半导体行业的创新路径

芝能智芯出品

半导体行业展现出令人惊叹的力量，其核心驱动力就是设备创新。在当今充满激烈竞争的企业环境中，创新成为保持竞争优势的不可或缺的关键要素。

● 半导体行业的创新

在介绍半导体器件创新的本质前，先解构一些关于创新的误解。

半导体器件创新并没有神秘之处。创新不是什么突如其来的神奇时刻。千百年来，人们普遍认为创新如同闪电一样的辉煌，似乎是无法掌控的自然现象。然而，这是一个误解，因为创新不是等待奇迹的结果，而是一个有序的、结构化的过程。它需要积极的探索、不断的优化和持续的努力。

创新不是只属于少数幸运者的特权，也不是一次性的事件。创新并不是靠等待灵感的涌现来实现的。与其他领域的创新一样，半导体器件的成功是协同优化的结果。包括了材料的选择、器件结构的优化以及电性能的调整。

在半导体器件领域，创新的核心是一个持续循环的过程，涵盖了材料、器件结构和电性能的协同优化。从选择可能的材料开始，然后不断优化设备结构，最终调整电性能以满足产品的性能、可制造性和成本标准。

举例来说，您可以在晶圆上创造一种原生氧化物器件，或者在两种内存状态之间切换。但关键问题是，这些创新是否足够可靠，能够在其产品寿命内满足各项关键参数指标（KPI）。这需要不断循环的协同优化方法，持续改进，直到满足所有设备的要求。

半导体行业一直以来都是一个技术不断进步的领域，技术的发展路径是复杂而令人兴奋的。创新从驱动应用程序的软件和系统架构开始，然后逐步推动芯片架构、设备和材料的发展。成功的设备创新需要深刻理解驱动设备行为的关键参数，这些参数包括新兴逻辑和存储器设备的共同优化和改进。这些前沿参数的示例列在表1中，它们是推动设备创新的驱动力。

● 半导体行业的创新——案例

接下来，让我们回顾一个实际案例，以更好地阐明协同优化方法如何实现关键性能指标（KPI）。几年前，一家领先的存储器制造商联系了Intermolecular，寻找一种选择器设备，能够在表1中列出的多项参数上达到同类最佳性能。这个设备被称为Ovonic阈值开关（OTS）二极管，其材料系统包括多种硫族化合物元素。尤其是在泄漏（I OFF）和热稳定性之间找到平衡成为挑战的核心。

技术团队通过考虑基于配位数和电带隙的材料系统、管理电合规性、利用器件结构的热传导特性、理解底层机制等多个方面，进行了协同优化。他们还利用机器学习来处理大量多样的数据集。

经过3年的努力，多元材料系统的设备性能得到了显著提升，不仅解决了器件级KPI（如泄漏和热稳定性），还改进了芯片物理设计参数（如阈值电压漂移）。

从系统到芯片设计再到设备和材料：这就是信息的完整链条。

以器件创新为核心，当今的技术开发侧重于新兴方法，将器件和材料技术的协同优化进一步扩展到更高的层次。这些前沿技术开发战略包括设计相互依赖性，即DTCO（设计 - 技术协同优化），还有一些甚至将优化扩展到产品和系统级别的关注，例如STCO（系统 - 技术协同优化）。以下是我们的主要领先客户强调的关键领域。台积电在每个技术节点上持续增强的DTCO贡献，这不同于传统的扩展，并不仅仅与芯片设计有关。

当技术优化的整体方法包括芯片设计、封装和产品级相互依赖性时，产品、设计、封装、工艺和器件相互依赖性的整体方法，以提高研发效率和价值创造

半导体器件：蓬勃发展和突破无限

预计到2030年，全球半导体行业的收入将增长至1万亿美元，这将是当前的两倍。这一壮丽成就将归功于设备和材料创新的不断推动。电子行业路线图强调了这一丰富前景和半导体器件的光明未来。因此，不要停止思考未来，从现在开始永远成为设备创新的倡导者。我们每个人都将成为这一令人难以置信的进步的贡献者，无论是作为创新者、制造者，还是半导体器件的用户。