IC发明60周年 异质整合将是下一波半导体发展的关键技术

　　资讯爆炸的速度非常惊人，2015年Twitter每分钟有10万条讯息，到2018年时，已经暴增到50万条。Youtube上面的每分钟浏览量，2015年为130万，2018年已来到430万。

　　短短三年，三、四倍以上的资讯暴增量，说明资讯的装置或载体必须大幅跟上，否则势必无法满足由下而上的需求成长。

　　今年是集成电路(IC)发明60周年，过去60年来，装载着IC的电脑、笔电、手机与网路，让资讯运算能力大幅提升，也大大改变了人类的生活模式。人类生活模式的改变，特别是沟通与接收讯息方式，又进一步迫使IC运算能力必须相对提升。

　　集成电路的发展速度飞快，20多年前，一颗IC的尺寸是1微米，几乎是现今的100倍，储存容量相差达万倍以上。过去，一台电脑几乎要一个房间才能容纳得下，如今，一支小小手机上的芯片功能就已超越过去电脑的运算能力。

　　虽然每隔1～1.5年，半导体芯片功能可强大两倍的摩尔定律，在未来十年内仍然有效，不过，也有很多人担心尽头即将到来。当传统硅芯片透过曝光、显影等制程技术而来到极限时，下一步，人类该如何让半导体芯片功能继续强大呢?

　　透过异质整合技术的非传统芯片，成了市场开始思考的解决出路。异质整合，指的是将不同芯片透过封装或其他技术放在一起，使芯片功能更强大。例如，过去存储器与中央处理器的芯片是分开的，如今，两者整合已成为趋势。不仅如此，包括把传感器与非硅材如LED或通讯芯片等结合在一起，也是现在半导体产业的热门方向。

　　早在十年前，工研院就已经投入相关领域的研发，包括3D IC、晶圆级封装技术、硅光子技术(Silicon Phonotics)、微发光二极体(Micro LED)等，都是半导体异质整合的应用案例。

　　简单来说，异质整合技术是希望将各种不同功能的IC芯片，借由封装技术或半导体制程，再整合至另外一个硅晶圆、玻璃或其他半导体材料上面。

　　一般说来，异质整合具备两大优势：第一，在进行IC设计时，不需要把所有功能设计在同一个芯片上，可以提高设计开发的效率;第二，突破硅的物理限制，更能将硅应用到各种不同领域。

　　工研院目前正在进行中的硅光子计划，便属于典型异质整合例子。由于硅不适合处理光讯号，所以光纤通讯里面有很多不是使用硅的半导体，而是砷化镓等材料，这导致硅芯片必须再串连、转换出去，才能与光纤网路桥接，消耗的电能与运算容量自不在话下。

　　硅光子计划就是想办法让本来在砷化镓上面做的东西，能够直接在硅的平台上整合，最后可实现用电来控制光，如此就能降低光纤通讯半导体的制作成本、加快设计速度。

　　很明显的，异质整合将是下一波半导体发展的关键技术，包括美国、日本、中国大陆等都相继投入此领域。

　　过去，台湾半导体产业具备两大优势，一是上下游供应链完整，二是半导体人才众多。然而，面对传统芯片的制程极限，台湾业者必须力求创新突破，才能持续在未来半导体市场上保有竞争优势。

　　特别是人工智能、自动驾驶、5G等新兴科技正驱动资讯处理量持续成长，台湾半导体产业唯有掌握下世代半导体异质整合新技术，才能让产业成功转型升级并再创高峰。

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