在进入半导体材料领域之后,有着353年历史的默克开始加快他们对中国市场的渗透。这家德国公司证明了中国半导体产业的蓬勃发展所带来的机遇正在吸引全球相关产业的资源。


不过,默克作为一家半导体材料公司的历程是从2014年收购AZ Electronic Materials(安智)才开始迅速起步的,其后该公司化工材料部门一直在进行转型,将其整体业务重点转向电子产业,尤其是半导体制造领域。2019年,默克全资收购了Versum Materials和Intermolecular两家半导体材料公司,进一步丰富了其在半导体领域的材料产品组合,完成向整合性、全产业链半导体材料供应商的转型。现在,默克需要在中国进一步兑现其宣称的“世界上几乎每颗芯片都将使用我们的一种产品或服务。”


这不是一件容易的事情,Entegris、杜邦、JSR、CMC、TOK、Shin-Etsu、Air Liquide、Nissan/Brewer、DONGJIN、Tri Chemical Laboratories......在半导体材料领域,默克面临很多老牌公司的竞争,但默克半导体材料事业部全球负责人Anand Nambiar表示,他们是半导体制造产业生态系统中唯一一家参与所有7大晶圆加工关键前道和后道工序操作的材料解决方案公司,包括掺杂、图形化、沉积、平坦化、蚀刻和清洁,以及后期封装


随着芯片设计复杂度的增加,后摩尔定律推动半导体工艺升级,材料创新将成为下一个十年中半导体制造业持续进步和开发生产下一代电子设备的关键推动因素。就创新而言,大家都处在一些新的技术节点上。为了满足一系列技术和应用的新要求,构建芯片可能需要100多层材料,材料创新涉及不同方向和学科的专业知识。例如,在面临金属化决策和挑战时,图案转换、3D缩放或原子集成等许多方面都需要改进。要考虑这是硬掩模挑战还是干蚀刻优化?表面处理工艺是否正确,或者沉积工艺是否应优化?


再以EUV为例,该技术是整个半导体行业的巨大推手,也是晶圆步进机领域的一个重要阶段。涉及的专用技术就包括EUV冲洗、EUV底层、EUV专用金属氧化物前体、定向自组装(DSA)技术。


Nambiar认为,半导体制造领域的创新未来将越来越多地在基于材料科技的原子级超精密工艺领域实现。随着摩尔定律的不断发展,默克未来的材料创新方向一个是围绕存储、逻辑芯片结构、以及封装领域的3D结构化趋势,另一个是“自下而上的方法”,即通过在材料和工艺中构建“智能”,如该公司的材料定向自主装(DSA)技术,以此来节省时间和成本,降低复杂性。


这种方法推动并建立在自动化和数字化的基础上。


过去10年,由于材料相互作用影响先进技术节点中的设备产量,行业面临的挑战需要新的方法。随着该行业产能的不断扩大,设备制造商和材料供应商对以可持续的方式解决这一挑战的紧迫感日益增强。利用机器学习模型与全产业链整体数据集相结合——包括原材料、过程参数、已完成的良率分析证书参数和相关的晶圆厂数据——被视为一种主动识别材料与设备、晶圆加工过程相互作用的方法。


通过实际操作,默克正试图努力破解关键原材料和过程中参数对晶圆厂生产工艺的影响。这一方法也使他们能够以可持续的方式主动推动材料质量改进,并凸显了材料供应链全面数字化的必要性。意识到紧迫性,默克正在为尝试为其旗下全球主要的半导体材料工厂制定一个为期3年的自动化和数字化路线图。希望可以利用更大的数据生态系统,快速解决现有和新材料质量的挑战,也以此推动材料创新在半导体制造领域未来发挥更大的推动作用。


自下而上的方法也有利于整合。由于每个制造步骤都非常不同,并且使用不同的技术场景进行操作,参与者有不同的商业模式,进行整合非常重要。默克正试图通过跨越多个步骤来填补这一空白,目前正在对几个用例进行内部实验,并对其进行验证,希望在制造周期的不同阶段整合材料、工艺、堆栈和设备的一系列技术。


为了实现创新目标,在研发上,默克每年在电子行业研发投入超过2.5亿欧元。现在,他们开始在中国建设新的支点。默克意识到,今天的中国已经处于全球数字大趋势的前沿。在几乎所有的核心数字技术领域,从5G、虚拟现实、自动驾驶汽车、3D打印到机器人、无人机和人工智能都在稳步发展,并已成为世界第一或前三。


“中国消费了全球约一半的芯片,但制造量不足20%。中国正在大力投资建设半导体工厂。我们相信,中国半导体行业的黄金十年刚刚开始。” Nambiar说道,“根据SEMI数据,中国已成为世界上增长最快的半导体材料市场——2020年为9.2%,预计2021年为12%。”


默克注意到中国在第十四个五年计划中首次出现一整章关于数字化的内容,即第五章——加快数字发展,建设数字中国”,根据该计划,中国的目标是建设一个更加数字化和创新驱动的经济体。截止2020年,默克在中国的员工有4200多,销售额达到25.3亿欧元,较2019年增长超过10%,成为仅次于美国的全球第二大市场。从默克电子科技业务看,其中国员工超过500名,其中约200名来自原慧瞻材料。目前,默克在中国建立了3个显示和半导体材料基地——上海金桥的液晶工厂、上海外高桥的交付设备工厂和仓库、苏州的光刻胶工厂。


截至去年,中国是默克电子科技业务全球最大的销售市场,约占全球销售额的1/4。其显示材料全球销售中约有一半来自中国市场。同时,半导体材料已成为默克在中国发展最快的业务之一,目前在中国为约100家芯片制造商提供150多种产品,涵盖晶圆制造的每一个环节。


与之对应的是持续的投资。过去十年中,默克中国电子行业的投资额为1.3亿欧元,约合10亿元人民币。最近的一个投资是去年底宣布的,在上海金桥枢纽建设一个电子技术中心,投资额为1.4亿元人民币。这将是默克公司在全球范围内最新、产品覆盖最全的电子材料实验室。该中心将拥有全方位的电子材料分析、测试和采样能力,并将重点关注各类半导体材料和有机级发光二极管(OLED)材料。


此外,默克在中国设立了种子基金,规模1亿元人民币。该基金属于企业内部风投机构,主要面向电子科技、生命科学和医药健康三个领域。在电子科技领域,种子基金重点关注脑神经计算、先进封装技术,新一代OLED显示材料以及未来存储技术。


在上海建立默克电子科技中国中心,是默克在中国建立的重要支点,和全球支点形成呼应,这些支点各有侧重,包括:德国达姆施塔特总部的电子应用研究中心、圣何塞的原子工程卓越中心(进行薄膜应用研发与分子间技术相结合的研究,实现下一代设备新材料测试和沉积的无缝集成)、亚利桑那州Tempe的研发中心(半导体材料生产方面的研发)、日本静冈(下一代电子产品前沿半导体和显示材料的创新)、韩国Pyeongtaek技术中心(开发下一代半导体材料)、中国台湾高雄(沉积材料研发)。


Nambiar相信中国半导体产业刚刚进入爆发期,并着手推行“智慧化本土策略”,希望实现其成为中国最本地化的全球领军企业的目标,并期待在这一过程中可以发挥出重要的作用。