半導(dǎo)體行業(yè)展現(xiàn)出令人驚嘆的力量，其核心驅(qū)動(dòng)力就是設(shè)備創(chuàng)新。在當(dāng)今充滿激烈競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)環(huán)境中，創(chuàng)新成為保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的不可或缺的關(guān)鍵要素。

● 半導(dǎo)體行業(yè)的創(chuàng)新

在介紹半導(dǎo)體器件創(chuàng)新的本質(zhì)前，先解構(gòu)一些關(guān)于創(chuàng)新的誤解。

半導(dǎo)體器件創(chuàng)新并沒(méi)有神秘之處。創(chuàng)新不是什么突如其來(lái)的神奇時(shí)刻。千百年來(lái)，人們普遍認(rèn)為創(chuàng)新如同閃電一樣的輝煌，似乎是無(wú)法掌控的自然現(xiàn)象。然而，這是一個(gè)誤解，因?yàn)閯?chuàng)新不是等待奇跡的結(jié)果，而是一個(gè)有序的、結(jié)構(gòu)化的過(guò)程。它需要積極的探索、不斷的優(yōu)化和持續(xù)的努力。

創(chuàng)新不是只屬于少數(shù)幸運(yùn)者的特權(quán)，也不是一次性的事件。創(chuàng)新并不是靠等待靈感的涌現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與其他領(lǐng)域的創(chuàng)新一樣，半導(dǎo)體器件的成功是協(xié)同優(yōu)化的結(jié)果。包括了材料的選擇、器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及電性能的調(diào)整。

在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，創(chuàng)新的核心是一個(gè)持續(xù)循環(huán)的過(guò)程，涵蓋了材料、器件結(jié)構(gòu)和電性能的協(xié)同優(yōu)化。從選擇可能的材料開(kāi)始，然后不斷優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，最終調(diào)整電性能以滿足產(chǎn)品的性能、可制造性和成本標(biāo)準(zhǔn)。

舉例來(lái)說(shuō)，您可以在晶圓上創(chuàng)造一種原生氧化物器件，或者在兩種內(nèi)存狀態(tài)之間切換。但關(guān)鍵問(wèn)題是，這些創(chuàng)新是否足夠可靠，能夠在其產(chǎn)品壽命內(nèi)滿足各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)（KPI）。這需要不斷循環(huán)的協(xié)同優(yōu)化方法，持續(xù)改進(jìn)，直到滿足所有設(shè)備的要求。

半導(dǎo)體行業(yè)一直以來(lái)都是一個(gè)技術(shù)不斷進(jìn)步的領(lǐng)域，技術(shù)的發(fā)展路徑是復(fù)雜而令人興奮的。創(chuàng)新從驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序的軟件和系統(tǒng)架構(gòu)開(kāi)始，然后逐步推動(dòng)芯片架構(gòu)、設(shè)備和材料的發(fā)展。成功的設(shè)備創(chuàng)新需要深刻理解驅(qū)動(dòng)設(shè)備行為的關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)包括新興邏輯和存儲(chǔ)器設(shè)備的共同優(yōu)化和改進(jìn)。這些前沿參數(shù)的示例列在表1中，它們是推動(dòng)設(shè)備創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力。

● 半導(dǎo)體行業(yè)的創(chuàng)新——案例

接下來(lái)，讓我們回顧一個(gè)實(shí)際案例，以更好地闡明協(xié)同優(yōu)化方法如何實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）。幾年前，一家領(lǐng)先的存儲(chǔ)器制造商聯(lián)系了Intermolecular，尋找一種選擇器設(shè)備，能夠在表1中列出的多項(xiàng)參數(shù)上達(dá)到同類最佳性能。這個(gè)設(shè)備被稱為Ovonic閾值開(kāi)關(guān)（OTS）二極管，其材料系統(tǒng)包括多種硫族化合物元素。尤其是在泄漏（I OFF）和熱穩(wěn)定性之間找到平衡成為挑戰(zhàn)的核心。

技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過(guò)考慮基于配位數(shù)和電帶隙的材料系統(tǒng)、管理電合規(guī)性、利用器件結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)特性、理解底層機(jī)制等多個(gè)方面，進(jìn)行了協(xié)同優(yōu)化。他們還利用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)處理大量多樣的數(shù)據(jù)集。

經(jīng)過(guò)3年的努力，多元材料系統(tǒng)的設(shè)備性能得到了顯著提升，不僅解決了器件級(jí)KPI（如泄漏和熱穩(wěn)定性），還改進(jìn)了芯片物理設(shè)計(jì)參數(shù)（如閾值電壓漂移）。

從系統(tǒng)到芯片設(shè)計(jì)再到設(shè)備和材料：這就是信息的完整鏈條。

以器件創(chuàng)新為核心，當(dāng)今的技術(shù)開(kāi)發(fā)側(cè)重于新興方法，將器件和材料技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化進(jìn)一步擴(kuò)展到更高的層次。這些前沿技術(shù)開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略包括設(shè)計(jì)相互依賴性，即DTCO（設(shè)計(jì) - 技術(shù)協(xié)同優(yōu)化），還有一些甚至將優(yōu)化擴(kuò)展到產(chǎn)品和系統(tǒng)級(jí)別的關(guān)注，例如STCO（系統(tǒng) - 技術(shù)協(xié)同優(yōu)化）。以下是我們的主要領(lǐng)先客戶強(qiáng)調(diào)的關(guān)鍵領(lǐng)域。臺(tái)積電在每個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)上持續(xù)增強(qiáng)的DTCO貢獻(xiàn)，這不同于傳統(tǒng)的擴(kuò)展，并不僅僅與芯片設(shè)計(jì)有關(guān)。

當(dāng)技術(shù)優(yōu)化的整體方法包括芯片設(shè)計(jì)、封裝和產(chǎn)品級(jí)相互依賴性時(shí)，產(chǎn)品、設(shè)計(jì)、封裝、工藝和器件相互依賴性的整體方法，以提高研發(fā)效率和價(jià)值創(chuàng)造

半導(dǎo)體器件：蓬勃發(fā)展和突破無(wú)限

預(yù)計(jì)到2030年，全球半導(dǎo)體行業(yè)的收入將增長(zhǎng)至1萬(wàn)億美元，這將是當(dāng)前的兩倍。這一壯麗成就將歸功于設(shè)備和材料創(chuàng)新的不斷推動(dòng)。電子行業(yè)路線圖強(qiáng)調(diào)了這一豐富前景和半導(dǎo)體器件的光明未來(lái)。因此，不要停止思考未來(lái)，從現(xiàn)在開(kāi)始永遠(yuǎn)成為設(shè)備創(chuàng)新的倡導(dǎo)者。我們每個(gè)人都將成為這一令人難以置信的進(jìn)步的貢獻(xiàn)者，無(wú)論是作為創(chuàng)新者、制造者，還是半導(dǎo)體器件的用戶。

編輯：黃飛