先进制程发展潜力佳 设备/材料商竞相出击

半导体先进制程发展持续升温，相关封装、材料及设备需求也跟着水涨船高。为因应先进制程技术发展趋势，半导体业者纷纷祭出新型机台、设备或化学材料解决方案，藉以强化自身竞争优势，并抢占庞大的先进制程需求大饼。

2016 年Semicon Taiwan展的摊位数量达一千六百个摊位，预估参观人数则上看4.3万人，展会规模将创历年之最。从本次Semicon Taiwan展会盛况可看出，整体而言，半导体产业未来仍具有相当大的发展潜力，特别是10奈米以下先进制程，更是推动半导体材料、设备需求的关键因素。 为满足先进制程技术研发需求，半导体业者无不积极推出各式创新产品及解决方案，抢占市场商机。

扇出封装技术向下渗透有谱

扇 出封装技术(Fan-out)依旧为本届Semicon Taiwan展的焦点。扇出封装具备超薄、高I/O脚数等优势，是行动应用处理器非常理想的封装技术选择，但其成本较高也是不争的事实。所幸终端产品追求 轻薄短小与多功能整合的趋势几乎扩散到电子业内的每个次领域，未来系统封装(SiP)可望成为扇出技术向下渗透的开路先锋。

矽 品工程中心资深处长蓝章益(图1)表示，目前半导体产品的应用有四大热门领域，分别是网路通讯、智慧型手机、物联网/穿戴式装置与汽车电子。就晶片封装的 角度来看，除了网路通讯以及汽车动力总成(Powertrain)相关晶片有其特殊需求，在可预见的未来还会走自己的路之外，锁定其他应用领域的晶片都跟 手机晶片越来越像。

整体来说，半导体产业的趋势一直是晶片越做越小，但性能跟功能却要不断增加。

从封装的角度来看，这其实是有矛盾的，因为晶片面积缩小后，能够放置I/O的面积也会跟着缩小，但更强的运算效能与多功能整合，却会增加I/O的数量。因此，封装技术势必会遇到I/O密度难以进一步提升的瓶颈，而扇出技术就是解决这个问题的方法。

不 过，目前最新的扇出封装技术不只是I/O扩展而已，同时还以高分子聚合物薄膜来取代传统IC封装基板，使封装厚度大幅降低。因此，精确地说，目前业界 讨论最热烈的扇出封装，应该称为模塑化合物晶圆级晶片封装(Mold Compound WLCSP, mWLCSP)，其裸晶跟聚合物薄膜外面会有一层黑胶体来保护脆弱的内层结构。

蓝章益指出，为了减少封装厚度而改用高分子聚合物薄 膜，对晶片封装制程来说造成很大的挑战，因为裸晶在封装前都会经过研磨，已经相当柔软而脆弱，高分子聚合物薄膜本身又容易翘曲变形，因此可靠度构成相当大 的挑战。不过，目前业界已经找到合适的材料与加工方法，可以确保封装可靠度，还可以进一步在薄膜上嵌入被动元件，实现更高的整合度。

整 体来说，扇出技术的进展会对整个半导体供应链造成相当大的影响。首当其冲的就是IC载板厂商，因为扇出技术已经不用传统IC载板了;其次则是被动元件业 者，为了满足嵌入封装内的需求，相关业者必须进一步把被动元件缩小到微米尺度，而且还要具备足够的容值/阻值，这部分料将牵涉到被动元件材料的研发及突 破。

由于导入大量新技术跟新材料，扇出封装虽然有更轻薄短小、可支援更高I/O数量等优势，但成本也会跟着垫高。因此，高阶、高单价，需要大量I/O的晶片，较有机会优先采用扇出封装，例如应用处理器。

然而，对专业封装厂来说，这种机会大多会被晶圆代工厂捷足先登，因此相关业者必须要找出其他具有发展潜力的应用，才能开拓自家的扇出封装业务。而其中最有潜力的就是SiP应用。

蓝章益分析，SiP是高度客制化的封装产品，利润空间较高，因此对封装厂来说，针对SiP客户推广扇出封装业务，投资回收的速度会比较快。另一方面，SiP封装采用扇出技术，能够为客户带来的效益也更明显，例如封装厚度大幅缩减。

因此，SiP对专业封测厂来说，是发展扇出封装业务项目的主要机会所在。这类产品的单价虽不如高阶处理器，但仍有数美元水准，而且客户也比较容易看到扇出技术所能带来的效益，接受度较高。目前矽品已经有扇出SiP专案正在进行中，预计2017年将能开花结果。

SiP封装日益复杂 机台设计学问大

承上所述，电子零件微型化与低价化是整个产业持续发展的趋势。为了在更小、更薄的封装尺寸内整合更多功能，封装设备商必须提供更高精度的解决方案给客户，同时还必须设法帮客户提高生产效率，以降低成本。

Kulicke&Soffa(K&S) 先进封装事业部门资深产品行销经理Patrick Huberts(图2)表示，封装尺寸的微型化是整个封装产业持续面临的挑战。因此，系统封装(SiP)技术在过去几年已经有非常明显的进展，利用嵌入式 被动元件(Embedded Passive)技术把被动元件跟裸晶(Die)整合在同一颗晶片封装内的案例可说比比皆是。

但封装业者并未就此停下脚步，随着扇出型晶圆级封装(FO-WLP)技术取得重大进展，未来晶片封装将不会再使用传统晶片载板，以便进一步缩小晶片封装的厚度。

不 过，随着封装厚度越来越薄，许多物理上的问题也跟着开始出现。从封装机台的角度来看，其所处理的被动元件、裸晶等元件的厚度只会越来越薄，同时也变得更加 脆弱，在取放时的力道控制必须非常小心，否则元件会因为外力冲击而受损。据统计，在封装过程中导致元件损毁的头号杀手，就是元件取放的力道控制不当，而且 有时候这个问题不会立刻浮现，要等到晶片封装进入更后段制程时，才会慢慢被察觉出来。

除了元件变得更薄、更脆弱之外，元件的尺寸也变得越来越小，使得机台在处理这些元件时，必须具备更高的精度。举例来说，未来的嵌入式被动元件尺寸将缩小成0201m，相当于0.25×0.125mm。

上述两大发展趋势对机台的设计是很大的考验，一来元件必须小心翼翼地取放，机械手臂的动作速度不能太快，但又必须设法兼顾机台的吞吐量，否则会拖累生产效率，增加封装业者的生产成本。

为了同时满足小心取放与高速量产的需求，K&S除了运动控制方面下了许多功夫，以便将取放元件的力道控制压低到0.3牛顿(N)，并把贴装精度提高到7微米以下外，还采用平行处理与模组化的概念来开发下一代机台。

满足创新设计 旋涂式介电材料受青睐

半导体晶片越做越小，性能跟功能需求不断增加，因应此一趋势，除封装技术须持续精进之外，新材料的需求也日与遽增。默克全球IC材料事业处资深副总裁 Rico Wiedenbruch(图3)表示，电晶体尺寸不断缩小，使得晶片的效能与功耗得以持续改善，同时也让晶片设计者可以在单一晶片上不断添加更多功能。不 过，电晶体越做越小，也带来新的技术挑战，例如填隙与绝缘，就是许多半导体业者所面临的主要挑战，且往往要靠材料技术的创新才能突破。

为此，近年来默克持续加码布局半导体材料市场，并陆续推出一系列完整的半导体制程材料解决方案，以协助半导体业者克服电晶体微缩的技术挑战。其中，旋涂式介电材料因具备许多优异的特性，因此推出后已广获逻辑、记忆体等晶片制造商采用。

旋涂式介电材料(Spin on dielectric, SOD)拥有绝佳的填洞能力及局部平坦化效果，其所形成的薄膜也具备更好的特性。该材料可填进很微小的空隙里，并且能在空隙中形成极薄的绝缘层，不但可提 供客户更广的制程操作范围，还可以为客户带来降低设备成本的优势。

除了旋涂式介电材料外，默克还针对其他半导体制程需求开发出专用解 决方案，协助顾客面对挑战。其IC材料事业处的其他IC材料产品还包括顶部抗反射材料(TARC)、防塌湿润剂(Rinse)、方向性排列材料 (Directed Self Assembly, DSA)、沉积材料(Atomic Layer Deposition, ALD)、导电胶(Conductive Paste)等。

先进制程净化需求增 新型清洁溶液亮相

随着现今半导体先进制程愈加复杂，其清洁度、可靠度要求也越来越严苛，特别是在10奈米以下先进制程，更是带动过滤、净化市场需求增加。

看好此一商机，英特格(Entegris)宣布推出适用于半导体制程的新型后化学机械研磨(post-CMP)清洁溶液--PlanarClean AG，此系列产品是专为10奈米以下制程所设计，满足先进制程晶圆清洗需求，且不会损坏高阶薄膜或新材料。

Entegris总裁兼执行长Bertrand Loy(图4)表示，半导体制程日益复杂，尺寸也愈来愈小，只要出现任何微小杂质，即便只是一粒灰尘，都可以将产品毁掉。 因此，晶圆厂必须导入效能更强的过滤、净化产品，确保半导体晶圆不受污染，才能提升生产良率。

据 悉，在先进高阶制程的清洁步骤当中，外露薄膜及材料的数量和类型改变，更凸显出特调清洁溶液的必要性。此外，研磨液颗粒的改变使得许多传统的post- CMP清洁溶液在用于先进制程时，显得效率低落或毫无效果，尤其以前端制程(FEOL)最为明显。这些难题促使半导体制造商开始选择经过特别调配的清洁溶 液，舍弃一般标准型清洁溶液。

PlanarClean AG调配溶液符合这些需求，在铜、钴和钨等高阶制程中展现一步到位的优异清洁效果，还能保护底层的薄膜和物质。专利配方有助于提升可靠度和产量、达到零腐 蚀及零污染。此外，该溶液也能减少清洁步骤所需的化学品用量，进而发挥降低成本的优势。目前该溶液已经量产上市，并获得多家半导体厂采用。

Loy 进一步指出，半导体先进制程致力提升晶片性能及缩小体积，除可靠设计方式实现之外，另一种方式便是选用全新的材料，如三五族化合物。此外，目前元素周期表 中，已有超过四十五种元素应用在半导体制程，比过去大幅增加。因此，半导体制程采用新材料，显然是产业发展趋势，对于英特格这类材料供应商而言，市场成长 空间也越来越大。

半导体厂设备投资飙高气体安全监测更形重要

另一方面，半导体制程日渐精密，连带使得晶圆厂的软 硬体投资金额连年飙高，厂房安全监控的重要性也与日俱增。为了进一步保障厂区作业人员与设备的安全，汉威联合(Honeywell)推出一系列在半导体产 业创新的安全检测和个人防护一体化解决方案，可有效协助半导体厂房进行安全监测，并强化企业整体风险管控能力。

Honeywell 探测器产品事业处台湾区总经理彭宝展(图5)表示，随着半导体制程不断微缩，先进制程所使用的化学气体强度越来越强，甚至导入新气体。然而，半导体制程所 使用的气体中，有许多有毒或高易燃性的危险气体，须严密监测方可确保作业人员健康，并协助半导体厂强化风险控管，降低生命财产发生意外损失的风险。

半导体产业安全检测及个人防护解决方案更注重设备的稳定、可靠、精确，因为一旦发生安全事故，将给半导体产业带来无法弥补的人员安全伤害及财产损失，特别是在先进制程设备越来越昂贵的情况下，厂区一旦发生事故，将造成更大的损失。

为 满足精确度越来越高的气体侦测需求，汉威联合为半导体产业日常生产环境、晶圆生产区域、实验室等场所设计固定式气体监控系统。如最新升级版的 ACM150Plus傅立叶红外线(FTIR)光谱气体监测仪，可检测多达六十个点，检测距离达230公尺，与旧版本相比提供更多采样点，单点成本更 低。

彭宝展指出，一般气体侦测器若不够精准，除无法正确侦测出现场气体变化之外，有时还会发生误警报的情况。为提升气体侦测的准确 度，ACM150Plus傅立叶红外线光谱气体监测仪采用光谱办别技术。每种气体都有其特定的光谱特性，就像指纹一样，因此这款监测仪的气体侦测准确性相 对较高，也不会出现误判或是发出错误警报。

除傅立叶红外线光谱气体监测仪外，汉威联合还具备Vertex化学纸带气体监测仪，可进行ppb(十亿分之一)级别气体检测，当有气体泄漏时，纸带便会变色。

检测点多达七十二个，为用户提供更丰富的布点选择，从而进行更有效的监测;而该产品纸带材料及监测仪上的光学读取头，都是汉威联合的独有材料和技术，竞争对手难以研发出性质相似的产品，使该公司在激烈的市场竞争之中，具备一定的优势。

前后段联手3D化 摩尔定律还有好戏唱

小 体积高性能的晶片已成必然发展趋势，也使得屹立已久的摩尔定律还能走多远，近年来一直杂音不断。但台湾半导体产业协会理事长卢超群认为，在前段电晶体制程 进入3D世代，加上后段封装堆叠技术迭有突破的情况下，电晶体闸极线宽即便无法越做越小，单位面积内的电晶体密度还是可以持续成长，功能整合的脚步也不会 停歇。

卢超群指出，近年来摩尔定律能否在合乎投资报酬率的前提下继续发展，一直是半导体业界非常关注的话题。虽然唱衰摩尔定律的声音不断，但是台湾的半导体业者非常努力，在前后段制程都有重大突破，因此摩尔定律将有机会以另一种形式继续走下去。

卢 超群指出，在平面电晶体时代，为了实现摩尔定律，每一个新世代的闸极线宽原则上会是前一代的0.7倍。但在3D电晶体世代，线宽微缩的程度可以大幅放缓， 一样能达成电晶体密度倍增的目标。事实上，在几个月后的亚洲固态电路研讨会(ASSCC)上，他将发表一篇论文，预估在3D电晶体世代，每一代制程的线宽 微缩系数大概只要在0.85～0.93之间，单位面积的电晶体密度就有机会翻倍。

除了前段电晶体制程外，后段晶片封装技术也迭有突 破，为晶片功能整合添加新的动能。包含多晶片封装(MCP)、系统封装(SiP)与晶圆级整合式扇出封装(InFO WLP)等封装技术，都具备在单一晶片封装内实现高度异质整合的能力，让晶片在体积不变的情况下，具备更多元的功能。