- 电子产品制造商需要采用功耗低、体积小，且能提供最佳性能和功能的半导体设备
- 材料工程已经成为关键的促成要素
- 加强对化学品输送系统的关注
- 尽管2009 年全球经济不景气，至少对半导体行业而言，长期的前景仍然看好
- 微电子“生态系统”一直在迅速扩张，目前有各种各样的设备正在开发之中
- 加强对化学品输送系统的关注
- 硅半导体和 III-V 族半导体市场之间的差距正在缩小，一些一直从事硅半导体市场的制造商也对 III-V 市场产生了兴趣
最近以来，众多半导体公司开始涉足关联市场，以寻求新的发展机会(例如，高亮度发光二极管 (HBLED)、光伏产品 (PV))，这也给化工行业和材料供应商带来重大机遇。 这预示了特种化工行业有良好的长远发展前景，而且有助于打破半导体行业传统的“繁荣与萧条”周期模式。
专为提供合适的材料解决方案而开发的化学技术(例如：先进图膜、薄膜沉积)在电子工业及开发能够支撑其自身快速演化的技术中发挥着越来越重要的作用。
研发，加强协作是关键
由于经济低迷，半导体行业对成本审核越来越严格，并更加关注对整个供应链中拥有成本 (COO) 的控制。 本着这一精神，研发工作仍在继续，而材料开发依然是重中之重。 确实，如果半导体行业要在降低日益上升的开发成本的条件下，解决以诱人的经济性生产出先进的设备这个具有挑战性的难题的同时继续取得发展，在整个供应链开展更广泛的协作对正在进行的研发工作中至关重要。
目前，采用电子元件的智能产品种类繁多，其应用可以说是让人眼花缭乱，智能产品的蓬勃发展使得推动这些产品的设备“量身定制”方法应运而生。 在这种涓滴效应下，材料供应商们正在酝酿范围更广的材料和化工产品，专门为根据设计参数的要求制造各种设备量身打造。
这种考虑更加促使改变所用的材料或用于实现一个可行的集成解决方案的制造工艺成为首选。 设备物理性能的限制和/或所用的制造方法，例如，从 PVD 改为 CVD，再到 ALD 沉积技术，正愈加促使厂商改变材料。 当然，所有这一切都必须在平衡合理的成本收益方案的前提下完成。
半导体材料的趋势
微电子“生态系统”一直在迅速扩张，目前有各种各样的设备正在开发之中。 例如，用于手机的半导体与台式电脑中所用的半导体不同，而“传统”芯片设计目前仍在市场中占有一席之地，即便在更新型、性能更优的芯片进入市场很久以后也依然在生产。 尽管这些“传统”的半导体材料(例如常用的介电二氧化硅)仍然在大量应用中，但是探索新型材料和替代这些传统材料的步伐和广度正以行业内前所未有的速度推进。 因此，材料供应商必须能够支持多代产品。
从历史上讲，加强对化学品输送系统的关注。 现在我们遇到的情况是，由于下一代设备开发的推进要求集成各种新型材料，以满足性能标准，各代节点产品中所用的材料寿命缩短。 在存储和逻辑应用的生产工艺中，二氧化铝、二氧化铪和二氧化锆及复合硅酸盐等材料的快速采用就是其中一例。 当我们审视沉积材料和过去几年中，生产 DRAM 设备时用于金属-绝缘体-金属 (MIM) 电容器的介电材料采用速率及后续所用的材料变化，这可能是最好的说明。 在这一方面，化工行业的先驱企业已经迅速从为高质量的氧化铝 (Al2O3) 共性非晶形膜提供解决方案发展到氧化铪 (HfO2)，再到氧化锆 (ZrO2)。 对于在半导体设备其它功能层采用和集成新型材料，我们认为从时间上看具有相似的发展趋势。
今年七月，在旧金山举行的 Semicon West 展会上，我们针对硅半导体基底的化学气相沉积 (CVD) 和原子层沉积 (ALD) 工艺公开了新的材料发展规划。 规划(图 1 )概述了当前及未来先进的存储和逻辑设备的发展道路，包括阻挡层、互连、介电材料和金属，我们预期逐步推出，直至 2014 年完成。
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图1. SAFC材料发展规划线路图
对半导体材料开发的定期监督非常重要，它可确保材料供应商与当前及未来的行业需求保持步调一致。 对于介入点的选择和时机，以及电子材料需求量，会受到许多可变因素的影响，我们经常分析外部指导方针，例如 ITRS 路线图、设备开发的趋势和经济情况、并结合与客户合作的经验对我们自身的研发计划进行评估。 这样，我们就能与半导体行业的材料要求保持同步，并在行业要求发生改变时，重新制定我们的材料发展规划。
展望未来，除了其它趋势以外，业内会继续关注栅极应用的下一代 high-K 技术和电容器应用的 high-K 和 ultra high-K 介电技术，并继续开发用于 DRAM 的金属栅极和新型电极材料以及用于铜阻挡层和铜晶种的材料。 我们积极参与了用于相变存储器 (PCM) 应用的材料的开发，现在正在对它们进行更加细致的评估，因为 PCM 很快就成为替代 NAND 闪存不二选择。作为一家公司，SAFC Hitech 在开发用于高容量 PCM 应用的锗锑碲 (GST) 先驱体上已经取得了重大进展。 PCM 是一种非易失性计算机存储器，它实现了最大特征尺寸的进一步扩展，超过传统的闪存可能达到的极限，从而提供更大的存储容量和卓越的存储性能。
展望未来，除了其它趋势以外，业内会继续关注栅极应用的下一代 high-K 技术和电容器应用的 high-K 和 ultra high-K 介电技术，并继续开发用于 DRAM 的金属栅极和新型电极材料以及用于铜阻挡层和铜晶种的材料。 我们积极参与了用于相变存储器 (PCM) 应用的材料的开发，现在正在对它们进行更加细致的评估，因为 PCM 很快就成为替代 NAND 闪存不二选择。作为一家公司，SAFC Hitech 在开发用于高容量 PCM 应用的锗锑碲 (GST) 先驱体上已经取得了重大进展。 PCM 是一种非易失性计算机存储器，它实现了最大特征尺寸的进一步扩展，超过传统的闪存可能达到的极限，从而提供更大的存储容量和卓越的存储性能。
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加强对化学品输送系统的关注
在大批量制造中是否能够采用新型材料紧密相关的是要开发出合适的化学品输送系统。 因为所用的“特殊”材料及其物理性能差异极大，所以目前正在开发更专门的输送系统，能以一种产率最高、停机时间最少的方式将材料输送到处理室(图2)。 在许多情况下，为了确保材料的商业采用，实现这一点变得日益重要。
在大批量制造中是否能够采用新型材料紧密相关的是要开发出合适的化学品输送系统。 因为所用的“特殊”材料及其物理性能差异极大，所以目前正在开发更专门的输送系统，能以一种产率最高、停机时间最少的方式将材料输送到处理室(图2)。 在许多情况下，为了确保材料的商业采用，实现这一点变得日益重要。
当前的经济环境使得对制造成本因素的审核比平常要严格得多。 每个因素都从其总拥有成本 (CoO) 角度进行考虑。 正如所预期的那样，这包括了由电子化学品供应商提供的生产耗材。 考虑 CoO 的其中一个关键是材料，适当时，还包括用合适的输送系统输送材料(例如液体或蒸汽)的必要形式。 在考虑总拥有成本 (CoO) 时，输送系统是一个关键因素，因为它可能会显著减少工具的停机时间，确保更高的资产利用率，使各个流程能够满负荷运行，不出现停工情况，从而优化工艺效率，并在不影响性能水平的前提下降低运营成本。 从这方面讲，SAFC Hitech 最新的蒸汽输送系统 EpiVapor 可与我们现有的 Epifill 液体输送系统互补，这两个系统都是针对降低拥有成本 (CoO) 的需要而设计，可向沉积室不间断地供应先驱体，从而尽量减少设备停机时间。 选择使用什么输送系统取决于装置的工艺化学要求。
光伏产品和 LED 的兴盛： III-V 族半导体和硅半导体的大规模生产会融合吗?
随着全球对能源的需求日益超过供应能力并且能源成本日益增加，解决能源供需之间的缺口给半导体设备制造商和材料供应商们带来不少机遇。 解决问题的重点放在节能和开发可再生、可持续的能源上。
为了既能利用它们的专业技术探索新的增长点，又能在它们的传统核心重点之外发挥重要影响，硅半导体制造商和设备提供商正在节能照明和光伏电池或模块领域中寻找机会。 最近人们对用于照明应用的高亮度发光二极管 (HBLED) 的兴趣激增，这为各硅半导体制造商开创了巨大的商机，甚至到了让人觉得从事硅设备和化合物半导体设备制造的公司之间历史界限已经“模糊”的地步。 由于预期各种应用中的设备无论是寿命还是效率上都会有显著的改善，目前 HBLED 的制造正在大幅增长。 尽管最近HBLED 制造增长的主因是为了以 HBLED 替代 LCD 中的背板式冷阴极荧光灯 (CCFL) 照明，这种替代白炽灯和其它传统灯具技术的常规照明技术的应用和采用正在加速发展到一个大规模采用的阶段。
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随着这些巨大商机的出现，我们注意到硅半导体和 III-V 族半导体市场之间的差距正在缩小，一些一直从事硅半导体市场的制造商也对 III-V 市场产生了兴趣。 几家硅半导体制造商已经公开宣布他们正在调查商机，或者已经着手制定生产 HBLED 和/或光伏模块的计划。 例如，三星集团最近宣布组建一个新的事业部“三星 LED”，专门从事 HBLED 的制造，而 TSMC 正在考虑进入光伏制造领域，为此正在对其部分生产空间进行改造。 Micron 也在考虑光伏电池和 HBLED 节能照明的生产(图3)。
这些公司对 HBLED 和光伏电池生产表现出如此浓厚的兴趣意味着需要在全球范围内展开极大规模的生产，以发挥规模经济的优势，从而能够满足单位设备或单位电池成本的目标，以及满足预计的需求。 通过大规模精益生产和对总拥有成本的良好理解推动规模经济，在这两个方面，大型硅半导体制造商都有着丰富的经验。 相比而言，到目前为止，化合物半导体市场尚没有这种水平的大规模生产要求。
向前发展所面临的主要挑战在于各公司如何将它们在硅设备大规模生产上的经验转移到 III-V 设备的大批量生产，以满足预计的 LED 繁荣的需求。 硅半导体制造商如何设法将他们的大规模生产专门技术转移到 HBLED 化合物半导体设备的大批量生产上，以及为了确保成功需要根据大批量生产的需要采用和扩充哪些方面的制造知识，应该是非常有趣的话题。 这一点特别有意思，因为与生产设施有关的专门技术及设备产量高的“传统”硅半导体公司原来喜欢的生产方法不同于 III-V 市场当前采用的以及生产这些专用设备之间的细微差别。
除照明领域外，材料供应商还有其它重大机遇，而化学是创新周期的关键促成因素之一。 随着世界范围内能源供需矛盾的日益加剧，能源解决方案的创新变得非常重要。 对可持续和可再生发电的期望已经使光伏行业成为提供可满足未来能源需要的解决方案的有力竞争者。 然而，降低成本和提高性能都需要在技术改进，材料创新应该能推动设备性能在诸如能源转换效率和模块寿命等关键方面的改善。 而且，光伏发电是周期性的，这使解决现有的供需矛盾问题变得更加严峻。 由于这一问题，有必要具备相应水平的能量储存能力，将活跃时段发的电储存起来，以备不时之需，这也为另一个材料领域创造了机遇。
除了现有公司寻找开拓新的市场外，光伏、照明和能源市场都已经吸引了大量的创业企业和新市场进入者纷纷拥入，都想从中分一杯羹。 这就给化学品提供商和那些其传统擅长领域为半导体的公司带来更多的机遇。
结论
尽管2009 年全球经济不景气，至少对半导体行业而言，长期的前景仍然看好。 化学领域的开发工作仍在继续，这将为推出下一代电子产品打下基础。 随着设备尺寸越来越小，而性能和功能越来越佳，化学工业在电子产品革命中仍然起着举足轻重的作用，行业衰退的可能性极小。 而且，随着对能源和环境关注度的提高，电子产品制造商面临的重大商机将继续涌现，可以扩大到新的领域。 由于各公司寻求分摊开发成本和推出创新的解决方案，整个供应链的协作水平将继续提高。 此外，对拥有成本 (CoO) 的关注也将在整个电子行业发挥着日益重要的作用，并且这种关注度将来肯定会加强。 在这种新的模式中，机遇大量存在，通过进一步关注多学科协作和化工领域，继续推动创新，创造美好的未来。
