前言

TRIZ (Theory of Inventive Problem Solving，發明問題的解決理論)自1968年問世以來，迄今(2014)已有46年了，若以當今全球前1000大企業對TRIZ方法論的普遍肯定來看，其增益創新研發能力之優異，加強技術演進擴散之速度，筆者相信TRIZ已經位居一代顯學之地位，國內產業各界人士理應有目共睹才是。

儘管如此，似乎有不少人對於TRIZ方法論的產業應用範圍究竟有多廣泛，仍然懷有疑慮，理由是TRIZ的發明人Altshuller先生，是以機械和土木工程的專利資料庫歸納出此一方法論，這對精於電子與電機技術類別的國內產業界來說，是否也能援引使用呢? 筆者的答覆是「當然可以!」。就以南韓為例，三星電子、現代汽車與浦項鋼鐵等企業單位都曾大力推展TRIZ方法論，並獲得大量的創新成果、專利及財務效益。不僅如此，近年來，各國研究TRIZ的學者在國際間發表的學術論文，也嘗試在不同的產業領域中發展專用的工程參數與矛盾矩陣，將40個發明原則轉換或擴充，並應用至特定的應用領域，藉以增強其教育、化工、電機、醫學工程、觀光、金融與行銷等行業的競爭力。

因此，基於現實環境之需求，筆者願貢獻多年研究TRIZ的心得，著文闡述我國高科技產業如何引用TRIZ方法論之精義。只因我生也晚，筆者只能以逆向工程的方式來推論TRIZ方法論對應半導體製程技術的實用案例，同時，為簡化論述起見，筆者省略了工程參數與矛盾矩陣的命題過程，直接以TRIZ的40個發明原則來對應半導體製程技術之獲證專利實例，特為高科技產業背景的讀者們分享與解析筆者研讀TRIZ方法論所得之精華內容。

發明原則1:分割(Segmentation) 

發明原則「分割」通常具有下列之涵義，

• 將物體區分成複數個獨立部分
• 將物體區分為區段、區塊或模組化(使其容易組裝與拆卸)
• 增加物體可分割的程度

首先，筆者要提示一基礎專利之案例如下，專利名稱為“Prenucleation process for SIMOX device fabrication (製造SIMOX元件的預成核製程)”，專利號碼為US5288650。本案是為CMOS元件製程的首要步驟，絕緣層覆矽(silicon-on-insulator，SOI)，提供一極具效益的方法，亦即是目前半導體業界所熟知的氧離子植入矽晶隔離法(Separation by implanted oxygen，SIMOX)。

如圖一所示，該案例敘述一矽晶片12，在經過氧離子植入製程之後，於矽晶片內部產生一薄層之氧化矽絕緣層10，該氧化矽絕緣層10將矽晶片「分割」為上層14與下層16二部分，該上層矽晶片14即為建構半導體元件之基材(Substrate)部分，標號18與20分別為氧化矽絕緣層10與上下層矽晶片之異質結構接面(Hetero structure junction)。

圖一、製造SIMOX元件的預成核製程

資料來源：USPTO，5288650號專利

然後，為了補救氧離子植入製程對上層矽晶片晶格之破壞，該矽晶片必須進行高溫退火(Annealing)製程以修補矽晶片的晶格排列狀態，並使植入的氧離子和矽原子產生化學反應，形成大量的二氧化矽結晶核，其目的是為了防止Latch-Up 現象、降低寄生電容、抑制漏電流、減少消耗功率、提升元件操作速度等功能。如圖二所示，當退火溫度為750℃時，其二氧化矽的成核速率可達最大值，約為1x107 /cm3•sec。

圖二、製造SIMOX元件的預成核製程

資料來源：USPTO，5288650號專利

發明原則2:分離，萃取(Separation，Extraction)

發明原則「分離，萃取」通常具有下列之涵義：

• 從一物體中提煉、移除、分離出不想要(有害)的部分或屬性
• 從一物體中提煉、抽取、分離出想要(有利)的部分或屬性

其次，筆者要舉出另一基礎專利如下，專利名稱為“Method of selectively etching titanium-containing materials on a semiconductor wafer using remote plasma generation (利用遠程電漿對半導體晶片含鈦材料進行選擇性蝕刻的方法)”，專利號碼為US5326427。

在所有的半導體製程技術當中，筆者認為「蝕刻製程」是最能呼應發明原則「分離」的涵義了，相信工程師們亦會有同感。

如圖三所示，該案例敘述一半導體元件經過電漿蝕刻之後形成的通道110，上部為絕緣層102，其下為含鈦材料的抗反射層112，其次為鋁導線層104，再其次為絕緣層106。標號108為蝕刻過程中產生的聚合物圍籬(Polymer fence)，該聚合物圍籬附著於通道周圍，標號120則為附著於通道底部的含鈦材料，其往往會造成之後填充的金屬插栓(Plug)與鋁導線層104之間電性接觸不良的問題，故應再次進行蝕刻製程以便「分離」出該含鈦材料120。

圖三、利用遠程電漿對半導體晶片含鈦材料進行選擇性蝕刻的方法

資料來源：USPTO，5326427號專利

如圖四所示，該圖表示以氟離子電漿116進行移除含鈦材料120的蝕刻製程，標號114為蝕刻過程中鋁導線層104的曝出部分，同時也造成絕緣層102變薄(102)，並產生新的含鋁聚合物(aluminum-containing polymer) 108，以利於進行後續的鎢插栓(tungsten plug)製程。基本上，本案例是以含鋁聚合物取代含鈦聚合物來改善電路可靠性的方法，因此也符合「置換法」的概念。

圖四、利用遠程電漿對半導體晶片含鈦材料進行選擇性蝕刻的方法

資料來源：USPTO，5326427號專利

在後續的系列專文中，筆者將繼續為各位讀者們介紹以半導體製程技術之專利文獻，對應TRIZ的40個發明原則之實例，請大家拭目以待。

作者： 胡竹林 現任： 北美智權教育訓練處 資深研發創新顧問 經歷： 高通顯示器 微機電顯示器資深經理 華晶科技 工程部經理 友達光電 資深工程師 加州大學洛杉磯分校 電機研究所碩士

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