導(dǎo)體材料體系。

  第二,上下游協(xié)同發(fā)展。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈包含原材料、單晶生長和外延、芯片設(shè)計與制備工藝、封測與應(yīng)用以及支撐各環(huán)節(jié)的核心裝備與關(guān)鍵零部件等環(huán)節(jié),產(chǎn)業(yè)鏈長且各環(huán)節(jié)工藝復(fù)雜,任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都將導(dǎo)致最終的器件性能不達標。因此,要以提供滿足應(yīng)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(chǎn)業(yè)鏈的整體技術(shù)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(dǎo)體材料及輔助材料的發(fā)展還需要把握未來技術(shù)發(fā)展趨勢,在不斷積累已有技術(shù)經(jīng)驗的同時,關(guān)注新的材料體系、芯片結(jié)構(gòu)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(dǎo)體材料及輔助材料 2025 年的發(fā)展目標是:核心半導(dǎo)體材料技術(shù)達到國際先進水平,相關(guān)產(chǎn)品滿足產(chǎn)業(yè)鏈的安全供應(yīng)需要,建立起全產(chǎn)業(yè)鏈能力,解除關(guān)鍵行業(yè)的“卡脖子”問題。

  (1)集成電路用半導(dǎo)體材料

  加強 12 in Si 單晶及其外延材料的技術(shù)研究,逐步擴大國產(chǎn)材料的市場應(yīng)用份額。實現(xiàn) 8 in Si 材料國內(nèi)市場的完全自主供應(yīng),確保 12 in 單晶 Si 及其外延材料產(chǎn)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(shù),確保我國集成電路產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

  (2)功率器件用半導(dǎo)體材料

  抓住 Si 基電力電子器件產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的契機,做大電力電子器件的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,加緊推進 SiC、GaN 電力電子器件產(chǎn)業(yè)化。實現(xiàn) 6 in 無微管缺陷 SiC 單晶的產(chǎn)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(chǎn)業(yè)化,突破 12 in Si 基 GaN 材料關(guān)鍵技術(shù),Si 基 GaN 電力電子器件滿足消費類電子、數(shù)據(jù)中心服務(wù)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(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)安全;突破 6 in GaAs 高電子遷移率晶體管(HEMT)外延材料的量產(chǎn)制造,達到“開盒即用”的技術(shù)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(shù),為未來雷達、移動通信技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)支持。

  進一步提高 6 in InP 襯底拋光片的質(zhì)量,擴大產(chǎn)能,并掌握毫米波器件所需外延材料的量產(chǎn)技術(shù),達到“開盒即用”的技術(shù)水平,為第五代移動通信(5G)技術(shù)相關(guān)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(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)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(chǎn),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(dǎo)體材料

  應(yīng)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(dǎo)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(yīng)用于顯示領(lǐng)域的 Mini LED 和 Micro LED 技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

  (4)光電探測材料

  重點發(fā)展對特種光波長產(chǎn)生響應(yīng)的光電探測器件、具有超快響應(yīng)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(chǎn)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(shù)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(yīng)光電探測器件及材料的供應(yīng)鏈安全,滿足我國高速光網(wǎng)的建設(shè)需要。

  (5)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)制造/封裝工藝和材料

  國產(chǎn)光刻膠、超高純化學試劑及電子氣體主要品種的市場應(yīng)用占有率達到 30% 左右,實現(xiàn)特種品種的產(chǎn)業(yè)化認證,實現(xiàn)進口產(chǎn)品的部分替代,形成全品種、全系列產(chǎn)業(yè)能力。其中,KrF 光刻膠實現(xiàn)批量生產(chǎn),ArF 光刻膠完成認證并進行小批量生產(chǎn),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(guān)鍵技術(shù)。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(guān)鍵技術(shù)。

  在拋光材料方面,進一步推進主要品種材料進入生產(chǎn)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(chǎn)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(dǎo)體拋光,14 nm 及以下鰭式場效應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)突破并小批量生產(chǎn)。

  CMP 墊(聚亞氨脂)產(chǎn)品在 8 in 和 12 in CMP 工藝中通過應(yīng)用評估,實現(xiàn)產(chǎn)品供貨。另一方面,針對金剛石、Ga2O3、AlN 為代表的新興半導(dǎo)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(chǎn)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(shù);開發(fā)高效、低成本瞬時液相擴散連接技術(shù)、低溫燒結(jié)低溫連接工藝技術(shù),解決好銀電化學遷移問題;突破具有良好導(dǎo)熱和高溫可靠性的封裝基板材料技術(shù),包括 AlN 和 Si3N4 及其他具備良好導(dǎo)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(shù),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(shù),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(dǎo)體材料及輔助材料 2035 年的發(fā)展目標是:半導(dǎo)體材料整體技術(shù)水平達到國際先進,產(chǎn)業(yè)水平完全滿足產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)安全的需要。

  (1)集成電路用半導(dǎo)體材料

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

  (2)功率和高頻器件用半導(dǎo)體材料

  實現(xiàn) SiC、GaN、AlN、Ga2O3、金剛石等單晶材料的產(chǎn)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)多層次發(fā)展的技術(shù)需求;實現(xiàn) 8 in高質(zhì)量SiC襯底上GaN HEMT外延材料的量產(chǎn)。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(dǎo)體器件的產(chǎn)業(yè)化及大范圍推廣應(yīng)用做好技術(shù)儲備。

  (3)發(fā)光器件用半導(dǎo)體材料

  實現(xiàn) AlN 單晶襯底上高 Al 組分 AlGaN 外延材料的產(chǎn)業(yè)化制造,突破深紫外發(fā)光國產(chǎn)器件制造技術(shù),并實現(xiàn)產(chǎn)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(shù)。

  (5)半導(dǎo)體產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)材料的市場占有率達到 30% 左右,形成全品種、全系列產(chǎn)品的供應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈。

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



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