- 電子產(chǎn)品制造商需要采用功耗低、體積小，且能提供最佳性能和功能的半導(dǎo)體設(shè)備
- 材料工程已經(jīng)成為關(guān)鍵的促成要素
- 加強對化學(xué)品輸送系統(tǒng)的關(guān)注
- 盡管2009 年全球經(jīng)濟(jì)不景氣，至少對半導(dǎo)體行業(yè)而言，長期的前景仍然看好
- 微電子“生態(tài)系統(tǒng)”一直在迅速擴張，目前有各種各樣的設(shè)備正在開發(fā)之中
- 加強對化學(xué)品輸送系統(tǒng)的關(guān)注
- 硅半導(dǎo)體和 III-V 族半導(dǎo)體市場之間的差距正在縮小，一些一直從事硅半導(dǎo)體市場的制造商也對 III-V 市場產(chǎn)生了興趣
最近以來，眾多半導(dǎo)體公司開始涉足關(guān)聯(lián)市場，以尋求新的發(fā)展機會(例如，高亮度發(fā)光二極管 (HBLED)、光伏產(chǎn)品 (PV))，這也給化工行業(yè)和材料供應(yīng)商帶來重大機遇。 這預(yù)示了特種化工行業(yè)有良好的長遠(yuǎn)發(fā)展前景，而且有助于打破半導(dǎo)體行業(yè)傳統(tǒng)的“繁榮與蕭條”周期模式。
專為提供合適的材料解決方案而開發(fā)的化學(xué)技術(shù)(例如：先進(jìn)圖膜、薄膜沉積)在電子工業(yè)及開發(fā)能夠支撐其自身快速演化的技術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用。
研發(fā)，加強協(xié)作是關(guān)鍵
由于經(jīng)濟(jì)低迷，半導(dǎo)體行業(yè)對成本審核越來越嚴(yán)格，并更加關(guān)注對整個供應(yīng)鏈中擁有成本 (COO) 的控制。 本著這一精神，研發(fā)工作仍在繼續(xù)，而材料開發(fā)依然是重中之重。 確實，如果半導(dǎo)體行業(yè)要在降低日益上升的開發(fā)成本的條件下，解決以誘人的經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)出先進(jìn)的設(shè)備這個具有挑戰(zhàn)性的難題的同時繼續(xù)取得發(fā)展，在整個供應(yīng)鏈開展更廣泛的協(xié)作對正在進(jìn)行的研發(fā)工作中至關(guān)重要。
目前，采用電子元件的智能產(chǎn)品種類繁多，其應(yīng)用可以說是讓人眼花繚亂，智能產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展使得推動這些產(chǎn)品的設(shè)備“量身定制”方法應(yīng)運而生。 在這種涓滴效應(yīng)下，材料供應(yīng)商們正在醞釀范圍更廣的材料和化工產(chǎn)品，專門為根據(jù)設(shè)計參數(shù)的要求制造各種設(shè)備量身打造。
這種考慮更加促使改變所用的材料或用于實現(xiàn)一個可行的集成解決方案的制造工藝成為首選。 設(shè)備物理性能的限制和/或所用的制造方法，例如，從 PVD 改為 CVD，再到 ALD 沉積技術(shù)，正愈加促使廠商改變材料。 當(dāng)然，所有這一切都必須在平衡合理的成本收益方案的前提下完成。
半導(dǎo)體材料的趨勢
微電子“生態(tài)系統(tǒng)”一直在迅速擴張，目前有各種各樣的設(shè)備正在開發(fā)之中。 例如，用于手機的半導(dǎo)體與臺式電腦中所用的半導(dǎo)體不同，而“傳統(tǒng)”芯片設(shè)計目前仍在市場中占有一席之地，即便在更新型、性能更優(yōu)的芯片進(jìn)入市場很久以后也依然在生產(chǎn)。 盡管這些“傳統(tǒng)”的半導(dǎo)體材料(例如常用的介電二氧化硅)仍然在大量應(yīng)用中，但是探索新型材料和替代這些傳統(tǒng)材料的步伐和廣度正以行業(yè)內(nèi)前所未有的速度推進(jìn)。 因此，材料供應(yīng)商必須能夠支持多代產(chǎn)品。
從歷史上講，加強對化學(xué)品輸送系統(tǒng)的關(guān)注。 現(xiàn)在我們遇到的情況是，由于下一代設(shè)備開發(fā)的推進(jìn)要求集成各種新型材料，以滿足性能標(biāo)準(zhǔn)，各代節(jié)點產(chǎn)品中所用的材料壽命縮短。 在存儲和邏輯應(yīng)用的生產(chǎn)工藝中，二氧化鋁、二氧化鉿和二氧化鋯及復(fù)合硅酸鹽等材料的快速采用就是其中一例。 當(dāng)我們審視沉積材料和過去幾年中，生產(chǎn) DRAM 設(shè)備時用于金屬-絕緣體-金屬 (MIM) 電容器的介電材料采用速率及后續(xù)所用的材料變化，這可能是最好的說明。 在這一方面，化工行業(yè)的先驅(qū)企業(yè)已經(jīng)迅速從為高質(zhì)量的氧化鋁 (Al2O3) 共性非晶形膜提供解決方案發(fā)展到氧化鉿 (HfO2)，再到氧化鋯 (ZrO2)。 對于在半導(dǎo)體設(shè)備其它功能層采用和集成新型材料，我們認(rèn)為從時間上看具有相似的發(fā)展趨勢。
今年七月，在舊金山舉行的 Semicon West 展會上，我們針對硅半導(dǎo)體基底的化學(xué)氣相沉積 (CVD) 和原子層沉積 (ALD) 工藝公開了新的材料發(fā)展規(guī)劃。 規(guī)劃(圖 1 )概述了當(dāng)前及未來先進(jìn)的存儲和邏輯設(shè)備的發(fā)展道路，包括阻擋層、互連、介電材料和金屬，我們預(yù)期逐步推出，直至 2014 年完成。
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圖1. SAFC材料發(fā)展規(guī)劃線路圖
對半導(dǎo)體材料開發(fā)的定期監(jiān)督非常重要，它可確保材料供應(yīng)商與當(dāng)前及未來的行業(yè)需求保持步調(diào)一致。 對于介入點的選擇和時機，以及電子材料需求量，會受到許多可變因素的影響，我們經(jīng)常分析外部指導(dǎo)方針，例如 ITRS 路線圖、設(shè)備開發(fā)的趨勢和經(jīng)濟(jì)情況、并結(jié)合與客戶合作的經(jīng)驗對我們自身的研發(fā)計劃進(jìn)行評估。 這樣，我們就能與半導(dǎo)體行業(yè)的材料要求保持同步，并在行業(yè)要求發(fā)生改變時，重新制定我們的材料發(fā)展規(guī)劃。
展望未來，除了其它趨勢以外，業(yè)內(nèi)會繼續(xù)關(guān)注柵極應(yīng)用的下一代 high-K 技術(shù)和電容器應(yīng)用的 high-K 和 ultra high-K 介電技術(shù)，并繼續(xù)開發(fā)用于 DRAM 的金屬柵極和新型電極材料以及用于銅阻擋層和銅晶種的材料。 我們積極參與了用于相變存儲器 (PCM) 應(yīng)用的材料的開發(fā)，現(xiàn)在正在對它們進(jìn)行更加細(xì)致的評估，因為 PCM 很快就成為替代 NAND 閃存不二選擇。作為一家公司，SAFC Hitech 在開發(fā)用于高容量 PCM 應(yīng)用的鍺銻碲 (GST) 先驅(qū)體上已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。 PCM 是一種非易失性計算機存儲器，它實現(xiàn)了最大特征尺寸的進(jìn)一步擴展，超過傳統(tǒng)的閃存可能達(dá)到的極限，從而提供更大的存儲容量和卓越的存儲性能。
展望未來，除了其它趨勢以外，業(yè)內(nèi)會繼續(xù)關(guān)注柵極應(yīng)用的下一代 high-K 技術(shù)和電容器應(yīng)用的 high-K 和 ultra high-K 介電技術(shù)，并繼續(xù)開發(fā)用于 DRAM 的金屬柵極和新型電極材料以及用于銅阻擋層和銅晶種的材料。 我們積極參與了用于相變存儲器 (PCM) 應(yīng)用的材料的開發(fā)，現(xiàn)在正在對它們進(jìn)行更加細(xì)致的評估，因為 PCM 很快就成為替代 NAND 閃存不二選擇。作為一家公司，SAFC Hitech 在開發(fā)用于高容量 PCM 應(yīng)用的鍺銻碲 (GST) 先驅(qū)體上已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。 PCM 是一種非易失性計算機存儲器，它實現(xiàn)了最大特征尺寸的進(jìn)一步擴展，超過傳統(tǒng)的閃存可能達(dá)到的極限，從而提供更大的存儲容量和卓越的存儲性能。
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加強對化學(xué)品輸送系統(tǒng)的關(guān)注
在大批量制造中是否能夠采用新型材料緊密相關(guān)的是要開發(fā)出合適的化學(xué)品輸送系統(tǒng)。 因為所用的“特殊”材料及其物理性能差異極大，所以目前正在開發(fā)更專門的輸送系統(tǒng)，能以一種產(chǎn)率最高、停機時間最少的方式將材料輸送到處理室(圖2)。 在許多情況下，為了確保材料的商業(yè)采用，實現(xiàn)這一點變得日益重要。
在大批量制造中是否能夠采用新型材料緊密相關(guān)的是要開發(fā)出合適的化學(xué)品輸送系統(tǒng)。 因為所用的“特殊”材料及其物理性能差異極大，所以目前正在開發(fā)更專門的輸送系統(tǒng)，能以一種產(chǎn)率最高、停機時間最少的方式將材料輸送到處理室(圖2)。 在許多情況下，為了確保材料的商業(yè)采用，實現(xiàn)這一點變得日益重要。
當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)環(huán)境使得對制造成本因素的審核比平常要嚴(yán)格得多。 每個因素都從其總擁有成本 (CoO) 角度進(jìn)行考慮。 正如所預(yù)期的那樣，這包括了由電子化學(xué)品供應(yīng)商提供的生產(chǎn)耗材。 考慮 CoO 的其中一個關(guān)鍵是材料，適當(dāng)時，還包括用合適的輸送系統(tǒng)輸送材料(例如液體或蒸汽)的必要形式。 在考慮總擁有成本 (CoO) 時，輸送系統(tǒng)是一個關(guān)鍵因素，因為它可能會顯著減少工具的停機時間，確保更高的資產(chǎn)利用率，使各個流程能夠滿負(fù)荷運行，不出現(xiàn)停工情況，從而優(yōu)化工藝效率，并在不影響性能水平的前提下降低運營成本。 從這方面講，SAFC Hitech 最新的蒸汽輸送系統(tǒng) EpiVapor 可與我們現(xiàn)有的 Epifill 液體輸送系統(tǒng)互補，這兩個系統(tǒng)都是針對降低擁有成本 (CoO) 的需要而設(shè)計，可向沉積室不間斷地供應(yīng)先驅(qū)體，從而盡量減少設(shè)備停機時間。 選擇使用什么輸送系統(tǒng)取決于裝置的工藝化學(xué)要求。
光伏產(chǎn)品和 LED 的興盛： III-V 族半導(dǎo)體和硅半導(dǎo)體的大規(guī)模生產(chǎn)會融合嗎?
隨著全球?qū)δ茉吹男枨笕找娉^供應(yīng)能力并且能源成本日益增加，解決能源供需之間的缺口給半導(dǎo)體設(shè)備制造商和材料供應(yīng)商們帶來不少機遇。 解決問題的重點放在節(jié)能和開發(fā)可再生、可持續(xù)的能源上。
為了既能利用它們的專業(yè)技術(shù)探索新的增長點，又能在它們的傳統(tǒng)核心重點之外發(fā)揮重要影響，硅半導(dǎo)體制造商和設(shè)備提供商正在節(jié)能照明和光伏電池或模塊領(lǐng)域中尋找機會。 最近人們對用于照明應(yīng)用的高亮度發(fā)光二極管 (HBLED) 的興趣激增，這為各硅半導(dǎo)體制造商開創(chuàng)了巨大的商機，甚至到了讓人覺得從事硅設(shè)備和化合物半導(dǎo)體設(shè)備制造的公司之間歷史界限已經(jīng)“模糊”的地步。 由于預(yù)期各種應(yīng)用中的設(shè)備無論是壽命還是效率上都會有顯著的改善，目前 HBLED 的制造正在大幅增長。 盡管最近HBLED 制造增長的主因是為了以 HBLED 替代 LCD 中的背板式冷陰極熒光燈 (CCFL) 照明，這種替代白熾燈和其它傳統(tǒng)燈具技術(shù)的常規(guī)照明技術(shù)的應(yīng)用和采用正在加速發(fā)展到一個大規(guī)模采用的階段。
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隨著這些巨大商機的出現(xiàn)，我們注意到硅半導(dǎo)體和 III-V 族半導(dǎo)體市場之間的差距正在縮小，一些一直從事硅半導(dǎo)體市場的制造商也對 III-V 市場產(chǎn)生了興趣。 幾家硅半導(dǎo)體制造商已經(jīng)公開宣布他們正在調(diào)查商機，或者已經(jīng)著手制定生產(chǎn) HBLED 和/或光伏模塊的計劃。 例如，三星集團(tuán)最近宣布組建一個新的事業(yè)部“三星 LED”，專門從事 HBLED 的制造，而 TSMC 正在考慮進(jìn)入光伏制造領(lǐng)域，為此正在對其部分生產(chǎn)空間進(jìn)行改造。 Micron 也在考慮光伏電池和 HBLED 節(jié)能照明的生產(chǎn)(圖3)。
這些公司對 HBLED 和光伏電池生產(chǎn)表現(xiàn)出如此濃厚的興趣意味著需要在全球范圍內(nèi)展開極大規(guī)模的生產(chǎn)，以發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，從而能夠滿足單位設(shè)備或單位電池成本的目標(biāo)，以及滿足預(yù)計的需求。 通過大規(guī)模精益生產(chǎn)和對總擁有成本的良好理解推動規(guī)模經(jīng)濟(jì)，在這兩個方面，大型硅半導(dǎo)體制造商都有著豐富的經(jīng)驗。 相比而言，到目前為止，化合物半導(dǎo)體市場尚沒有這種水平的大規(guī)模生產(chǎn)要求。
向前發(fā)展所面臨的主要挑戰(zhàn)在于各公司如何將它們在硅設(shè)備大規(guī)模生產(chǎn)上的經(jīng)驗轉(zhuǎn)移到 III-V 設(shè)備的大批量生產(chǎn)，以滿足預(yù)計的 LED 繁榮的需求。 硅半導(dǎo)體制造商如何設(shè)法將他們的大規(guī)模生產(chǎn)專門技術(shù)轉(zhuǎn)移到 HBLED 化合物半導(dǎo)體設(shè)備的大批量生產(chǎn)上，以及為了確保成功需要根據(jù)大批量生產(chǎn)的需要采用和擴充哪些方面的制造知識，應(yīng)該是非常有趣的話題。 這一點特別有意思，因為與生產(chǎn)設(shè)施有關(guān)的專門技術(shù)及設(shè)備產(chǎn)量高的“傳統(tǒng)”硅半導(dǎo)體公司原來喜歡的生產(chǎn)方法不同于 III-V 市場當(dāng)前采用的以及生產(chǎn)這些專用設(shè)備之間的細(xì)微差別。
除照明領(lǐng)域外，材料供應(yīng)商還有其它重大機遇，而化學(xué)是創(chuàng)新周期的關(guān)鍵促成因素之一。 隨著世界范圍內(nèi)能源供需矛盾的日益加劇，能源解決方案的創(chuàng)新變得非常重要。 對可持續(xù)和可再生發(fā)電的期望已經(jīng)使光伏行業(yè)成為提供可滿足未來能源需要的解決方案的有力競爭者。 然而，降低成本和提高性能都需要在技術(shù)改進(jìn)，材料創(chuàng)新應(yīng)該能推動設(shè)備性能在諸如能源轉(zhuǎn)換效率和模塊壽命等關(guān)鍵方面的改善。 而且，光伏發(fā)電是周期性的，這使解決現(xiàn)有的供需矛盾問題變得更加嚴(yán)峻。 由于這一問題，有必要具備相應(yīng)水平的能量儲存能力，將活躍時段發(fā)的電儲存起來，以備不時之需，這也為另一個材料領(lǐng)域創(chuàng)造了機遇。
除了現(xiàn)有公司尋找開拓新的市場外，光伏、照明和能源市場都已經(jīng)吸引了大量的創(chuàng)業(yè)企業(yè)和新市場進(jìn)入者紛紛擁入，都想從中分一杯羹。 這就給化學(xué)品提供商和那些其傳統(tǒng)擅長領(lǐng)域為半導(dǎo)體的公司帶來更多的機遇。
結(jié)論
盡管2009 年全球經(jīng)濟(jì)不景氣，至少對半導(dǎo)體行業(yè)而言，長期的前景仍然看好。 化學(xué)領(lǐng)域的開發(fā)工作仍在繼續(xù)，這將為推出下一代電子產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。 隨著設(shè)備尺寸越來越小，而性能和功能越來越佳，化學(xué)工業(yè)在電子產(chǎn)品革命中仍然起著舉足輕重的作用，行業(yè)衰退的可能性極小。 而且，隨著對能源和環(huán)境關(guān)注度的提高，電子產(chǎn)品制造商面臨的重大商機將繼續(xù)涌現(xiàn)，可以擴大到新的領(lǐng)域。 由于各公司尋求分?jǐn)傞_發(fā)成本和推出創(chuàng)新的解決方案，整個供應(yīng)鏈的協(xié)作水平將繼續(xù)提高。 此外，對擁有成本 (CoO) 的關(guān)注也將在整個電子行業(yè)發(fā)揮著日益重要的作用，并且這種關(guān)注度將來肯定會加強。 在這種新的模式中，機遇大量存在，通過進(jìn)一步關(guān)注多學(xué)科協(xié)作和化工領(lǐng)域，繼續(xù)推動創(chuàng)新，創(chuàng)造美好的未來。
