半導(dǎo)體技術(shù)微縮，新材料、材料純度和污染控制扮演重要角色

超過 50 年歷史的半導(dǎo)體材料巨頭 Entegris 近期有兩樁大事，匯聚行業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注，其一是 2019 年 1 月底宣布與電子材料供應(yīng)商 Versum Materials 合并，但隨即遇到德國默克（Merck）高價搶親，其二是與競爭對手之間的Reticle SMIF Pod 光罩傳送盒專利侵權(quán)官司獲勝，而該起官司將影響***大廠 ASML 的關(guān)鍵 EUV 晶圓傳輸盒的競爭版圖。

Entegris 是特殊化學(xué)品和先進材料解決方案供應(yīng)商，主要業(yè)務(wù)可分為三大塊：特殊材料化學(xué)品、材料凈化和污染控制、 material handling（晶圓傳輸盒業(yè)務(wù)等）。

在晶圓廠的制程處理中，Entegris 提供的服務(wù)有液體過濾、流體處理、氣體純化、特殊氣體提供、高端清潔溶液、特殊材料等，包括空氣過濾器、用水濾心、化學(xué)機械研磨 ( CMP ) 過濾器、奈米熔噴 ( Nano Melt blown ) 濾芯等，再搭配廠房內(nèi)或是跨廠之間的晶圓運送、進階物質(zhì)處理業(yè)務(wù)，相較于分工精細(xì)的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈，Entegris 可提供高度整合性的服務(wù)，全球主要客戶包括臺積電、三星電子（Samsung Electronics）等。

（來源：Entegris）

牽手 Versum 啟動今年材料界首樁合并案，卻遇到默克搶親

Entegris 自今年開春以來，有兩樁極度吸睛的新聞。首先是 2019 年 1 月底與 Versum Materials 的合并案，合并后 Entegris 占五席董事、Versum 占四席董事，Versum 主要業(yè)務(wù)是生產(chǎn)半導(dǎo)體的化學(xué)、氣體及輸送系統(tǒng)，兩家公司的前三大客戶均為臺積電、英特爾、三星電子。

不過，Entegris 和 Versum 合并的消息揭露后，又傳出德國默克 Merck 出手高價搶親，向 Versum 提出 59 億美元的現(xiàn)金收購要約，看起來 Versum 是傾向于與 Entegris 進行合并，但默克對于 Versum 股東提出的高價誘惑，也讓半導(dǎo)體材料市場的熱度大幅升高。

第二樁吸睛事件，是 Entegris 在晶圓盒傳輸業(yè)務(wù)上，與主要競爭對手***的家登精密之間長達(dá)數(shù)年的專利侵權(quán)訴訟，日前獲判勝訴，家登必須賠償 Entegris 超過 3,000 萬美元。

這樁看似單純的Reticle SMIF Pod 光罩傳送盒專利訴訟事件，背后隱含 ASML 大廠 EUV 晶圓傳輸盒的市場動態(tài)和競爭商機。隨著 EUV 技術(shù)開始導(dǎo)入半導(dǎo)體大廠 7 納米工藝，目前全球僅 Entegris 和家登二兩家供應(yīng)商可以供給 ASML 有關(guān) EUV 晶圓傳輸盒這樣產(chǎn)品，這項專利侵權(quán)的判定，未來將牽動該市場變化。

半導(dǎo)體技術(shù)微縮，新材料、材料純度和污染控制扮演重要角色

在摩爾定律奉為圭臬的時代，所有人都齊力一心專注于晶體管尺寸的縮小，現(xiàn)今的半導(dǎo)體大廠已經(jīng)開始量產(chǎn) 7 nm 工藝，接著要實現(xiàn) 5nm 工藝的量產(chǎn)。

然而，真正讓芯片效能提升的關(guān)鍵，并非只是晶體管越做越小，也可以用 3D 制程取代 2D，或是導(dǎo)入新材料來提升性能，像是 1997 年 IBM 在半導(dǎo)體制程中以“銅”取代“鋁”，現(xiàn)今的半導(dǎo)體也正式迎接“鈷”的登場，未來新材料將扮演更為重要角色。

除了制程微縮、新技術(shù)、新材料的問世，要提升芯片功能還有另一個法門，就是極度嚴(yán)格控制材料的純度和制程的污染雜質(zhì)。

舉例而言，28nm 最小的粒子（partical）是 15nm，但到了 7nm 工藝，最小 partical 要求是 3nm，且數(shù)量不能超過雙位數(shù)，3nm 制程的 partical 不能超過 10 多個，簡而言之，從 28nm 微縮至 7nm，制程工藝對于潔凈度的要求增加 100 倍，不純物的大小要減少 4 倍的程度。

再者，從金屬含量來看，28nm 的金屬含量不能超過 ppb（parts-per-billion），而 7nm 的要求是 ppq（parts-per-quadrillion)，ppq 是 ppb 的百萬分之一，可以看出半導(dǎo)體制程越往下微縮，對污染控制的嚴(yán)格程度越高。

材料的純度也是一個關(guān)鍵，除了既有材料純化度的要求越來越高，因應(yīng) partical control 要求更為嚴(yán)格，很多新材料、新化學(xué)配方、凈化和過濾技術(shù)等都要不斷提升，例如以前都是用物理方式過濾，現(xiàn)在是采取物理加上化學(xué)的方法。

半導(dǎo)體良率與凈利緊密相連，未來汽車電子要求更為嚴(yán)苛

Entegris 市場戰(zhàn)略副總裁楊文革表示，半導(dǎo)體制程純度至關(guān)重要，純度的控制可能提高器件性能、降低功耗、提升芯片良率和可靠度。

那為什么良率的提升對于晶圓廠的營運是如此關(guān)鍵？根據(jù)計算，每提升 1% 良率，對于邏輯晶圓廠可以增加 1.5 億美元的凈利潤，對于 3D NAND 晶圓廠則可增加 1.1 億美元的凈利潤。

Entegris 成立于 1966 年，總部位于美國馬薩諸塞州比爾里卡，全球員工 4,100 名，2017 年營收為 13.4 億美元，2018 年營收成長至 16 億美元，其中邏輯制程相關(guān)業(yè)務(wù)占 67％、DRAM 占 12％ 、NAND 占 21％，目前在污染物控制、關(guān)鍵材料處理、先進制程材料等領(lǐng)域都處于行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。

圖|Entegris 市場戰(zhàn)略副總裁楊文革（來源：Entegris）

楊文革分析，未來驅(qū)動半導(dǎo)體行業(yè)快速發(fā)展的兩大應(yīng)用是工業(yè)和汽車，在汽車半導(dǎo)體方面，無論是自動駕駛、電動車都需要大量半導(dǎo)體器件，回想 4 、 5 年前，一臺汽車只需要幾百顆芯片，現(xiàn)在高端汽車已經(jīng)內(nèi)涵 5,000 顆芯片，預(yù)計 10 年后的全自動駕駛時代，一臺汽車當(dāng)中的半導(dǎo)體元件約占成本 50%。

當(dāng)一臺汽車的芯片比重巨幅攀升，問題也隨之而來。汽車中的芯片數(shù)量大增，很多性能的提升需要通過芯片來決定和執(zhí)行，因此，汽車的可靠度也大幅依賴芯片，必須做到零失誤，這點和計算機、手機不一樣。有人會問飛機不也是內(nèi)含大量的芯片？飛機的安全考量度也同樣嚴(yán)苛，很多關(guān)鍵系統(tǒng)都有備用，但對于成本敏感度較低，而汽車不一樣，畢竟是大眾化產(chǎn)品，必須把成本和性能做一致性考量。

在汽車半導(dǎo)體中，為了確保芯片的品質(zhì)，很多過往不會產(chǎn)生影響的半導(dǎo)體缺陷（defect）、雜質(zhì)、污染源要采取“先發(fā)制人”的策略，很多潛伏的 defect 可能要經(jīng)過反覆的高低溫、多次開關(guān)測試后，才會逐漸顯露出來，導(dǎo)致性能有異。

因此，徹底解決的方式是把很小，甚至是不影響功能，但會影響可靠度的 defect 先行過濾到，采用最高標(biāo)準(zhǔn)的方式執(zhí)行和把關(guān)。

現(xiàn)在很多汽車芯片的晶圓廠都很老舊，像是大量使用的感測器，這類芯片其實不需要高端工藝。因此，汽車芯片的晶圓廠有個很大問題，就是老舊、 defect control 的標(biāo)準(zhǔn)都處于 10 年、20 年前的水平，即使以嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來解決 defect 問題，也無法把問題全數(shù)找出來，因此，很多晶圓廠必須快速執(zhí)行 defect control 升級工程。

根據(jù)國際半導(dǎo)體協(xié)會 SEMI 統(tǒng)計，2017 年到 2020 年將有 26 座新晶圓廠投產(chǎn)，其中將近一半為中國晶圓廠。國際市調(diào)機構(gòu) IC Insights 統(tǒng)計也指出，2019 年全球?qū)⒂?9 座 12 寸晶圓廠啟動，其中 5 座是國內(nèi)晶圓廠。

為了掌握國內(nèi)半導(dǎo)體大量蓋新廠的商機，Entegris 也積極執(zhí)行本地化策略，包括在上海建立首座技術(shù)中心，預(yù)計年中投入使用。

再者，絕大多數(shù)晶圓廠采用的高端氣體、液體都是仰賴國外進口，當(dāng)中的電子氣體是非常重要的一種電子材料，Entegris 為了執(zhí)行本地化，也與福建博純材料合建新工廠生產(chǎn)特殊氣體耗材。

通過與博純的合作，Entegris 也成為全球首家在中國本地化生產(chǎn)特殊氣體產(chǎn)品的國際材料公司。當(dāng)半導(dǎo)體進入高端制程，特殊氣體所需要的純度，相當(dāng)于 5,000 升的水中，不能有 1 滴水的雜質(zhì)，且特殊氣體的濃度更牽涉到人命安全，因此，在特殊氣體上品質(zhì)控管、采集方式、存儲運輸?shù)?，都要非常小心?/p>