作为产业上游关键，国产半导体材料进展如何？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）统计数据显示，2023年中国半导体材料市场规模为146亿元，同比增长12%；2016-2023年复合增长率为10%，高于同期全球增速（5.3%）。半导体材料对于整个半导体产业发展的重要性不言而喻，目前半导体材料的国产化率大约为30%，仍然道阻且长。
 
在第12届中国电子专用设备工业协会半导体设备年会、第12届半导体设备与核心部件展示会上，特设了一个“2024半导体制造与材料董事长论坛”，让产业界清楚地看到，在国产半导体制造热火朝天地推进过程中，国产半导体材料的近况如何。
 

国产设备和国产材料并行

在“2024半导体制造与材料董事长论坛”上，上海硅产业集团执行副总裁、董事会秘书；上海新昇董事长、新傲科技董事长兼总裁李炜分享的主题是《合作共赢，共创未来》。他表示，每一年半导体设备年会，他都会受邀参加演讲环节，一个重要的原因是设备和材料同是产业上游的核心环节，另外材料的发展也需要设备的支持。
 
李炜在分享中分享了一些很有价值的数据，比如在300㎜硅片的需求方面，2023年国内月需求量大概是180万片，其中三分之二由国内厂商供应；2023年上海硅产业集团每月供应300㎜硅片的数量大约为90万片，占据国内市场的半壁江山。
 
上海硅产业集团于2015年12月09日成立，经营范围包括：硅产品和集成电路产品技术领域内的技术服务，硅产品和集成电路研制、销售，硅材料行业投资，集成电路行业投资，创业投资，实业投资，资产管理，投资咨询，投资管理，企业管理咨询，商务咨询等。目前，该公司专注于半导体硅材料产业及其生态系统发展。
 
在上海硅产业集团的“一二三战略”中，“二”代表着大尺寸硅材料和SOI材料。其中，上海硅产业集团旗下的新昇半导体主要承担大尺寸硅材料的研发。李炜介绍说，新昇半导体主要做外延片、抛光片和测试片，主要用于存储器、逻辑微处理器、电源管理分立器件、光学及传感器、模拟产品、IGBT功率器件及特殊应用等集成电路产业。目前，上海硅产业集团有800多项专利技术，其中500多项来自新昇半导体。
 
李炜强调，包括国产半导体材料和设备，要想更好地发展，合作共赢是非常重要的。“我们跟国内的很多设备厂商合作，比如滚圆机、截断机、长晶设备等。目前，上海硅产业集团正在积极倡导建立生态，让设备和材料共同成长。”
 

材料创新支撑集成电路技术发展

安集微电子科技（上海）股份有限公司副总经理彭洪修分享的主题是《材料创新支撑集成电路技术发展》。安集科技是一家以自主创新为本，集研发、生产、销售及技术服务为一体的高科技半导体材料公司，经营范围包括集成电路用相关材料的研究、设计、生产，销售自产产品，并提供相关的技术服务与技术咨询等。自2004年成立以来，安集科技已成功开发并量产了全品类化学机械抛光液和技术领先的功能性湿电子化学品，并与客户紧密合作，开启了原始创新，定制开发新技术、新应用所需的产品，助力集成电路产业的发展。
 
彭洪修表示，设备和材料是分不开的，设备和材料搭配可以更好地支撑集成电路产业的发展。在当前的半导体制造里，铜依然是非常重要的材料，比如从130nm到4nm工艺，在前道为了获得导电更好的线路，铜的层数并没有减少，而是越来越多。当然，不同的工艺，不同的用途，铜的材料成分会有差异，比如65nm、40nm、28nm用到的铜基础液有很大的差异。在后道的先进封装里，也是通过纳米铜来实现连接。
 
安集科技提供化学机械抛光液一站式解决方案。化学机械抛光是集成电路芯片制造过程中实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺，化学机械抛光液是化学机械抛光工艺过程中使用的主要化学材料。根据抛光对象不同，安集科技化学机械抛光液包括铜及铜阻挡层抛光液、介电材料抛光液、钨抛光液、基于氧化铈磨料的抛光液、衬底抛光液和用于新材料新工艺的抛光液等产品。目前该公司铜及铜阻挡层系列化学机械抛光液，可以满足国内芯片制造商的需求，并已在海外市场实现突破。
 
彭洪修指出，工艺的整合以及一站式解决方案，让安集科技能够更好地理解材料是什么。
 

面向先进封装的临时键合材料系统解决方案

深圳市化讯半导体材料有限公司董事长张国平分享的主题是《面向先进封装的临时键合材料系统解决方案》。目前，在半导体制造的后道工艺中，先进封装的占比越来越高，根据‌WK Research的报告，全球先进封装市场预计在未来几年将蓬勃发展。2022-2027年期间的复合年增长率(CAGR)预计为9.2%。此外，全球‌封装测试市场规模预计在2028年达到1360亿美元，其中先进封装占比约为58%。
 
先进封装的快速发展对于材料有着积极的带动作用，化讯半导体的主要方向是先进封装里的临时键合材料。临时健合是先进封装最核心的工艺之一，广泛应用到2.5Dcowos封装、info POP封装和waferto wafer hybrid bonding工艺。先进封装中晶圆减薄主要是为了满足TSV制造和多片晶圆堆叠键合总厚度受限的需求，有效提高芯片制造的效率和成本效益。由于大尺寸薄化晶圆的柔性和易脆性使其很容易发生翘曲和破损，为了提高芯片制造的良率、加工精度和封装精度，需要一种支撑系统来满足苛刻的背面制程工艺。在此背景下，临时键合与解键合技术应运而生。
 
化讯半导体于2016年由中国科学院深圳先进技术研究院技术转移转化成立，专注于高端半导体材料的研发与产业应用。公司聚焦集成电路先进封装、功率器件、新型显示等三大战略新兴领域，致力于为客户提供关键材料及系统解决方案。在临时键合材料方面，化讯半导体构建了最完善的临时键合材料产品家族，是国内临时键合材料的唯一量产企业。该材料服务于5G、AI、HPC及IoT等领域大算力、高带宽存储芯片的先进制造，支撑客户完成2.5D、3D、FOWLP及FOPLP等先进封装制程。
 
张国平谈到，临时键合材料有着非常高的难度和技术壁垒，“先进封装的临时键合工艺一旦开始，材料就要伴随整个制程，经历大概200步以上的先进封装工艺。期间，临时键合材料要安全地保护昂贵的晶圆，不能出现任何的破损。当然，200多步工艺结束以后，还要能够非常容易地分离和清洗，确保没有任何的残留，这是临时键合特别有挑战的地方，不亚于任何一款留在芯片中的核心主材。材料的耐热性、耐化性、激光的吸收效率等都是临时键合材料研发和量产的挑战所在。”
 
根据张国平的介绍，该公司的临时键合材料已经于2019年导入国内封测龙头企业，已经帮助客户量产5年，是国内唯一的供应商。同时，化讯半导体的临时键合材料也已经进入到台积电的CoWoS先进封装量产工序中。
 

结语

第12届中国电子专用设备工业协会半导体设备年会、第12届半导体设备与核心部件展示会是国产设备的盛会，但是设备和材料同为产业上游的核心，需要更好地协同，因此“2024半导体制造与材料董事长论坛”也是干货满满，让我们得见国产半导体材料发展的最新进展。