SMC 策略材料高峰論壇會後報導
物聯網、工業自動化、人工智慧、自動駕駛、5G通訊等應用對晶片性能要求越來越高，為此，除了半導體技術、架構須持續演進外，材料也是推動半導體先進製程的其中一項關鍵。為此，SEMI國際半導體產業協會特於SEMICON Taiwan 2019國際半導體展會期間首次舉辦「Strategic Materials Conference策略材料高峰論壇」，連結產業生態系中的領導業者和關鍵人物，共同探索微電子產業中對於新材料的需求、封裝和提升設備表現的最新議題。
半導體製造業者與材料商合作更緊密
半導體產業是日常生活中不可缺少的元素，大量量產的半導體產品若品質、可靠性，或是供應等出了問題，都會對這個社會產生重大的影響。也因此，重視製程和產品品質是半導體產業的長期目標。
(圖說一) 台積電品質暨可靠性組織長何軍表示，任何一種原材料的微小波動都有可能會直接影響半導體產品的品質和生產線的穩定性。
台積電品質暨可靠性組織長何軍指出，隨著技術節點不斷縮小，半導體的製程視窗(Process Window)越來越緊湊，任何一種原材料的微小波動都有可能會直接影響半導體產品的品質和生產線的穩定性。也因此，晶片製造商必須與材料供應商緊密合作，以便提高上游零組件的材料品質，確保下游製程的產品變化在誤差範圍內。為此，台積電便致力和材料行業合作進行缺陷檢測，透過過程檢測、材料表徵偵測等方式，可提升材料品質。該公司堅信這種雙贏的夥伴關係，將使不可能的技術變成可能，並履行半導體產業所期望的社會責任。
日月光集團副總經理張欣晴則是呼應何軍的看法，以毫米波天線封裝(Antenna in Package, AiP)設計為例解釋，現今封裝製程必須考量許多材料種類的特性，並緊密的跟有機基材的供應鏈進行配合。因為隨著AiP在不對稱、堆疊和混合類型的有機基板上發展，這些性能必須仔細優化，同時像是結構和電氣等，也是必須考慮的因素，如此一來才得以實現高性能、高可靠性且高產量的產品。
(圖說二) 日月光集團張欣晴副總表示，在有機基板上以不對稱、堆疊或是混合多種材料封裝時，需將各種材料特性考量進去，並針對結構及電性做優化，才能做出高性能且高可靠的產品。
實現先進製程 導入新材料勢在必行
除了台積電、日月光等晶圓代工、封裝廠於論壇中說明半導體產業與材料供應鏈的緊密合作外，眾多材料供應業者也於論壇中一一說明新材料對先進半導體製程的重要性及相關解決方案。
現今半導體和消費電子產業對於產品的功能和外型要求越來越高，再加上製造技術有著顯著的進步，使得玻璃材料開始逐漸導入半導體製程之中。康寧(Corning)商業總監Rustom Desai表示，像是扇出封裝這類的半導體封裝製程中便以玻璃材料來解決翹曲問題。另外，像是微型化感測器(Miniaturized Sensors)、高品質擴增實境光學元件(High-quality Augmented Reality Optics)等也因應消費電子產品中的微光學(Micro-optic)應用，增加對玻璃材料產生需求。
(圖說三) 康寧(Corning)商業總監Rustom Desai指出，隨消費電子市場對產品功能及外型需求越趨嚴格，玻璃材料逐漸在半導體製程中扮演關鍵角色。
而默克材料(Merck Group)光刻材料負責人曹毅與JSR株式会社研發部總經理木村徹同步表示，在過去的幾年裡，導體微縮發展已持續了50年，並且會在未來的10年結合各種設備和製程技術而有更進一步的擴張。為降低晶片設計的粗糙度和缺陷率，使晶片產量、性能更上層樓，光阻劑需要同步升級，不僅顯影過程獲得更精密的圖案，更減少殘留，實現7奈米以下的製程。
英特格(Entegris)資深首席科學家鄭君飛則表示，要強化晶片效能，不外乎就是從三大面向著手，分別是製程、架構和材料。製程方面就是不斷朝微縮化發展，像是從16、14奈米一直邁進到7奈米、5奈米等；而架構則是從Planar到FinFET，再轉向GAA發展。然而，當製程、架構開始遇到瓶頸(如技術、成本)而難以有效增強晶片性能時，便可從材料著手。
像是在GAA結構導入鍺(Ge)，可以提升P型金氧化半導體(PMOS)電晶體速度，有利在5奈米下的製程實現減少耗電、提升性能的目標；或是當電晶體體積縮小，尤其在10奈米以下的製程，傳統的銅 (Cu) 導線將會到達微縮下限，銅線電阻會迅速增加，若改用較薄阻障層的鈷金屬，則可規避掉這個問題。慧盛材料化學平面化(Planarization)副總裁Laura Matz則進一步指出，使用數據分析和預測模型對於提高材料品質有著極大的幫助，採用預測模型將可使材料供應鏈擁有更好的質量及供應產能。
MLI工業銷售與業務發展副總裁Mark Joseph Willey則從化學品的角度說明，品質的提升著重在減少顆粒(Reduction of Particles)、微量金屬(Trace Metals)和改善製程的控制上。這些改善需依靠更好的過濾器、製程控制技術等，以實現更好的半導體生產品質。
日立化成(Hitachi Chemical)助理副總裁Keiichi Hatakeyama最後總結，近年來AI、雲端、5G等各式創新應用發展不停加速，且2020年皆會有相關產品開始量產。而這些應用的設備所使用的材料必須和以往不同，因此導入評估解決方案對於加速開發過程非常關鍵。
SEMI材料委員會在台積電陳明德副處長的帶領下，藉由定期會議及技術研討會，匯聚跨領域產業專家，針對產業共同面對的挑戰，商討解決對策，加速半導體先進製程的發展速度。更多材料相關的活動，請至SEMI官網查看。
(圖說三) SMC 策略材料高峰論壇 邀請全球材料領域專家，全面探討半導體材料在先進製程演進下的變革。(上圖由左至右) 上圖左 陳致遠/副總經理/華立、曹毅 / Head of Lithography Materials, Global Product Management / Merck Group、Jean-Marc Girard / CTO / Air Liquide、陳明德 / 副處長 / 台積電、鍾怡歡 / 副總經理 / 光洋應用材料、Roderick Chen/TS&D Specialist/Dow Chemical Taiwan、鄭君飛 / Senior Principal Scientist / Entegris、 Toru Kimura 木村徹 / Officer and General Manager of R&D / JSR 株式會社
(下圖由左至右) Keiichi Hatakeyama / Assistant Vice President / Hitachi Chemical、Mark Joseph Willey / VP of Sales and Business Development / MLI、Torsten Stoll / VP of Marketing and Business Development / Nova、陳明德 / 副處長 / 台積電、Laura Matz / Vice President – Planarization / Versum Materials、張欣晴 / 副總經理 / 日月光集團、簡正安 / Industry Account Manager / Chemours、Mark Thirsk / Managing Partner / Linx Consulting