并非所有的半导体创新都发生在前沿

9月8日,应用材料将举办188金宝搏备用网址第三届硕士班该活动将聚焦于公司的两个关键增长领域:ICAPS、异质设计和先进包装。在这篇博客中,我将通过解释Applied成立这个业务小组的原因来预览ICAPS部分,并给出两个需要创新的例子,以推动在功率、性能、领域、成本和上市时间(PPACt)方面的改进)ICAPS设备的性能。

2019年,Applied成立了ICAPS,这是一个横向业务部门,利用Applied的所有技术,专注于具有独特技术要求的特定垂直市场。毅联汇业代表不,C沟通,一个自动动机,P奥威尔和年代恩索。随着我们使用的产品以及我们周围的世界每年都在变得越来越智能,它们对硅元素的需求也在增加,而其中大部分都不是尖端的逻辑和内存。我们看到,用于农场、工厂、办公室和家庭的物联网设备正在快速增长。其中包括射频通信硅、功率器件、CMOS图像传感器、MEMS器件和模数转换器等ICAPS内容。这些器件中的许多仍然是建立在150mm和200mm晶圆上,平面逻辑器件,如28nm soc,能够满足广泛的嵌入式计算工作负载。业内仍在谈论“落后节点”和“遗留节点”,但这些术语错过了ICAPS市场正在发生的创新复兴。

随着世界变得越来越数字化,ICAPS设备扮演着越来越重要的角色。如果说高级逻辑和内存就像计算系统的大脑,那么ICAPS设备就像是眼睛、耳朵、鼻子和皮肤,每一个都是数字世界中生命所必需的。

最重要的是,ICAPS市场需要材料工程,以便我们每年都能拥有更好、更强大的数字设备。让我们探讨影响智能手机和汽车设计未来的两个用例。

CMOS图像传感器需要材料工程来继续缩放

CMOS图像传感器(CIS)阵列使当今智能手机和智能汽车中的多摄像头成为可能。在节点之间制造45nm和90nm在美国,它们被排列成数百万个独立的光敏像素,每组3个,蓝色、绿色和红色各一个。如今,每个像素的宽度在1um以下,深度在6-10um范围内,每个像素都与相邻的像素分离(见图1)。

图1:在CIS阵列中,每个像素收集通过滤色器的光线。如果光线照射到当前与像素中的一个硅原子绑定的电子,那么该电子就会被释放,并到达像素的底部,在那里它被记录为光信号。

实现更高CMOS图像传感器分辨率的常规方法是使用平面缩放过程,该过程减小特征尺寸并允许将更多像素压缩到给定区域中。这种制造方法的一个主要障碍是保持足够高的动态范围。这是指能够同时捕获非常弱的光线和明亮的光线,这变得更加困难,因为较小的像素容易饱和,从而导致图像伪影。

为了在接下来的几个工艺节点中继续实现二维像素缩放,智能手机相机设计师将需要在材料工程方面进行创新,以实现新的隔离和钝化技术。例如,随着更多的像素共享同一个模区,它们越来越容易受到串扰,从而导致像素噪声和较差的图像质量。需要像素之间的深度隔离沟槽来分离单个信号;然而,随着平面像素缩放的进展,这些隔离沟槽变得更高更薄,创造了极高的纵横比。如今,这些比率在40:1的范围内,但很快就会达到60:1,甚至100:1。

在即将到来的ICAPS主课程中,Applied将介绍提高隔离沟纵横比、改善信噪比和实现持续像素缩放的创新解决方案。

碳化硅:过渡到更大晶圆所需的创新

正如我的同事卢夫·沃恩·埃德蒙兹最近写,汽车电气化正在扰乱全球运输业。这也极大地改变了汽车芯片的数量和种类。今天的电动汽车(EV)所需的半导体含量(按美元计)已经是内燃机汽车的近两倍。到2030年,我们可能会看到,基于对用于支持不同级别的高级驾驶辅助系统(ADA)的芯片的需求,这一数字将再翻一番。

在设备方面,碳化硅(SiC) mosfet预计将在从电动汽车功率分配器和稳压器到电动汽车发动机的高压牵引逆变器模块等各个领域发挥越来越重要的作用。由于其快速的开关速度和高电压和电流处理能力,sic mosfet可以使用更小、更轻的电机驱动系统,这有助于进一步增加电动汽车的续航里程。

为了满足对碳化硅功率器件日益增长的需求,芯片制造商希望加快从150毫米晶圆到200毫米晶圆的过渡,使每个晶圆的芯片产量几乎翻一番。SiC晶圆表面质量和电子迁移率是材料工程的两大挑战。与硅相比,碳化硅本质上更坚硬,自然缺陷可导致器件材料晶格结构的破坏,从而降低电性能、功率效率、可靠性和成品率。SiC晶片作为基底,在其上使用外延生长额外的SiC层。表面质量至关重要,因为晶圆表面的任何缺陷都会通过上层传播,从而影响器件(见图2)。在如此坚硬的材料上创造近乎完美的表面是一个关键的挑战,但Applied正在开发先进的材料工程解决方案,以优化用于生产的原SiC晶片。

图2:在SiC器件中,电子迁移率被来自衬底的晶体缺陷所降低。

此外,将碳化硅材料转变为功能性功率器件还需要注入离子,使电流能够按照设计者的意愿流动。在这里,SiC材料的硬度和对晶格完整性的需求也对硅片中使用的方法提出了挑战:离子注入和扩散。新的解决方案将在大师班上详细介绍。

正如这两个用例所说明的,ICAPS市场都是关于材料工程方面的新创新。凭借在所有节点和晶圆尺寸上的数十年经验,Applied在帮助ICAPS客户加速其市场创新方面处于独特地位。应用计划通过将单元流程领导力与协同优化和集成解决方案相结合,使其客户受益。

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