異質(zhì)整合技術是半導體行業(yè)的未來

1. 引言

       短短三年，三、四倍以上的網(wǎng)絡社交等資訊暴增量，說明資訊的裝置或載體必須大幅跟上，否則勢必無法滿足由下而上的需求成長。

  今年是集成電路(IC)發(fā)明62周年，過去60年來，裝載著IC的電腦、筆電、手機與網(wǎng)路，讓資訊運算能力大幅提升，也大達改變了人類的生活模式。人類生活模式的改變，特別是溝通與接收訊息方式，又進一步迫使IC運算能力必須相對提升。

  集成電路的發(fā)展速度飛快，20多年前，一顆IC的尺寸是1微米，幾乎是現(xiàn)今的100倍，儲存容量相差達萬倍以上。過去，一臺電腦幾乎要一個房間才能容納得下，如今，一支小小手機上的芯片功能就已超越過去電腦的運算能力。

  雖然每隔1～1.5年，半導體芯片功能可強大兩倍的摩爾定律，在未來十年內(nèi)仍然有效，不過，也有很多人擔心盡頭即將到來。當傳統(tǒng)硅芯片透過曝光、顯影等制程技術而來到極限時，下一步，人類該如何讓半導體芯片功能繼續(xù)強大呢?

  透過異質(zhì)整合技術的非傳統(tǒng)芯片，成了市場開始思考的解決出路。異質(zhì)整合，指的是將不同芯片透過封裝或其他技術放在一起，使芯片功能更強大。例如，過去存儲器與中央處理器的芯片是分開的，如今，兩者整合已成為趨勢。不僅如此，包括把傳感器與非硅材如LED或通訊芯片等結(jié)合在一起，也是現(xiàn)在半導體產(chǎn)業(yè)的熱門方向。

  早在十年前，工研院就已經(jīng)投入相關領域的研發(fā)，包括3D IC、晶圓級封裝技術、硅光子技術(Silicon Phonotics)、微發(fā)光二極體(Micro LED)等，都是半導體異質(zhì)整合的應用案例。

  簡單來說，異質(zhì)整合技術是希望將各種不同功能的IC芯片，借由封裝技術或半導體制程，再整合至另外一個硅晶圓、玻璃或其他半導體材料上面。

2. 優(yōu)勢何在？

  一般說來，異質(zhì)整合具備兩大優(yōu)勢：弟一，在進行IC設計時，不需要把所有功能設計在同一個芯片上，可以提高設計開發(fā)的效率;第二，突破硅的物理限制，更能將硅應用到各種不同領域。

  工研院目前正在進行中的硅光子計劃，便屬于典型異質(zhì)整合例子。由于硅不適合處理光訊號，所以光纖通訊里面有很多不是使用硅的半導體，而是砷化鎵等材料，這導致硅芯片必須再串連、轉(zhuǎn)換出去，才能與光纖網(wǎng)路橋接，消耗的電能與運算容量自不在話下。

  硅光子計劃就是想辦法讓本來在砷化鎵上面做的東西，能夠直接在硅的平臺上整合，蕞后可實現(xiàn)用電來控制光，如此就能降低光纖通訊半導體的制作成本、加快設計速度。

  很明顯的，異質(zhì)整合將是下一波半導體發(fā)展的關鍵技術，包括美國、日本、中國大陸等都相繼投入此領域。

  過去，中國臺灣半導體產(chǎn)業(yè)具備兩大優(yōu)勢，一是上下游供應鏈完整，二是半導體人才眾多。然而，面對傳統(tǒng)芯片的制程極限，中國臺灣業(yè)者必須力求創(chuàng)新突破，才能持續(xù)在未來半導體市場上保有競爭優(yōu)勢。

  特別是人工智能、自動駕駛、5G等新興科技正驅(qū)動資訊處理量持續(xù)成長，中國臺灣半導體產(chǎn)業(yè)唯有掌握下世代半導體異質(zhì)整合新技術，才能讓產(chǎn)業(yè)成功轉(zhuǎn)型升級并再創(chuàng)高峰。（來自EEPW）

3. 行業(yè)內(nèi)的技術水平

       EVG的異質(zhì)整合技術服務中心已經(jīng)成立，詳情請看：異質(zhì)整合中心。