異質(zhì)整合…半導體下一個(gè)關(guān)鍵

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

　　短短三年，三、四倍以上的資訊暴增量，說(shuō)明資訊的裝置或載體必須大幅跟上，否則勢必無(wú)法滿(mǎn)足由下而上的需求成長(cháng)。

　　今年是集成電路(IC)發(fā)明60周年，過(guò)去60年來(lái)，裝載著(zhù)IC的電腦、筆電、手機與網(wǎng)路，讓資訊運算能力大幅提升，也大大改變了人類(lèi)的生活模式。人類(lèi)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，幾乎是現今的100倍，儲存容量相差達萬(wàn)倍以上。過(guò)去，一臺電腦幾乎要一個(gè)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(guò)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(lái)十年內仍然有效，不過(guò)，也有很多人擔心盡頭即將到來(lái)。當傳統硅芯片透過(guò)曝光、顯影等制程技術(shù)而來(lái)到極限時(shí)，下一步，人類(lèi)該如何讓半導體芯片功能繼續強大呢?

　　透過(guò)異質(zhì)整合技術(shù)的非傳統芯片，成了市場(chǎng)開(kāi)始思考的解決出路。異質(zhì)整合，指的是將不同芯片透過(guò)封裝或其他技術(shù)放在一起，使芯片功能更強大。例如，過(guò)去存儲器與中央處理器的芯片是分開(kāi)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或通訊芯片等結合在一起，也是現在半導體產(chǎn)業(yè)的熱門(mén)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，都是半導體異質(zhì)整合的應用案例。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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)或半導體制程，再整合至另外一個(gè)硅晶圓、玻璃或其他半導體材料上面。

　　一般說(shuō)來(lái)，異質(zhì)整合具備兩大優(yōu)勢：第一，在進(jìn)行IC設計時(shí)，不需要把所有功能設計在同一個(gè)芯片上，可以提高設計開(kāi)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(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體，而是砷化鎵等材料，這導致硅芯片必須再串連、轉換出去，才能與光纖網(wǎng)路橋接，消耗的電能與運算容量自不在話(huà)下。

　　硅光子計劃就是想辦法讓本來(lái)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(shí)現用電來(lái)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(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(guò)去，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，才能持續在未來(lái)半導體市場(chǎng)上保有競爭優(yōu)勢。

　　特別是人工智能、自動(dòng)駕駛、5G等新興科技正驅動(dòng)資訊處理量持續成長(cháng)，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(shù)，才能讓產(chǎn)業(yè)成功轉型升級并再創(chuàng )高峰。