異質(zhì)整合…半導(dǎo)體下一個關(guān)鍵

　　資訊爆炸的速度非常驚人，2015年Twitter每分鐘有10萬條訊息，到2018年時，已經(jīng)暴增到50萬條。Youtube上面的每分鐘瀏覽量，2015年為130萬，2018年已來到430萬。

　　短短三年，三、四倍以上的資訊暴增量，說明資訊的裝置或載體必須大幅跟上，否則勢必?zé)o法滿足由下而上的需求成長。

　　今年是集成電路(IC)發(fā)明60周年，過去60年來，裝載著IC的電腦、筆電、手機(jī)與網(wǎng)路，讓資訊運(yùn)算能力大幅提升，也大大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(jìn)一步迫使IC運(yùn)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(dá)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(jī)上的芯片功能就已超越過去電腦的運(yùn)算能力。

　　雖然每隔1～1.5年，半導(dǎo)體芯片功能可強(qiáng)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(dān)心盡頭即將到來。當(dāng)傳統(tǒng)硅芯片透過曝光、顯影等制程技術(shù)而來到極限時，下一步，人類該如何讓半導(dǎo)體芯片功能繼續(xù)強(qiáng)大呢?

　　透過異質(zhì)整合技術(shù)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(shù)放在一起，使芯片功能更強(qiáng)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(dǎo)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(guān)領(lǐng)域的研發(fā)，包括3D IC、晶圓級封裝技術(shù)、硅光子技術(shù)(Silicon Phonotics)、微發(fā)光二極體(Micro LED)等，都是半導(dǎo)體異質(zhì)整合的應(yīng)用案例。

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

　　一般說來，異質(zhì)整合具備兩大優(yōu)勢：第一，在進(jìn)行IC設(shè)計時，不需要把所有功能設(shè)計在同一個芯片上，可以提高設(shè)計開發(fā)的效率;第二，突破硅的物理限制，更能將硅應(yīng)用到各種不同領(lǐng)域。

　　工研院目前正在進(jìn)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(dǎo)體，而是砷化鎵等材料，這導(dǎo)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(yùn)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，最后可實現(xiàn)用電來控制光，如此就能降低光纖通訊半導(dǎo)體的制作成本、加快設(shè)計速度。

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

　　過去，臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具備兩大優(yōu)勢，一是上下游供應(yīng)鏈完整，二是半導(dǎo)體人才眾多。然而，面對傳統(tǒng)芯片的制程極限，臺灣業(yè)者必須力求創(chuàng)新突破，才能持續(xù)在未來半導(dǎo)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，臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)唯有掌握下世代半導(dǎo)體異質(zhì)整合新技術(shù)，才能讓產(chǎn)業(yè)成功轉(zhuǎn)型升級并再創(chuàng)高峰。