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AI商機熱 算力需求升 宜特先進封裝異質整合分析服務布局顯效益

  • 吳冠儀台北

宜特科技材料分析工程處協理許如宏(左)與故障分析工程處處長沈士雄(右)指出,半導體新技術必須匹配完善的分析技術,方能確保產品品質與可靠度。DIGITIMES攝
宜特科技材料分析工程處協理許如宏(左)與故障分析工程處處長沈士雄(右)指出,半導體新技術必須匹配完善的分析技術,方能確保產品品質與可靠度。DIGITIMES攝

永遠追求極致效能、微小體積與最低功耗的半導體製造產業,近年來持續精進各種技術,除了微縮製程與化合物半導體兩大重點趨勢外,先進封裝異質整合技術更隨著AI熱潮成為近期市場追逐焦點。不過上述三大技術都必須匹配完善的材料分析(MA)與故障分析(FA)機制,方能確保產品品質與可靠度,在半導體分析已有豐富專業經驗的宜特科技,就提供了可滿足此領域客戶不同需求的各種解決方案。

專業經驗打造新技術 克服新製程分析挑戰

先從微縮製程談起,近兩年AI發展逐漸加速,各類電子設備與場域系統對IC的算力需求越來越高,為滿足市場需求,半導體製造業者大力投入先進製程研發,其中3奈米製程已於2022年底量產,2奈米製程也預計2025年開始量產。微縮製程和高密度元件為半導體的故障分析和材料分析方面帶來各種挑戰,宜特科技故障分析工程處處長沈士雄指出,元件尺寸變小後,內部各種結構會更為細密,失效點也會同樣細小,分析時必須有不同於以往的技術與方式,才能因應挑戰。

新製程帶來新分析技術需求的狀況也發生在異質整合和化合物半導體領域,沈士雄進一步指出,微縮製程、先進封裝異質整合、化合物半導體都會帶來不同於傳統製程的故障形式。傳統製程的故障通常是斷路、短路或漏電等問題,新製程則會出現不同狀況,例如須堆疊不同材料的異質整合先進封裝製程,材料之間不同的擴散、膨脹係數有可能造成機械性壓力,影響整體IC運作,由於使用的材料多元,再加上異質整合的3D IC架構複雜,相較於傳統2D IC只需檢查一層就能找到問題,異質整合3D IC的故障分析必須釐清材料本身性質、製程中的機械壓力、熱效應,還要逐層檢查3D架構,找到失效位置,因此難度相當高。

要克服此挑戰,必須有儀器配備完整的實驗室與豐富的分析專業經驗。以常導致元件失效的熱效應為例,一般會先使用熱像儀找出結構中的聚熱位置,如果仍無法釐清問題所在,就須透過穿透式顯微鏡(TEM),進行更深層微觀的材料分析。不過在分析服務產業,精密儀器只是基本條件,宜特科技材料分析工程處協理許如宏點出,要有精準結果,還需要豐富的分析經驗。

許如宏接著表示,一般而言,手上的資訊越豐富,分析結果就越精準,但機敏性遠高於其他領域的半導體產業,客戶願意提供的細節資訊相當有限,要在此態勢下仍能做出符合客戶期望的分析結果,就需有不同的專業做法。

對於半導體分析服務機制,沈士雄以醫療行為與流程為比喻。一般人不舒服時會先掛號家醫科,該科醫師會先聽診、視診或使用各種儀器做初步檢查,找出病因後再將病人轉診至對應科別,由專科醫師對症治療。宜特的分析服務也是相同作法,沈士雄表示,當產品失效,客戶往往難以判斷故障點何在,此時宜特科技會有單一窗口負責收件,先進行初步診斷再移送至對應的實驗室,在此作法可解決以往必須在各分析流程中不斷試錯,才能找出故障原因的效率不彰問題,大幅縮短產品分析時間。

另外在醫院的醫治前照射X光或超音波時,必須盡可能保持病人身體的完整性,避免檢查儀器影響觀察部位,分析服務也是相同概念。不過隨著半導體製程微細化,不破壞測試的難度越來越高,宜特科技的特殊技術與方式,可先以大範圍定點分析、層層剝除的方式確認問題所在,再視狀況進行有限破壞或非破壞分析,完成絕大多數分析工作,得出精準結果。

彙整多年分析專業 提供一條龍整合性解決方案

除了協助客戶快速釐清產品異常原因,,許如宏指出,產品是整體結構,故障分析與材料分析不僅要各司其職,還需彼此緊密互動連結,才能釐清失效原因。在分析過程中,故障分析主要從機構、電性等較大層面找出問題根因,材料分析則深入分析材料性質,確保材料或元件的品質和性能符合需求。

許如宏接著表示,能夠提供整合性解決方案的背後,必須有高度的專業視野為基礎,他以穿透式電子顯微鏡(TEM)為例,此一顯微鏡雖可深入材料最內部,但結果必然是微觀,此時必須微觀與宏觀兩端結果相互檢視、來回印證,因此材料分析與故障分析也需緊密配合,才能找出真正的故障因素。

為提供客戶最佳整合性解決方案,宜特科技從多處著手,強化團隊能力。首先是持續投資硬體設備,建構完善分析環境,其次是提升團隊人才的質與量,在透過積極參與學術研討會、與學研單位進行交流合作等方式培育人才的同時,也吸納業界專家加入團隊。

除了投資硬體、培育人才外,沈士雄提到宜特科技的另一重點布局是善用數據科學。他指出現在數據量越來越龐大,數據分析與處理更為重要。宜特科技利用AI自動量測技術,有效降低人為誤差。自動量測技術與穿透式電子顯微鏡(TEM)整合後,不僅可精準測量晶粒和奈米顆粒的大小、形狀和分佈狀態,還可量測薄膜層的厚度與寬度,藉此持續產出大量的奈米級元件數據,提高製程良率並開創新商機。

放眼未來發展,除了微縮製程、先進封裝異質整合、化合物半導體,還將有更多新技術問世,對此沈士雄指出,宜特科技將以建構完善硬體環境、培育跨域人才、創新分析技術的不變之道,因應快速變化的半導體產業,以專業分析服務,成為客戶競逐市場的最強助力。


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