PA厂慧智微完成9200万融资；汪凯出任贵州华芯通CEO；半导体决战关键7nm；中国IC封测初具国际竞争力
2016/6/16 集微网
1.PA厂慧智微完成9200万融资；
2.汪凯出任贵州华芯通首席执行官 致力打造核“芯”竞争力；
3.中国集成电路封测业已初具国际竞争力；
4.为什么联发科需要申请陆资参股？ 蔡明介怎么说；
5.FD-SOI制程决胜点在14nm!
6.元件设计/新材料整合难度大增 半导体决战关键7nm
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1.PA厂慧智微完成9200万融资；
集微网2016年6月15日消息，慧智微电子Smarter Micro宣布完成C轮9200万人民币融资，此轮由青云创投(Tsing Capital) 领投，之前的机构投资者金沙江创投(GSR Ventures)、祥峰投资(Vertex Ventures) 等继续跟投。
慧智微电子Smarter Micro于2012年初开始运营， 是全球第一家实现可重构多频多模射频前端技术并量产的芯片公司，产品已经进入国内主流智能手机厂商。2012 年获得金沙江A轮投资，2014 完成B轮融资，祥峰投资领投，金沙江等跟投。
众 所周知，智能手机应用市场巨大，到2018 年整个市场将超过30 亿部。而在此之中，带有3G 和4G/ LTE 的移动终端依然保持快速增长，预计到2018年，射频前端市场将达到80 亿美金。智能手机行业一直需要可重构、可智能升级平台，但受限于射频技术上的限制无法实现。慧智微电子用创新的可重构的混合集成射频前端架构技术，设计可 以应用于4G移动终端的射频功率放大器和其他射频前端器件。不同于高通、Skyworks等国际大厂的技术解决路线，慧智微电子集合了世界水平的射频集成 电路专家，基于自主知识产权的专有技术，在智能手机多频多模射频前端产业化技术方面实现了颠覆性的创新，希望能够最终弯道超车。目前公司拥有包括三项授权 的美国发明专利，十余项授权的中国发明专利，以及实用新型和集成电路布图设计等几十项自主知识产权技术。目前与领先企业展讯、中兴通讯建立了密切合作，在 2015年开始产业化和量产芯片。
该公司CEO 李阳认为，在集成电路芯片产业在中国加速发展的大背景下，过去那种采用技术跟随和单纯模仿的做法不会适应新的发展环境， 业界巨头在芯片某一领域内已经有了众多技术积累，供应链上的议价能力也远比国内中小公司强。要想在射频前端领域超越传统巨头，并在中国这个大市场上做好文 章，用创新的技术做出性能好，成本低的芯片解决方案是一个虽然道路坎坷，但是前景光明的方式。这就必然要求公司有创新的基因，在性能和成本看似矛盾的两方 面用技术创新做到极致。他表示新的融资将会用于可重构的混合集成多频多模射频芯片的市场推广以及新技术和新平台的开发。
青 云创投的管理合伙人朱岩表示，“慧智微电子在射频前端上面的创新不仅可以直接应用于现有的4G智能手机平台，也能为未来5G，IOT等技术方向有机会占领 一席之地。尽管目前射频前端已有行业巨头，但在该领域，由于通讯技术的快速演进和新应用的不断推出，一定会在技术和市场的变革中孕育出新的成长机会。慧智 团队独树一帜的产品让我看到了中国微电子企业在品质上挑战世界巨头的希望，同时公司依靠其新颖的设计，也大幅减低了射频前端的成本。 因此，青云领投了慧智微电子的本轮融资。”尽管由于全球经济走向的原因，从去年底开始，投资圈内大多数创投基金都相对谨慎，而青云领头的此次投资团队并没 有花费太长的投资决策周期。”
拥有世界领先的自主知识产权的产业化技术的慧智微电子力争在三至五年内成为世界范围内移动终端射频前端芯片、模组领域的领导企业。
2.汪凯出任贵州华芯通首席执行官 致力打造核“芯”竞争力；
中国，贵州，2016年6月15日——贵州华芯通半导体技术有限公司(以下简称“贵州华芯通”)今天宣布，汪凯先生正式出任首席执行官。汪凯先生向贵州 华芯通半导体有限公司董事会汇报，并带领企业进一步深耕在中国市场的企业级服务器芯片领域，持续打造贵州华芯通核“芯”竞争力。
汪凯先生于1993年获得美国伊利诺伊大学博士学位，曾荣获“2013中国经济十大新闻人物”殊荣。在加盟贵州华芯通之前，汪凯先生曾担任世界著名芯片 设计公司飞思卡尔半导体销售和市场副总裁兼亚太区总经理。在电子、通信和集成电路领域的长期工作经历，使汪凯先生在集成电路行业积累了丰富经验。对于贵州 华芯通的未来发展，汪凯先生表示，“我希望借助贵州发展大数据产业的优势，以及美国高通在技术创新方面的强劲实力，使贵州华芯通为推动中国集成电路产业加 快发展贡献力量。”
贵州华芯通半导体有限公司董事长欧阳武先生表示，“我们很高兴汪凯先生能够加入贵州华芯通，相信汪凯先生的加盟将 加速推动贵州华芯通的发展。在当前国内大数据产业兴起的背景下，业界对多元化服务器芯片的供应渠道的需求极为迫切，相信在汪凯先生及团队的共同努力下，贵 州华芯通将为中国集成电路发展注入核‘芯’能量、创造‘芯’价值。”
作为贵州省政府和美国高通公司合资成立的企业，贵州华芯通半导体 技术有限公司十分重视人才队伍建设，面向社会积极延揽人才。在精英高层管理团队的带领下，贵州华芯通将利用贵阳“中国数谷”的地域优势，以及美国高通公司 在芯片设计、研发上多年积累的资源和优势，打造属于中国的先进企业级服务器芯片，持续以创新绿色计算技术推动中国集成电路产业发展。京华网
3.中国集成电路封测业已初具国际竞争力；
中国半导体行业协会副理事长、通富微电董事长石达明表示，随着国内封测企业海外市场的不断拓展，产业链合作加强，中国集成电路封测产业已初具国际竞争力。
中国半导体行业协会副理事长、通富微电董事长石达明表示，随着国内封测企业海外市场的不断拓展，产业链合作加强，中国集成电路封测产业已初具国际竞争力。
15日，第十四届中国半导体封装测试技术与市场年会在南通举行，多位与会专家认为，大陆的集成电路封测产业已崛起，部分领军企业进入了世界第一梯队，但也面临诸多新的挑战。
在国家相关政策的持续支持下，大陆封测公司通过兼并重组快速获得了先进技术和竞争力。中国半导体行业协会副理事长、通富微电董事长石达明在演讲中表示， 随着国内封测企业海外市场的不断拓展，产业链合作加强，企业全球排名快速上升，中国集成电路封测产业已初具国际竞争力。据悉，长电科技 、华天科技 、通富微电在全球封测企业排名已分别上升至第三位、第六位、第十位。
国家集成电路产业投资基金总经理丁文武表示，企业并购是集聚人才、获取技术、占领市场的有效方式，大基金将持续推动行业并购。
据记者不完全统计，自2014年起，大陆多家封装企业开展了一系列的境外并购，其中长电科技主导收购了星科金朋；华天科技收购了美国 FCI；通富微电收购了苏州AMD和马来西亚槟城AMD各85%股权；同方国芯认购台湾力成和南茂增发股份后获得两家公司各25%股份。
与会专家认为，封测、制造端、应用领域的快速发展将带来大量的封测机遇和市场。资料显示，在IC设计端，展讯、华为海思等多家设计公司进入全球前列；在 制造端，中芯国际 、武汉新芯、南京台积电、重庆万代(AOS)半导体、华力微电子、深圳紫光等10条12吋晶圆生产线陆续上马；在应用端，物联网、可穿戴、云计算、大数据 、新能源汽车、无人机、自动驾驶、工业控制等新应用领域快速发展，其中工业控制IC市场、汽车电子市场2015年度增速分别高达33.9%、32.5%， 新应用领域给IC产业带来更多的发展机遇。
与机遇相随的是挑战。工信部电子信息司副司长彭红兵在致辞中表示，大陆封测产业将面临四大 挑战：一是面临5G时代新的封装挑战；二是后摩尔时代的新封装要求，在后摩尔时代封装将扮演更加重要的角色，与产业链上下游的合作更加紧密；三是新兴的半 导体市场挑战，“中国制造2025”、“互联网 +”等带来新的智能化产品市场及封装需求；四是国际并购整合的挑战。中科院微电子所所长叶甜春也认为，本土封测企业与国际产业链深度融合(包括并购、投资 等)是一大挑战。
中国工程院院士许居衍则在演讲中表示，随着摩尔定律的淡出，IC行业将面临不确定发散性创新的混乱，封装地位更加显要。
石达明认为，我国芯片产业相比欧美等地区还存在较大差距，在核心技术和知识产权上仍受制于人，产业链部分关键环节缺失、各环节合作互动紧密度不足、产业布局不尽合理。中国证券网
4.为什么联发科需要申请陆资参股？ 蔡明介怎么说；
从立委质询施压说，到吴重雨事件，一连串的相关报导全部都针对联发科而来，一直保持沈默的联发科董事长蔡明介开口说了。为什么联发科需要申请陆资参股的机会? 6月初联发科董事长蔡明介走进了会议室，用准备好的简报一张一张的亲自说分明。
为了5G标准
“我必须有5G参与制定标准的机会。”蔡明介说，台湾4G已经落后韩国日本，未来5G开通后，希望至少不要再落后先进国家半年，要扳回一城。前科技部长林一平也认为，台湾无法靠自己制定5G技术，一定要参与国际会议。
因为大陆的市场太大，大陆市场变大以后就具标准制定的能力，从3G到4G到5G，蔡明介认为，已经看到他们对制订标准的企图心与实力，像华为、中兴都很强。
联发科以中低阶手机晶片主打大陆、新兴市场，目前是大陆手机晶片第一大。联发科表示，目前晶圆代工、封测上下游都是正面表列，只有IC设计业是负面表列，但三者不应分开打群架有利联盟。台湾半导体协会 (TSIA)上月底召开会议达成允许个别申请陆资投资IC设计业共识。
不是忽略中国市场的重要性，也没有不与中国公司合作，台大电机系教授林宗男问，“合作有很多种模式，为什么一定要开放入股? ”
包 括5G，物联网等由大陆主导新兴科技产业规格，依台湾现行法规下，只要陆资有投资，就无法在台湾从事相关业务。联发科财务长顾大为举例，以汽车电子的杰发 子公司为例，联发科持股83%，员工持股7%，合计90%；大陆合肥政府投资10%。但依现行法令，杰发在台湾就无法雇用任何汽车电子IC设计的人才。他 表示，过去曾有陆资收购台湾公司的外商母公司，结果在法规限制下，只能关掉台湾子公司，后来台湾的员工全部被裁了，无疑自断武功。
没有台湾业者的大陆IC设计产业 竞争力会停滞吗?
“大陆IC设计肯定会持续的成长。”与台湾开不开放已无关，一边说一边卷起袖子的蔡明介说。研究机构的数字，大陆IC设计业者与台湾的差距只有2-3年。
根 据IC Insight的资料显示，大陆IC 设计业者从2010年的全球市占率5%，2015年已达10%的倍数成长，相对台湾这五年由全球市占17%成长到18%，仅成长1%。禁止投资台湾合作的 这五年，大陆IC设计业照样成长翻倍。五年前海思、展讯在全球十大IC设计公司之外，营收分别成长4.4倍、5.3倍，去年更已经进入第6名、第10名。
成大教授李忠宪认为，IC设计只有人才、技术、专利和智财资料库，并不像台积电的晶圆代工厂，需要大量的资本， 要搬走一个台积电的厂没有那么容易，但是要搬走IC设计公司的Know How相对简单。
蔡明介说，大陆过去两年发展半体导体都是以自己的需求出发，需求太大自己能生产的太少，因此，全球一流半导体业者争着以技术与大陆业者合作抢中国市占率。例如，高通、Intel 、AMD等知名半导体业者。
以 全球第一大IC设计业者美国高通为例，上个月与贵州省政府合资的华芯通，高通提供伺服器晶片专有技术。高通总裁直言，高通不是只授权旧技术，而是要中国赢 得市占率。高通过去授权很多老技术，蔡明介强调，但台湾业者连这些老旧技术都没有。“不是叫设计公司就表示有技术，”他对外界以为IC设计等于高技术含量 的误解抱屈。
AMD更将先进x86伺服器单晶片 (SoC)的技术授权给中国合作夥伴。2014年8月Intel向中国出口超级电脑晶片完成“天河二号” (后被美国禁止)。这些都是台湾没有的先进技术。而美国一流半导体业者纷纷以先进技术与中国合作，只为抢得中国市占率。
因为大陆半导体市场在2012年已超过全球市场的一半，顾能的资料显示，2014更占56.6%，远超过二、三、四名的美国11.5%、欧洲9.4%，日本的5.9%数倍以上。
大 陆客源已成为台湾IC设计业者第一大，市占率49.7%。手机业者更跃为全球半导体最大使用者，根据Trendfore资料显示，全球前十大智慧手机品牌 来看，华为、联想、小米、中兴等中国品牌即占七名，合计全球市占率33.6%，今年更预估达35.6%，已超过第一名三星、第二名苹果。因为大幅成长，全 球企业争着抢攻卡位大陆市场。全球第一大IC 设计公司美国高通来自中国的营收达53%，第二名博通达60%。
台湾IC设计业能否生存就在这三年
大 陆市场是全球最大的需求与成长市场，没有大陆的市场，看不见成长机会，生存堪虑。台湾第三大IC设计公司群联科技董事长潘健成指出，中国是看到正在起飞的 市场，台湾IC设计业能否生存却在这三年。他无奈的说，“预估大陆2017年就会成为最大的固态硬碟市场，我如果2018年无法把市场拿下来，公司二、三 年没有成长性，我真的会考虑做一件事──把公司卖掉。”
蔡明介不讳言，大陆市场占比太大，本身也是一个危机，因此联发科积极国际化分散布 局，从台湾新竹、日本、韩国、新加坡、印度、美国、英国、瑞典、芬兰、中国等全球11设有26 个办公据点，以基地台从欧、日的Nokia、Orange、Docomo等电信运营商从3G开始就合作；在美国更与Amazon、Google、 Microsoft一线厂共同合作。
联发科比政策更早向南，印度一年1亿支智慧型手机，印度Mircomax品牌用联发科方案，去年联发科供货超过3300万支，助Mircomax市占率超越三星为印度第一大。
但是，转换市场不是马上可以做到的，先要顾守原来的市场，才能扩张其他市场，而且还得看其他市场成长性。蔡明介强调，更何况这个大陆市场看来越来越重要，无疑是最大的市场。顾大为说，即使大陆市场一半内销一半外销，但去年出货量4亿台，一半也有2亿台。
顾大为形容，“没有大陆市场全球化，等于篮球只打半场。”中国是全球最大的手机制造出口国，除排了中国也只能说是“半球化”而非全球化。
蔡明介望向远方感慨地说，60年前台湾南部村庄围绕着稻田、甘蔗园、香蕉园，蔗糖是唯一的出口外销品，那时他只有3岁。但这些年，台湾已成为主要IT产业及电子零组件主要供应链，包括NB、面板、半导体等，见证了因运用科技有效率工作使得人们生活变好、国家经济成长。
联发科创办人之一卓志哲曾说，“我希望把联发科打造成台湾真正深耕作研发，让台湾年轻人毕业可在此发挥研发所长，成家立业的园地。”
联发科19岁了，“我要继续传承创办人的精神。”蔡明介说，虽已有20亿人可运用科技连结更好的生活，但还有50 亿新兴市场人们苦苦等待着。蔡明介带领的联发科将步入20岁，他的愿景是希望提供这50亿人口用科技翻转生活，而且是深耕在台湾这片土地上。天下杂志
5.FD-SOI制程决胜点在14nm!
产业资深顾问Handel Jones认为，半导体业者应该尽速转移14奈米FD-SOI (depleted silicon-on-insulator)制程，利用该技术的众多优势…
半 导体与电子产业正努力适应制程节点微缩至28奈米以下之后的闸成本(gate cost)上扬；如下图所示，在制程微缩同时，每单位面积的逻辑闸或电晶体数量持续增加，其速率高于晶圆片成本增加的速率。在另一方面，当制程特征尺寸缩 减时，晶片系统性与参数性良率会降低，带来较高的闸成本。
在 理想环境下，每单位面积良率(yield per unit area)会与特征尺寸的缩减一致，因而带来闸成本的下降；不过现实情况并非如此，因为越来越多的叠对(overlay)等等因素会影响良率。当制程特征 尺寸缩小，也会带来性能提升以及整体功耗的降低，但代价是更高的闸成本。
制程节点转移至5奈米，需要采用深紫外光(EUV)微影技 术；EU虽然可以减少多重图形(multiple patterning)步骤以及叠对问题导致的良率损失，晶圆处理成本将会提升，因此导致闸成本跟着提高。半导体产业可以采用现有的技术蓝图尝试提高系统 与参数良率，或者是评估其他的技术选项。
180奈米(0.18微米)晶圆代工市场的需求量仍然很高，而28奈米的12寸晶圆产量在接下来10~15年将超过150K WPM；因此，新一代的制程技术选项可以拥有约20~30年的生命周期。
除了FinFET之外的技术选项是FD-SOI，对该技术功能的分析显示，其性能与功耗等同于甚至超越FinFET；虽然FinFET结构能为数位设计提供优势，但在高频以及类比混合讯号设计方面，FinFET架构却有成本与技术上的劣势。
相 较于其他制程技术选项，物联网(IoT)与Wi-Fi组合晶片等应用，能以FD-SOI达到最佳实现。下表是以16/14奈米FinFET与14奈米 FD-SOI晶圆制造成本的比较；分析显示，14奈米FD-SOI晶圆成本比16/14奈米FinFET低了7.3%，最重要的原因是前者光罩步骤数较 少，因此也缩短了晶圆厂生产FD-SOI晶圆的周期。
虽 然晶圆成本很重要，对使用者来说还有一个更重要的因素是闸成本；这些成本的比较如下表所示。闸成本是基于晶圆成本、晶片尺寸、产品良率的组合，假设 FinFET与FD-SOI两种制程技术生产的晶片尺寸相当，14奈米FD-SOI的闸成本比16/14奈米FinFET低了16.6%，而晶圆厂指标 (wafer fab metrics)也相当。这显示了FD-SOI颇具竞争力的优势。
此外FinFET制程与FD-SOI制程产品的性能也差不多，FD-SOI的功耗则因为使用反偏压(back biasing)与阈值电压(threshold voltage)而低于FinFET；反偏压是在FD-SOI环境中达成性能与功耗权衡的关键因素。
FD-SOI可望微缩至7奈米节点
ARM 发表过一篇分析报告，指出Globalfoundries的22奈米FD-SOI技术，能让很多设计在性能与功耗方面与14LPP制程媲美；而期望14奈 米FD-SOI能拥有更低的成本，并有效因应许多正尝试以10奈米或7奈米FinFET制程实现之设计的性能与功耗问题。
此外，法国研究机构CEA-Leti已经分析过了将FD-SOI制程微缩至7奈米的潜力，其结果如下图所示；能微缩至7奈米，意味着FD-SOI可以拥有超过30年的生命周期，特别是针对物联网以及其他低功耗混合讯号设计。
Globalfoundries 已经建立了22奈米FD-SOI晶圆产能，并证实在数位、混合讯号与RF功能性方面表现优异；三星电子(Samsung Electronics)建立了28奈米FD-SOI产能，采用该制程实作的设计数量正快速增加；意法半导体(STMicroelectronics)也 有28奈米FD-SOI产能，而且是第一家能显示该制程超越28奈米高介电金属闸极(HKMG)块状CMOS制程的竞争力。
对于14奈米FinFET技术的采用者来说，转移至14奈米FD-SOI制程可取得明显的好处；制程转移成本应该不高，因为后段制程(BEOL)可以是相同的。虽然新的程式库与IP还需要开发以及认证，14奈米FD-SOI制程的生命周期应该有20~30年。
FD- SOI是FinFET与三闸极电晶体架构(Tri-Gate)的互补技术；对半导体产业来说很重要的是，最佳技术应该是针对关键应用，而非让晶圆供应商聚 焦于最大化FinFET结构的财务优势。在法国南部以非常少量专业技术崛起的FD-SOI，现在已是具备全球市场能见度的高利润技术，半导体业者应该考虑 快速转移至该制程以体验其优势。
编译：Judith Cheng
(参考原文： FD SOI Benefits Rise at 14nm，by Handel Jones)eettaiwan
6.元件设计/新材料整合难度大增 半导体决战关键7nm
7奈米制程节点将是半导体厂推进摩尔定律(Moore’s Law)的下一重要关卡。半导体进入7奈米节点后，前段与后段制程皆将面临更严峻的挑战，半导体厂已加紧研发新的元件设计架构，以及金属导线等材料，期兼顾尺寸、功耗及运算效能表现。
台 积电预告2017年第二季10奈米晶片将会量产，7奈米制程的量产时间点则将落在2018年上半。反观英特尔(Intel)，其10奈米制程量产时间确定 将延后到2017下半年。但英特尔高层强调，7奈米制程才是决胜关键，因为7奈米的制程技术与材料将会有重大改变。
[@B]元件设计/新材料整合难度飙高 半导体决战关键7奈米[@C]
比 较双方未来的制程蓝图时间表，台积电几乎确认将于10奈米制程节点时超越英特尔。但英特尔财务长Stacy Smith在2016年Morgan Stanley技术会议上强调，7奈米制程才是彼此决胜的关键点，并强调7奈米的制程技术与材料与过去相比，将会有重大突破。
过去，在90奈米制程开发时，就有不少声音传出半导体制程发展将碰触到物理极限，难以继续发展下去，如今也已顺利地走到10奈米，更甚至到7或是5奈米制程节点，以过去的我们而言的确是难以想像。
英 特尔在技术会议上的这一番谈话，引起我们对未来科技无限想像的空间，到底英特尔将会引进什么样的革新技术？以及未来在制程发展上可能会遭遇到什么样的挑 战？本文将会试着从半导体制程的前段(元件部分)、后段(金属导线)以及市场规模等因素来探讨先进制程未来可能面临的挑战，以及对应的解决办法。
闸极设计走向全包覆结构
半 导体前段制程的挑战，不外乎是不断微缩闸极线宽，在固定的单位面积之下增加电晶体数目。不过，随着闸极线宽缩小，氧化层厚度跟着缩减，导致绝缘效果降低， 使得漏电流成为令业界困扰不已的副作用。半导体制造业者在28奈米制程节点导入的高介电常数金属闸极(High-k Metal Gate, HKMG)，即是利用高介电常数材料来增加电容值，以达到降低漏电流的目的。其关系函式如下：
根据这样的理论，增加绝缘层的表面积亦是一种改善漏电流现象的方法。鳍式场效电晶体(Fin Field Effect Transistor, FinFET)即是藉由增加绝缘层的表面积来增加电容值，降低漏电流以达到降低功耗的目的，如图1所示。
图1 传统平面式(左)与鳍式场效电晶体(右) 图片来源：IDF, Intel Development Forum(2011)
图 2为未来电晶体科技发展蓝图与挑战。鳍式场效电晶体为三面控制，在5或是3奈米制程中，为了再增加绝缘层面积，全包覆式闸极(Gate All Around, GAA)将亦是发展的选项之一。但结构体越复杂，将会增加蚀刻、化学机械研磨与原子层沉积等制程的难度，缺陷检测(Defect Inspection)亦会面临到挑战，能否符合量产的条件与利益将会是未来发展的目标。
图2 未来电晶体科技发展蓝图与挑战 图片来源：Applied Materials(2013)
III-V族、矽锗材料呼声高 然物理挑战艰钜
改变通道材料亦是增加IC运算效能与降低功耗的选项之一，电晶体的工作原理为在闸极施予一固定电压，使通道形成，电流即可通过。在数位电路中，藉由电流通过与否，便可代表逻辑的1或0。
过 去通道的材料主要为矽，然而矽的电子迁移率(Electron Mobility)已不符需求，为了进一步提升运算速度，寻找新的通道材料已刻不容缓。一般认为，从10奈米以后，III-V族或是矽锗(SiGe)等高 电子(电洞)迁移率的材料将开始陆续登上先进制程的舞台。
图2清楚指出10奈米与7奈米将会使用SiGe作为通道材料。锗的电子迁移率为矽的2～4倍，电洞迁移率(Hole Mobility)则为6倍，这是锗受到青睐的主要原因，IBM(现已并入Global Foundries)在矽锗制程上的着墨与研究甚多。
III-V族的电子迁移率则更胜锗一筹，约为矽的10～30倍，但美中不足的是III-V族的电洞迁移率相当的低。从图2可看出，n型通道将会选择III-V族作为使用材料，并结合锗作为p型通道，以提高运算速度。
但 要将SiGe或是III-V族应用在现行的CMOS制程仍有相当多的挑战，例如非矽通道材料要如何在不同的热膨胀系数、晶格常数与晶型等情况下，完美地在 大面积矽基板上均匀植入，即是一个不小的挑战。此外，III-V族与锗材料的能隙(Bandgap)较窄，于较高电场时容易有穿隧效应出现，在越小型元件 的闸极中，更容易有漏电流的产生，亦是另一个待解的课题。
[@B]后段制程面临微影、材料双重挑战 [@C] 后段制程面临微影、材料双重挑战
0.13微米之前是使用铝作为导线的材料，但IBM在此技术节点时，导入了划时代的铜制程技术，金属导线的电阻率因此大大地下降(表1)，讯号传输的速度与功耗将因此有长足的进步。
为 何不在一开始就选择铜作为导线的材料？原因是铜离子的扩散系数高，容易钻入介电或是矽材料中，导致IC的电性飘移以及制程腔体遭到污染，难以控制。IBM 研发出双镶崁法(Dual Damascene)，先蚀刻出金属导线所需之沟槽与洞(Trench & Via)，并沉积一层薄的阻挡层(Barrier)与衬垫层(Liner)，之后再将铜回填，防止铜离子扩散。与过去的直接对铝金属进行蚀刻是完全相反的 流程。双镶崁法如图3所示。
图3 双镶崁法制程示意图
随 着线宽的微缩，对于黄光微影与蚀刻的挑战当然不在话下，曝光显影的线宽一致性(Uniformity)，光阻材料(Photo Resist, PR)的选择，都将会影响到后续蚀刻的结果。蚀刻后导线的线边缘粗糙度(Line Edge Roughness, LER)，与导线蚀刻的临界尺寸(Critical Dimension, CD)与其整片晶圆一致性等最基本的要求，都是不小的挑战。
后段制程另外一个主要的挑战则是前文所提到铜离子扩散。目前阻挡层的主要材料是氮化钽(TaN)，并在阻挡层之上再沉积衬垫层，作为铜与阻挡层之间的黏着层(Adhesion Layer)，一般来说是使用钽(Ta)。
然 而，钽沉积的覆盖均匀性不佳，容易造成导线沟槽的堵塞，20奈米节点以前因导线的深宽比(Aspect Ratio, AR)较低而尚可接受，但随着制程的演进，导线线宽缩小导致深宽比越来越高，钽沉积的不均匀所造成的缩口将会被严重突显出来，后端导致铜电镀出现困难，容 易产生孔洞(Void)现象，在可靠度测试(Reliability Test)时容易失败。另外，钽的不均匀性容易造成沟槽填充材料大部份是钽而不是铜，由于钽金属导线的阻值将会大幅上升，抵销原先铜导线所带来的好处，其 示意如图4所示。
图4 金属导线制程发展蓝图
前文提到衬垫层必需具有低电阻率、良好的覆盖均匀性、是铜的良好黏着层等重要特性，钽在20奈米节点以下已无法符合制程的需求，找出新的材料已经刻不容缓。
钴(Cobalt, Co)与钌(Ruthenium, Ru)是目前最被看好的候选材料。钴是相当不错的衬垫层，具有比钽更低的电阻率，对铜而言是亦是不错的黏着层，且在电镀铜时具有连续性，不容易造成孔洞现 象出现。但钴衬垫层也有其不理想之处，主要是因为铜的腐蚀电位高于钴，因此在铜、钴的接触面上，容易造成钴的腐蚀，此现象称为电流腐蚀(Galvanic Corrosion)，亦称为伽凡尼腐蚀。
解决电流腐蚀的问题必须从化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish, CMP)的与后清洗(Post CMP Clean)着手，使用特殊的化学原料改变铜与钴之间的腐蚀电位，以降低或消除腐蚀现象。目前预估钴衬垫层将可延伸到10奈米制程节点。
接着在7奈米，阻挡层与衬垫层的候选材料将有可能是钌，铜可以直接在钌上电镀，并有效阻挡铜离子对介电层的扩散，如图5所示。
图5 钌阻挡层材料示意图 图片来源：IITC(2012)
不 过，钌跟钴在与铜接触时，一样都会有电流腐蚀问题，只是钌的情况与钴恰巧相反，钌的腐蚀电位高于铜，因此铜金属将会被腐蚀。另外，钌的硬度相当高，且化学 性质稳定，不容易与其它化学成份反应，只有使用类似像过碘酸钾(KIO4)这种强氧化剂(过去是使用双氧水作为氧化剂)才可使其氧化，以提高研磨率(大约 100～150A/min)。钌的物理与化学特性，为化学机械研磨制程带来不小的挑战，目前业界还在寻找适当的解决办法。
需求规模恐不足 先进制程面临经济因素考验
台积电是全球晶圆代工的龙头，它的动向对于半导体产业发展都具有重大的影响力，每一季财务发表会的声明皆为半导体产业发展的风向球，故分析其营收趋势，可约略窥探与预测未来全球IC产业的发展，图6为台积电各制程节点的每季营收趋势图。
图6 台积电各制程节点营收趋势图 图片来源：TSMC
由 图6可看出，目前主要营收贡献来自28奈米。过去40奈米营收用了13季超越65奈米，28奈米因搭上了行动装置的热潮，只用了6季便超越40奈米。先进 制程如20/16奈米制程从推出至今已达7季，虽维持高档，但仍未超越28奈米。从营收的另一个角度观察，价格乘上销售数量等于营收，20/16奈米制程 的代工价格必定高于28奈米制程，但营收却未高过于28奈米，可依此推论终端客户对20/16奈米制程的需求与投片量相较于28奈米制程应该是低上不少。 且在2016第一季时，20/16奈米制程的营收较上季下滑，28奈米制程却较上季上升，再加上台积电在法说会上提到28奈米制程的产能利用率未来几个季 度依旧维持高档，这些迹象显示出终端客户对先进制程需求的态度保守。
过去智慧型手机与平板电脑带动半导体先进制程的发展与高成长，但现在行动通讯装置的热潮已明显消退，IC产业链相关厂商亦希望找出下一个杀手级应用，继续带动半导体产业发展。
目 前业界一致认为，物联网(Internet of Things, IoT)为最佳候选人之一。物联网主要架构是将会使用大量微控制器(Micro Controller Unit, MCU)与微机电感测器(MEMS Sensor)，以及微型Wi-Fi晶片作为数十亿计的“物”的控制与连结元件，这些“物”的讯号将会传送到背后数以千万计，具有高运算能力的伺服器进行 大数据(Big Data)分析，以提供使用者及时且有用的资讯。
由此可知，与“物”相关的晶片数量应该会相当惊人，但其所需的半导 体制程技术应是成熟型甚至是28奈米制程即可应付；而最需要先进制程技术的伺服器中央处理器晶片，相较于“物”的数量应会低上不少，对相关IC制造厂商的 贡献营收是否仍可继续支撑制程开发与设备的投资，仍是未知数。市场给予IC制造厂商的压力与挑战，并不亚于前文所提到的制程挑战。
技术挑战时时存在 产业生态转变才是真考验
随着制程技术的演进，遇到的挑战与困难只会多不会少，并且制程节点已进入到10奈米以下，快要接触到物理极限，所以除了线宽微缩外，改变元件结构或是使用新的材料等选项，已是一条不可不走的路。
像前段制程的元件部份，除了线宽微缩的挑战之外，其他如功耗的将低或是运算能力的增进，亦是等待解决的课题之一。FinFET将过去的平面式结构转为立体式结构，增加对闸极的控制能力，未来更有可能转为全包覆式的闸极以降低漏电流。
另外，改变通道材料，由过去的矽改为SiGe或是III-V族等通道材料，为的都是增加电子或是电洞的迁移率。但晶圆制造业者要如何把异质材料整合至矽基板上，又兼顾可靠度，将是避无可避的挑战。
后 段金属导线在材料上的选择亦遇到阻挡层与衬垫层沉积的挑战，间接导致电镀铜的困难度增加，过去是使用氮化钽/钽作为阻挡层与衬垫层，但随着金属导线临介尺 寸的缩小，钽/氮化钽已渐渐地不符合制程的要求。钴已在20奈米制程部份取代了钽，作为衬垫层的主要材料，未来钌更会在7奈米制程继续接棒。但因钴、钌与 铜电化学与材料的特性，增加了化学机械研磨与后清洗的挑战。
回顾过去的历史，技术上的难关总有办法克服，但接下来半导体产业还要面临经济上的考验。未来的制程节点发展难度将会越来越高，相对的，制程开发与设备的投资金额也将会越来越庞大，最终必定将会反应到晶圆的销售价格上。
上 一波行动装置如智慧型手机与平板装置的热卖，带起了28奈米制程营收的高峰，但未来先进制程可能不会有类似的机遇。在行动通讯装置的退烧，以及物联网应用 的普及带动下，成熟型制程如微机电与28奈米将仍可持续发光发热，但高成本的先进制程未来在市场的接受度上，仍有不少的质疑声浪与挑战，未来的发展有待持 续观察。新电子
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