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芯片刻蚀机用柱状晶大尺寸硅环成果转化

成果类型:: 新技术

发布时间: 2025-12-18 15:28:48

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”宁夏(新材料)区域科技服务团| 武金龙 | 2026-01-19 09:33:12
本项目旨在推动“芯片刻蚀机用柱状晶大尺寸硅环”这一关键技术的成果转化与应用。该硅环是半导体芯片制造中刻蚀工艺的核心部件,采用先进的柱状晶结构设计与大尺寸成型工艺,可满足高端芯片制造对精度、稳定性与耐用性的严苛要求。本项目已获批为自治区重点科技成果转化项目(立项编号:2025CJE09041),由乙方承担实施任务,旨在实现该技术从研发到产业化应用的跨越,提升我国在半导体关键零部件领域的自主保障能力。

1.技术先进:采用柱状晶结构,兼具高纯度、高均匀性与优异力学性能,满足芯片刻蚀工艺对材料的高标准要求。2.大尺寸突破:实现硅环的大尺寸化制造,适用于新一代半导体刻蚀设备,支撑更高效率与更精密的芯片生产。3.国产化关键一环:项目聚焦半导体装备核心部件自主化,有助于打破国外技术垄断,保障产业链安全与稳定。4.政府重点支持:列入自治区重点科技成果转化项目,获得政策与资源支持,加速技术落地与产业化进程。5.产学研协同转化:通过合同明确甲乙双方权责,推动科技成果高效转化,促进科技与产业深度融合。

本项目研制的大尺寸、高纯硅环是半导体制造 干法刻蚀(Dry Etching)设备 的核心耗材,其具体应用场景与市场前景如下:

集成电路制造领域:广泛应用于 逻辑芯片(如CPU、GPU)、存储芯片(DRAM, 3D NAND Flash) 的刻蚀工艺腔体,是 12英寸及未来18英寸 先进晶圆产线的必需部件。

第三代半导体领域:适用于 碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN) 等宽禁带半导体功率器件的 刻蚀环节,服务于新能源汽车、轨道交通、智能电网等高端产业。

泛半导体及科研领域:可用于 高端显示面板(Micro-LED)、微机电系统(MEMS) 的制造,以及 同步辐射光源、粒子探测器 等大科学装置的建设。

市场容量:全球刻蚀用硅环市场 规模约140亿美元/年,且随着芯片工艺节点不断微缩和3D结构复杂化,其 消耗量与性能要求同步攀升。目前国内市场 超过30% 依赖进口,国产化替代空间巨大。本项目产品有望在 3-5年 内,在国内市场实现 5%-8% 的替代率,对应 年销售额7-12亿元人民币。

北方民族大学材料学院卢辉、董福元、李宁科研团队,是一支深耕于新能源材料与器件领域的骨干研究力量。团队以新能源材料,特别是光伏与纳米功能材料为主要研究方向。以中青年博士为骨干,学术背景扎实、研究方向前沿、产学研成果显著,并在教学育人方面富有特色的科研集体,是服务宁夏地区新材料与新能源产业发展的重要科研力量。

(1)研发投入与经济效益:

已投入经费:本项目为攻克高纯、大尺寸硅环制备技术,累计投入研发经费约 1200万元人民币,主要用于特种设备定制、材料工艺研发、性能测试及中试验证。

已取得收益:通过产学研合作,已完成 8英寸和12英寸硅环样品的制备与客户验证,产品纯度达到 11N(99.999999999%),关键力学性能指标(如抗弯强度)提升 30%以上。已获得2家国内头部半导体设备商的 认证意向,并签订首批小批量供货合同,合同金额约 2000万元,实现了国产高端硅环市场零的突破。

未来投入计划:为完善12英寸以上超大尺寸硅环的稳定量产工艺、降低生产成本并建立全流程质量追溯体系,预计需再投入经费500万元,计划在18个月(2025年中至2026年底)内完成,主要用于量产线热场优化、自动化加工设备购置及长期可靠性测试。

(2)社会与综合效益:

推动科技进步:项目成功开发了具有柱状晶精细结构调控技术 的大尺寸高纯硅环制备工艺,突破了国外在刻蚀设备用关键耗材领域的长期技术封锁,推动了我国半导体材料科学、精密制造与装备技术的协同进步。

保护自然资源或生态环境:本技术通过对硅材料极致纯化和结构优化,提高了硅环使用寿命,减少了半导体制造过程中因部件频繁更换产生的 固体废物。长远来看,国产化将降低全球供应链物流带来的 隐含碳足迹,符合绿色制造趋势。

保障国家和社会安全:项目的成功是 半导体产业链自主可控 的关键一环,直接保障了我国先进芯片制造产能的 供应链安全与稳定,降低因国际争端导致的 “卡脖子”风险,对维护国家经济安全和科技主权具有重大战略意义。

改善人民物质、文化、生活及健康水平:该成果的产业化将支撑国内更先进、更经济的芯片制造,最终惠及 5G通信、人工智能、新能源汽车、高端医疗设备 等下游产业,促进消费电子产品性能提升与成本下降,丰富人民群众的数字生活,并间接助力智慧医疗等健康产业发展。

1.技术转让:鉴于硅环属于高技术门槛、高资本投入的尖端产品,直接进行纯技术转让的可行性较低。但可考虑向有实力的材料企业进行成套工艺技术包的独占性或区域性许可,技术许可费用预计不低于3000万元人民币。

2.技术入股:此为首选转化模式。拟以全套制备技术、相关专利及研发团队作价入股,与具备高纯硅料资源、精密加工基础或强大市场渠道的产业资本共同组建公司。技术成果初步估值 4000-6000万元,我方期望占股 20%-30%,并主导技术研发与生产。

3.技术合作:积极寻求与国内大型半导体设备厂商(如中微公司、北方华创等) 或地方政府产业基金建立深度战略合作,共建 “半导体关键耗材联合研发与生产基地”,以长期供应协议 保障项目落地。

4.资金需求:为实现年产 5000个高端硅环的产业化目标,首期(建设期)需投入资金约 3000万元,主要用于 千级洁净车间建设、进口核心沉积设备采购及流动资金。

5.转化方向与目标:希望落户于半导体产业配套成熟、人才聚集的园区(如长三角、京津冀等)。目标是在2年内建成国内首条全自主可控的12英寸硅环量产线,并在3年内实现在国内新建刻蚀设备市场中10%的配套占有率。要求合作方必须承诺持续研发投入,并认同国产化替代的长远战略价值。