- 電子產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體設備
- 材料工程已經成為關鍵的促成要素
- 加強對化學品輸送系統的關注
- 盡管2009 年全球經濟不景氣，至少對半導體行業而言，長期的前景仍然看好
- 微電子“生態系統”一直在迅速擴張，目前有各種各樣的設備正在開發之中
- 加強對化學品輸送系統的關注
- 硅半導體和 III-V 族半導體市場之間的差距正在縮小，一些一直從事硅半導體市場的制造商也對 III-V 市場產生了興趣
最近以來，眾多半導體公司開始涉足關聯市場，以尋求新的發展機會(例如，高亮度發光二極管 (HBLED)、光伏產品 (PV))，這也給化工行業和材料供應商帶來重大機遇。 這預示了特種化工行業有良好的長遠發展前景，而且有助于打破半導體行業傳統的“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的化學技術(例如：先進圖膜、薄膜沉積)在電子工業及開發能夠支撐其自身快速演化的技術中發揮著越來越重要的作用。
研發，加強協作是關鍵
由于經濟低迷，半導體行業對成本審核越來越嚴格，并更加關注對整個供應鏈中擁有成本 (COO) 的控制。 本著這一精神，研發工作仍在繼續，而材料開發依然是重中之重。 確實，如果半導體行業要在降低日益上升的開發成本的條件下，解決以誘人的經濟性生產出先進的設備這個具有挑戰性的難題的同時繼續取得發展，在整個供應鏈開展更廣泛的協作對正在進行的研發工作中至關重要。
目前，采用電子元件的智能產品種類繁多，其應用可以說是讓人眼花繚亂，智能產品的蓬勃發展使得推動這些產品的設備“量身定制”方法應運而生。 在這種涓滴效應下，材料供應商們正在醞釀范圍更廣的材料和化工產品，專門為根據設計參數的要求制造各種設備量身打造。
這種考慮更加促使改變所用的材料或用于實現一個可行的集成解決方案的制造工藝成為首選。 設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，正愈加促使廠商改變材料。 當然，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。
半導體材料的趨勢
微電子“生態系統”一直在迅速擴張，目前有各種各樣的設備正在開發之中。 例如，用于手機的半導體與臺式電腦中所用的半導體不同，而“傳統”芯片設計目前仍在市場中占有一席之地，即便在更新型、性能更優的芯片進入市場很久以后也依然在生產。 盡管這些“傳統”的半導體材料(例如常用的介電二氧化硅)仍然在大量應用中，但是探索新型材料和替代這些傳統材料的步伐和廣度正以行業內前所未有的速度推進。 因此，材料供應商必須能夠支持多代產品。
從歷史上講，加強對化學品輸送系統的關注。 現在我們遇到的情況是，由于下一代設備開發的推進要求集成各種新型材料，以滿足性能標準，各代節點產品中所用的材料壽命縮短。 在存儲和邏輯應用的生產工藝中，二氧化鋁、二氧化鉿和二氧化鋯及復合硅酸鹽等材料的快速采用就是其中一例。 當我們審視沉積材料和過去幾年中，生產 DRAM 設備時用于金屬-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，化工行業的先驅企業已經迅速從為高質量的氧化鋁 (Al2O3) 共性非晶形膜提供解決方案發展到氧化鉿 (HfO2)，再到氧化鋯 (ZrO2)。 對于在半導體設備其它功能層采用和集成新型材料，我們認為從時間上看具有相似的發展趨勢。
今年七月，在舊金山舉行的 Semicon West 展會上，我們針對硅半導體基底的化學氣相沉積 (CVD) 和原子層沉積 (ALD) 工藝公開了新的材料發展規劃。 規劃(圖 1 )概述了當前及未來先進的存儲和邏輯設備的發展道路，包括阻擋層、互連、介電材料和金屬，我們預期逐步推出，直至 2014 年完成。
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圖1. SAFC材料發展規劃線路圖
對半導體材料開發的定期監督非常重要，它可確保材料供應商與當前及未來的行業需求保持步調一致。 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，我們經常分析外部指導方針，例如 ITRS 路線圖、設備開發的趨勢和經濟情況、并結合與客戶合作的經驗對我們自身的研發計劃進行評估。 這樣，我們就能與半導體行業的材料要求保持同步，并在行業要求發生改變時，重新制定我們的材料發展規劃。
展望未來，除了其它趨勢以外，業內會繼續關注柵極應用的下一代 high-K 技術和電容器應用的 high-K 和 ultra high-K 介電技術，并繼續開發用于 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) 應用的材料的開發，現在正在對它們進行更加細致的評估，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 在開發用于高容量 PCM 應用的鍺銻碲 (GST) 先驅體上已經取得了重大進展。 PCM 是一種非易失性計算機存儲器，它實現了最大特征尺寸的進一步擴展，超過傳統的閃存可能達到的極限，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，業內會繼續關注柵極應用的下一代 high-K 技術和電容器應用的 high-K 和 ultra high-K 介電技術，并繼續開發用于 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) 應用的材料的開發，現在正在對它們進行更加細致的評估，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 在開發用于高容量 PCM 應用的鍺銻碲 (GST) 先驅體上已經取得了重大進展。 PCM 是一種非易失性計算機存儲器，它實現了最大特征尺寸的進一步擴展，超過傳統的閃存可能達到的極限，從而提供更大的存儲容量和卓越的存儲性能。
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加強對化學品輸送系統的關注
在大批量制造中是否能夠采用新型材料緊密相關的是要開發出合適的化學品輸送系統。 因為所用的“特殊”材料及其物理性能差異極大，所以目前正在開發更專門的輸送系統，能以一種產率最高、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采用，實現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的是要開發出合適的化學品輸送系統。 因為所用的“特殊”材料及其物理性能差異極大，所以目前正在開發更專門的輸送系統，能以一種產率最高、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采用，實現這一點變得日益重要。
當前的經濟環境使得對制造成本因素的審核比平常要嚴格得多。 每個因素都從其總擁有成本 (CoO) 角度進行考慮。 正如所預期的那樣，這包括了由電子化學品供應商提供的生產耗材。 考慮 CoO 的其中一個關鍵是材料，適當時，還包括用合適的輸送系統輸送材料(例如液體或蒸汽)的必要形式。 在考慮總擁有成本 (CoO) 時，輸送系統是一個關鍵因素，因為它可能會顯著減少工具的停機時間，確保更高的資產利用率，使各個流程能夠滿負荷運行，不出現停工情況，從而優化工藝效率，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 EpiVapor 可與我們現有的 Epifill 液體輸送系統互補，這兩個系統都是針對降低擁有成本 (CoO) 的需要而設計，可向沉積室不間斷地供應先驅體，從而盡量減少設備停機時間。 選擇使用什么輸送系統取決于裝置的工藝化學要求。
光伏產品和 LED 的興盛： III-V 族半導體和硅半導體的大規模生產會融合嗎?
隨著全球對能源的需求日益超過供應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體設備制造商和材料供應商們帶來不少機遇。 解決問題的重點放在節能和開發可再生、可持續的能源上。
為了既能利用它們的專業技術探索新的增長點，又能在它們的傳統核心重點之外發揮重要影響，硅半導體制造商和設備提供商正在節能照明和光伏電池或模塊領域中尋找機會。 最近人們對用于照明應用的高亮度發光二極管 (HBLED) 的興趣激增，這為各硅半導體制造商開創了巨大的商機，甚至到了讓人覺得從事硅設備和化合物半導體設備制造的公司之間歷史界限已經“模糊”的地步。 由于預期各種應用中的設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燈具技術的常規照明技術的應用和采用正在加速發展到一個大規模采用的階段。
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隨著這些巨大商機的出現，我們注意到硅半導體和 III-V 族半導體市場之間的差距正在縮小，一些一直從事硅半導體市場的制造商也對 III-V 市場產生了興趣。 幾家硅半導體制造商已經公開宣布他們正在調查商機，或者已經著手制定生產 HBLED 和/或光伏模塊的計劃。 例如，三星集團最近宣布組建一個新的事業部“三星 LED”，專門從事 HBLED 的制造，而 TSMC 正在考慮進入光伏制造領域，為此正在對其部分生產空間進行改造。 Micron 也在考慮光伏電池和 HBLED 節能照明的生產(圖3)。
這些公司對 HBLED 和光伏電池生產表現出如此濃厚的興趣意味著需要在全球范圍內展開極大規模的生產，以發揮規模經濟的優勢，從而能夠滿足單位設備或單位電池成本的目標，以及滿足預計的需求。 通過大規模精益生產和對總擁有成本的良好理解推動規模經濟，在這兩個方面，大型硅半導體制造商都有著豐富的經驗。 相比而言，到目前為止，化合物半導體市場尚沒有這種水平的大規模生產要求。
向前發展所面臨的主要挑戰在于各公司如何將它們在硅設備大規模生產上的經驗轉移到 III-V 設備的大批量生產，以滿足預計的 LED 繁榮的需求。 硅半導體制造商如何設法將他們的大規模生產專門技術轉移到 HBLED 化合物半導體設備的大批量生產上，以及為了確保成功需要根據大批量生產的需要采用和擴充哪些方面的制造知識，應該是非常有趣的話題。 這一點特別有意思，因為與生產設施有關的專門技術及設備產量高的“傳統”硅半導體公司原來喜歡的生產方法不同于 III-V 市場當前采用的以及生產這些專用設備之間的細微差別。
除照明領域外，材料供應商還有其它重大機遇，而化學是創新周期的關鍵促成因素之一。 隨著世界范圍內能源供需矛盾的日益加劇，能源解決方案的創新變得非常重要。 對可持續和可再生發電的期望已經使光伏行業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改進，材料創新應該能推動設備性能在諸如能源轉換效率和模塊壽命等關鍵方面的改善。 而且，光伏發電是周期性的，這使解決現有的供需矛盾問題變得更加嚴峻。 由于這一問題，有必要具備相應水平的能量儲存能力，將活躍時段發的電儲存起來，以備不時之需，這也為另一個材料領域創造了機遇。
除了現有公司尋找開拓新的市場外，光伏、照明和能源市場都已經吸引了大量的創業企業和新市場進入者紛紛擁入，都想從中分一杯羹。 這就給化學品提供商和那些其傳統擅長領域為半導體的公司帶來更多的機遇。
結論
盡管2009 年全球經濟不景氣，至少對半導體行業而言，長期的前景仍然看好。 化學領域的開發工作仍在繼續，這將為推出下一代電子產品打下基礎。 隨著設備尺寸越來越小，而性能和功能越來越佳，化學工業在電子產品革命中仍然起著舉足輕重的作用，行業衰退的可能性極小。 而且，隨著對能源和環境關注度的提高，電子產品制造商面臨的重大商機將繼續涌現，可以擴大到新的領域。 由于各公司尋求分攤開發成本和推出創新的解決方案，整個供應鏈的協作水平將繼續提高。 此外，對擁有成本 (CoO) 的關注也將在整個電子行業發揮著日益重要的作用，并且這種關注度將來肯定會加強。 在這種新的模式中，機遇大量存在，通過進一步關注多學科協作和化工領域，繼續推動創新，創造美好的未來。
