索尔维：以先进制程创新材料方案助力中国芯片制造发展
来源:新材料在线发布时间:2023-02-202344浏览
询问 AI芯片作为5G、汽车等产业的上游部件，随着5G、汽车等消费市场的增长，其市场规模正在扩大。
在5G方面，根据Statista数据，中国5G芯片市场规模将从2020年的2.41亿美元增长至2027年的75.09亿美元。
在汽车方面，随着智能化渗透率提升，芯片的需求量越来越大。据中国电动汽车百人会数据，2022年我国汽车智能化渗透率超过了30%，2030年将会达到70%。到2030年，我国芯片市场规模约达到300亿美金，每年的需求量在1000-1200亿颗。
庞大的市场需求正驱动中国芯片本土供应链的逐步建立和完善。以汽车芯片为例，据中国电动百人会数据，国内汽车芯片的供给率不足10%。为了弥补这一短板，汽车芯片国产化进程加速。
这吸引了不少半导体材料供应商的注意。作为比利时的化工巨头，索尔维凭借多年来在特种聚合物领域的先进经验，在芯片制造领域，其推出的全系列高性能聚合物产品涵盖了半导体制造前端与后端、测试与组装等各个阶段。
“索尔维非常重视中国的半导体市场，并在中国市场进行了一系列的战略布局。为了更好地服务客户，索尔维在上海打造了产品应用研发中心，以更好地配合中国客户。”索尔维材料事业部高级执行副总裁Andrew Lau对新材料在线®表示。
索尔维材料事业部高级执行副总裁Andrew Lau
从材料供应
到提供整体解决方案
芯片制造之所以门槛高，在于其步骤繁琐。大体来看，包括晶圆加工、氧化、光刻、刻蚀、薄膜沉积、互连、测试、封装等步骤，整个制造流程需要数百甚至上千个工艺。
芯片产品复杂的制造环境，对耗材、设备部件关键材料提出了稳定性、耐腐蚀性、耐高温性、安全性、环保性等要求。
Andrew Lau表示，索尔维开发出的全系列特种聚合物材料，可应对芯片制造的严苛要求。“我们不仅是材料供应商，更是整体解决方案的提供商。”
按芯片制造的环节划分，索尔维材料方案覆盖了芯片的前端与后端各个阶段。按芯片制造的场景划分，则覆盖了制程耗材、固定设备部件、工厂和工艺系统的关键部件等。
比如，由于芯片制造需要高纯度的条件，为了保持生产环境纯净度，设备的超纯水（UPW）管道和系统部件的材料必须符合一套独特的规范，以防止污染物浸出和细菌生长。同时，为了确保较长的使用寿命，管道系统的材料必须满足机械和工艺的要求。
虽然传统的超纯水（UPW）管道系统采用不锈钢、聚氯乙烯 (PVC) 和聚丙烯 (PP)等材料，但纯度不足。时间一长，化学侵蚀和腐蚀会导致生锈，应力开裂，或导致生物膜附着。
据了解，索尔维推出Solef® PVDF，该材料含氟聚合物具有稳定性以及防火和抗氧化性，不需要添加剂、填料、染料或可滤出的阻燃剂，能抵抗腐蚀性强的化学物质而不会降解。另外，因其特殊的平滑表面，可防止细菌和生物膜的生长。因此，成为超纯水系统的首选材料。
此外，Solef® PVDF除了可应用于超纯水管道、直管和管接件，还可以用于高纯水部件，阀门、流量计、过滤器、水箱，湿制程设备和其他高纯度制程设备等。
除了Solef® PVDF展现的优异性能之外，索尔维推出的Halar® ECTFE系列产品可以用于湿法制程设备。据介绍，Halar® ECTFE结合了广泛的耐化学性、优良的耐热性、出色的机械性能、抗渗透性和表面光滑度等性能，能够抵御各种化学品和溶剂的侵蚀，具有优异的防火性能，获得了FM4910和FM4922认证。据悉，该材料可同时适用于化学接触区和非化学接触区的半导体设备结构件、排气管道涂层等。
值得一提的是，在芯片制造中，用于洁净室设备的部件必须采用惰性材料, 并要求能承受循环高温、腐蚀性化学性物质以及与半导体制造中的高摩擦移动, 且不会对环境造成负面影响。据介绍，索尔维推出的KetaSpire®PEEK系列能够满足对洁净室设部件强度和刚度的高要求，结合形状稳定性、低颗粒度和动态抗疲劳性能, 是满足分度运动和重复运动应用的优异选择，具有韧性与耐腐蚀性。
由于具备优异耐磨性，KetaSpire®PEEK系列产品可应用于CMP工艺保持环，增强保持环的寿命，其还具有良好的尺寸稳定性，在研磨过程中帮助保持晶圆边缘的均匀性。
“索尔维的Tecnoflon® FFKM同样在半导体制造中具有亮眼表现。Tecnoflon® FFKM具有高纯度、低金属含量和长使用寿命等特性，耐受温度高达340℃，常被用于在集成电路制造过程中的各种关键密封应用中。”Andrew Lau对新材料在线®表示。
在芯片制造的耗材方面，索尔维推出惰性高性能导热液Galden® HT PFPE，沸点介于55~270 °C之间，产品规格丰富，可适用于不同的工艺环境；另外，推出的真空泵油Fomblin® PFPE也属于全氟聚醚惰性流体, 具有低蒸汽压、耐腐蚀性佳、高热稳定性、润滑性能佳等诸多优点。
助力中国芯片制造
当前，半导体制程正在向更小的节点演进，仅靠提升工艺提升芯片性能的方法已经无法充分满足时代需求，半导体行业也逐步进入了“后摩尔时代”。因此，芯片的性能的提升更体现在对产品的设计，如CMOS器件从传统的二维进入到三维的设计，同时借助先进封装技术实现chiplet芯粒互联，在提升芯片性能的同时尽可能控制成本。
索尔维半导体技术开发工程师Elsa Xu表示，无论是更先进的制造还是封装技术，无疑会对材料提出越来越苛刻的要求。比如材料需要面对更高密度的等离子，更高的温度，更强的腐蚀等条件。与此同时，随着芯片关键尺寸的变小，各个半导体工艺制程都对缺陷非常敏感，所以对材料的纯度和力学性能的要求也越来越高。
另外，芯片制造面临化工资源消耗与泄露、废物处理、能源消耗等环保问题。
Andrew Lau和 Elsa Xu在索尔维上海园区
接受新材料在线®采访
Andrew Lau对新材料在线®表示，索尔维投入了大量的资金、精力、资源和人才致力攻克上述难题。为了应对芯片制造提出的最新要求，索尔维新产品的开发主要围绕“高性能”和“绿色环保”两个关键词展开。
一方面，为满足先进芯片制程对材料的性能要求，索尔维通过设计、优化聚合物产品结构，开发更纯净、耐化耐腐蚀、耐高低温、耐等离子体的高性能树脂、橡胶和流体产品；另一方面，通过技术创新积极发展绿色制造，开发绿色产品，节能环保，降低碳排放，减少有害的氟表面活性剂的使用，提供可持续发展的材料解决方案。
除了致力于材料性能本身的提升，索尔维还意识到服务对于用户的重要性。
随着中国本土芯片产业的发展，索尔维加大了中国研发和工厂的投资。近期，索尔维上海应用研发中心（ADL）落成和投入使用，配备多个实验室和精密的设备以及专业的专家团队。据介绍，该中心具备了新产品、新工艺、新配方和新应用开发的关键能力。
Elsa Xu表示，索尔维上海应用研发中心建立的初衷，在于与中国大陆的客户保持更密切的交流和沟通。对于芯片制造客户而言，经常面临工艺方面独特而复杂的需求。在中国设立研发中心，有助于第一时间应对客户提出的需求，协助客户进行材料失效分析，进行工艺改进、配方优化等。
“我们也将会继续进行产品的创新，在中国的工厂和研发中心加大投资，助力中国半导体的发展。”Elsa Xu说道。
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