半导体前驱体材料的国产化破局！【2025电子特气与半导体前驱体论坛（AESG2025）】将于11月5-6日在苏州召开。

（来源：半导体前沿）

在芯片制造的微观世界里，有一种 "隐形材料" 正在决定着摩尔定律的极限 —— 它们是 ALD（原子层沉积）和 CVD（化学气相沉积）工艺的核心原料，被称为半导体前驱体。这些看似不起眼的化学物质，需要将纯度控制在 99.999% 以上，金属杂质含量低于百亿分之一，才能在晶圆表面 "绘制" 出纳米级的电路图案。当全球芯片产业竞争进入原子级精度的较量时，前驱体的国产化程度已成为衡量一个国家半导体产业自主可控能力的关键标尺。

一、被 "卡脖子" 的隐形战场

半导体前驱体是一类在特定工艺条件下能够分解并沉积出目标薄膜的化学物质，它们就像芯片制造的 "原子级涂料"。在 CVD 工艺中，前驱体气体在高温下发生化学反应，在晶圆表面形成薄膜；而 ALD 工艺则通过前驱体与衬底的交替化学吸附，实现单原子层精度的可控生长。从 65nm 到 3nm 制程的跨越，不仅是工艺精度的提升，更是对前驱体材料性能的极致考验。目前全球前驱体市场呈现高度垄断格局。数据显示，默克、液化空气、杜邦等国际巨头占据了全球 80% 以上的市场份额，尤其在先进制程所需的高端前驱体领域几乎形成垄断。

我国虽然已是全球最大的半导体市场，但在高端前驱体领域长期依赖进口，国产化率不足 20%。这种依赖不仅导致成本居高不下 —— 某型高端铟基前驱体进口价格是国产同类产品的 4 倍，更在供应链安全上埋下隐患。前驱体的 "卡脖子" 体现在三个维度：首先是纯度控制，先进制程要求前驱体中金属杂质含量低于 1×10⁻⁹（十亿分之一），国内部分产品虽能达到 99.99% 纯度，但在 ppb 级杂质控制上仍有差距；其次是稳定性，如三甲基镓（TMGa）需要在 20℃时保持 190Torr 的稳定蒸汽压，确保沉积速率波动小于 ±2%，这对生产工艺提出极高要求；最后是种类覆盖，全球已商业化的前驱体超过 200 种，而国内企业能稳定供应的不足 50 种，尤其在 III-V 族化合物前驱体领域缺口明显。

二、国产替代的突围路径

在国家 "02 专项" 等政策支持下，国内企业正在前驱体领域实现从跟跑到并跑的突破。

国内企业为此做出诸多努力：从打破 "巴统" 封锁实现 MO 源（金属有机化合物前驱体）产业化，到 承接国家专项建成 ALD 前驱体生产线，再到并购杜邦 19 项核心专利，掌握全球首创的高 K 前驱体制备技术，其产品已成功应用于 "神舟" 飞船太阳能电池和高端芯片制造。

国产替代的突破点集中在三个领域：一是硅基前驱体，如二氯硅烷（DCS）和乙硅烷（DS），国内企业已实现批量供应，纯度达到 99.999% 以上；二是 III-V 族化合物前驱体，目前国内企业的三甲基镓（TMGa）产品金属杂质含量控制在 5×10⁻⁹以下，已用于 LED 外延片和 5G 射频器件制造；三是掺杂用前驱体，如磷化氢（PH₃）和氨气（NH₃），国内已有多家的产品已通过中芯国际等主流晶圆厂验证。

值得关注的是，国内企业正在构建从原材料到终端应用的完整产业链。例如某些企业专注于高纯度金属有机化合物的合成，而有些企业则在封装和分析检测环节形成特色，这种分工协作模式加速了国产前驱体的产业化进程。

三、挑战与机遇并存的发展前景

尽管取得显著进展，国产前驱体仍面临三重挑战。专利壁垒是最大障碍，国际巨头已在核心化合物结构和制备工艺上布局数千项专利，国内企业不得不进行 "绕专利" 研发；认证周期长制约市场拓展，半导体材料从实验室验证到量产供应通常需要 3-5 年，某国产 ALD 前驱体虽性能达标，但通过台积电认证耗时近 4 年；原材料制约同样突出，铟、镓等稀有金属依赖进口，影响前驱体成本控制。这些挑战背后，也孕育着巨大的市场机遇。随着国内晶圆厂大规模建设，2024 年中国半导体前驱体市场规模已达百亿级，预计 2031 年将实现翻倍增长，全球占比将从目前的 15% 提升至 25% 以上。

第三代半导体的崛起更带来结构性机会，GaN、SiC 器件所需的三甲基铝（TMA）、氨气等前驱体需求激增，国内企业在这一领域与国际差距相对较小。技术创新正在重塑竞争格局。AI 技术的应用使前驱体制备进入 "智能时代"，通过机器学习优化温度场分布，可将薄膜缺陷密度降至 10⁴cm⁻² 以下；绿色合成工艺减少卤素污染，如无氯铟基前驱体的开发降低了对环境的影响；集成化方案成为新方向，如 TMGa/TMIn 双前驱体协同沉积技术，实现了 InGaAs/GaAs 超晶格的原子级控制。

政策支持为国产化注入强劲动力。国家大基金二期重点布局半导体材料领域，地方政府也纷纷出台配套政策 —— 安徽设立专项基金支持前驱体企业，上海临港新区对通过 SEMI 标准认证的材料企业给予最高千万元补贴。这种 "国家战略 + 市场机制" 的双轮驱动，正在加速国产前驱体的替代进程。结语：从实验室到晶圆厂的长征当南大光电的三甲基镓产品在卫星太阳能电池上稳定工作，当雅克科技的含氟前驱体进入中芯国际的供应链，这些突破不仅标志着技术的成熟，更见证了中国半导体材料产业的崛起。

半导体前驱体的国产化不是简单的替代，而是从 "可用" 到 "好用" 再到 "领先" 的跨越，是一个需要十年磨一剑的系统工程。未来，随着 3nm 及以下先进制程的普及，随着量子点、二维材料等新应用的涌现，前驱体材料将迎来更大的创新空间。这场原子级的突围战，不仅关乎一个细分产业的自主可控，更决定着中国在全球半导体产业格局中的战略地位。从实验室的配方到晶圆厂的量产，从 ppb 级的纯度控制到纳米级的薄膜生长，中国半导体材料企业正在书写属于自己的突围传奇。

来源：跃谷新材料科技