尚远航
河北同光晶体有限公司 河北省保定市 071000
摘要：在我国快速发展完善的过程中，半导体材料是现代信息技术发展的重要支柱，对社会的发展和变革做出了突出贡献。近年来，我国中央政府不断的资金、技术、政策扶持下，国内半导体市场也出现了高增长的势头。多项涉及半导体的公关被国家、地方作为重点公关项目，使得半导体材料事业有了长足发展，成果显著，许多基础材料能够取代进口材料，并不断打破国外的垄断。本文主要阐述各半导体材料大国的产业发展之路，分析当前我国半导体材料产业发展过程中遇到的困境和机遇，以期探索出一条符合我国发展之路的半导体事业，并逐步走向国际顶端市场。
关键词：半导体材料；集成电路制造；产业现状；发展趋势
引言
近日，"2018中国半导体材料及设备产业发展大会"在京召开。本次大会由中国电子信息产业发展研究院主办、邳州市政府协办，旨在通过梳理半导体产业的发展方向、推介半导体材料及设备产业的创新理念，共同促进半导体产业生态环境的构建，推动我国集成电路产业的健康发展。中国电子信息产业发展研究院总工程师乌宝贵、邳州市委书记陈静出席会议并发表致辞。中国半导体行业协会副理事长于燮康、中科院微电子所副总工程师赵超等行业专家与企业嘉宾出席并发表演讲。
1半导体材料市场的产品结构
2015年我国集成电路晶圆制造材料的产品结构如图1所示。其中，硅片和硅基材料占据集成电路晶圆制造材料总体的比重最大，为36.8%，在2016年以前大部分8英寸硅单晶抛光片和全部12英寸硅单晶抛光片只能依赖进口。近年来，随着上海新晟半导体材料科技有限公司的建立和北京有研硅材料股份有限公司12英寸硅片国产化工程的推进，12英寸晶圆硅片国产化指日可待。同时，随着国内金瑞泓和有研硅等8英寸硅单晶抛光片的升级和扩产，国内8英寸硅片供应紧张状态有所缓解。其次是电子气体，占集成电路晶圆制造材料总体的14%。再次是掩膜版，占13.8%。目前40nm及以下特征尺寸的掩膜版还需在海外加工。光刻胶和配套试剂合计占集成电路晶圆制造材料总体的11.7%。随着集成电路制程微细化的快速推进，光刻胶及其配套试剂的重要性更加凸现。目前，国产G线和I线光刻胶已有量产，但量产仍须进一步扩大。248nmKrF光刻胶已研制成功，但量产还需进一步突破。193nmArF光刻胶目前仍在研发之中。湿法工艺化学品、溅射靶材料和CMP抛光材料等目前已部分实现国产化，但仍须进一步扩大品种、增加产量。2015年我国集成电路封装材料市场的产品结构如图2所示。其中，引线框架占据的比重最大，达25.5%；键合金丝其次，占22.3%。由此可见，主要应用引线框架和键合金丝的传统封装形式，如SOP、SSOP、QFP、QFN等仍占我国集成电路封装业的主要地位。高端先进封装用的封装基板和陶瓷基板，合计仅占封装材料市场总体的28.8%。今后，随着我国集成电路封装业向高端先进封装的推进，封装基板和陶瓷基板的市场比重还会进一步提升。
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图12015年我国集成电路封装材料的产品结构
2我国半导体材料业的发展状况及展望
以2016年数据为例：我国半导体市场的市场份额已突破647亿元，较上年增长9.5%；集成电路市场规模318亿，较上年增长16.1%；集成电路晶圆制造材料市场规模330.28亿，较上年增长4.2%。可以看出，我国的集成电路晶圆制造材料市场不断扩大。尤其是以硅片和硅基材料所占市场比重最大，在2016年以前，大部分的8英寸硅单晶抛光片和全部的12英寸的硅单晶抛光片全部依赖进口。随着上海和北京相关公司研发出12英寸国产单晶抛光片，逐步打破半导体强国对中国的封锁和垄断。随着国家对相关半导体科技产业的扶持鼓励，各大公司纷纷升级、扩线，环节了供应紧张的局面，让国内的半导体材料产业迎来前所未有的发展春天。在市场的拉动下，我国通过短短几年时间，国产多晶硅产业由弱势转变为数万吨产能的产业群，让我国跻身为世界光伏产业大国，并逐步成为光伏产业强国。半导体材料业的发展也为今天“中兴事件”埋下了伏笔。纵观世界各半导体材料业强国纷纷建立联盟来攫取全球半导体市场份额，我国要发展第三代半导体材料，也需要依靠产业链来实现创新。才能抢占国际发展的制高点。在国家科技部、工业和信息化部、北京科学技术委员会支持下，第三代半导体产业创新战略联盟也成立了。囊括中科院半导体研究所、北京大学、南京大学、西安电子科技大学、等多所知名学府及三安光电、国网只能电网研究院、中兴通讯、苏州能讯等多家国内尖端半导体公司为代表的企业机构组件联盟。通过近3年的发展，逐步建成统一高效的联盟，并形成完整的产业链，后续加入许多检验检测机构、技术认真机构等产业下游上游应用企业。逐步打破了西方发达国家对我国半导体技术的围堵。氮化镓（GaN）是极其稳定的化合物，又是坚硬和高熔点材料，熔点为1700℃。GaN具有高的电离度，在三五族化合物中是最高的（0.5或0.43）。在大气压下，GaN晶体一般是六方纤锌矿结构，因为其硬度大，所以它又是一种良好的涂层保护材料。GaN具有出色的击穿能力、更高的电子密度和电子速度以及更高的工作温度。GaN的能隙很宽，为3.4eV，可以广泛应用于SiC和GaN的关键技术。项目希望通过研发高性价比且高可靠的SiC和GaN功率电子技术，使欧盟跻身于世界高能效功率芯片研究与商用的前沿[4]。我国政府主管部门高度重视第三代半导体材料及相关技术的研究与开发。从2004年开始对第三代半导体技术领域的研究进行了部署，启动了一系列重大研究项目。2013年科技部在“863”计划新材料技术领域项目征集指南中明确将第三代半导体材料及其应用列为重要内容。2015年和2016年国家科技重大专项02专项也对第三代半导体功率器件的研制和应用进行立项。业界也普遍看好SiC和GaN的市场前景。据预测，到2022年，SiC和GaN功率器件的市场规模将达40亿美元以上，年均复合增长率可达45%，届时将催生巨大的应用市场空间。但是，当前我国发展第三代半导体及其器件的最大瓶颈是原材料。我国SiC和GaN材料的制备与质量等问题亟待破解。目前我国对SiC材料制备的设备尚为空缺，大多数设备还依赖进口。国内开展SiC、GaN材料和器件方面的研究工作起步比较晚，与国外相比水平还较低，缺少原始创新的专利。因此，发展第三代半导体材料和器件的步伐有待加速。未来，由SiC和GaN材料制成的半导体功率器件将支撑起当今节能技术的发展趋势，成为节能设备最核心的器件，因此SiC和GaN功率器件被业界誉为绿色经济的“核心”。
结语
总之，要想抢占半导体材料业的发展战略制高点，需要以国家牵头，集合优势资源，举全国之力发挥各方优势，促进产业发展，并形成合力，推进我国半导体事业的长足发展。
参考文献
[1]乌宝贵.“2018中国半导体材料及设备产业发展大会”召开[J].信息技术，2018（03）：4.
[2]张春滨.共同促进半导体产业健康发展[N].新农村商报，2018-02-07（B13）.
[3]王龙兴.中国半导体材料业的状况分析[J].集成电路应用，2018，35（01）：51-55.
[4]王龙兴.2015年我国半导体设备和半导体材料业现状分析[J].集成电路应用，2016，33（12）：16-22.