并非所有的半导体创新都发生在前沿

9月8日，应用材料公司将举办第三届大师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™)。

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。毅联汇业代表我不,C沟通,一个utomotive,P电源和年代恩索。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设备就像眼睛、耳朵、鼻子和皮肤——在数字世界中，这些都是生命的必需品。

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45 nm和90海里在美国，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)。

实现更高CMOS图像传感器分辨率的传统方法是使用平面缩放过程，减少特征尺寸，并允许在给定区域内压缩更多像素。这种制造方法的一个主要障碍是保持足够高的动态范围。这是指同时捕获非常低的光和明亮的光的能力，这变得更加困难，因为较小的像素容易饱和，可能引入图像伪影。

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 Master Class中，Applied将描述创新的解决方案，以提高隔离沟槽纵横比，提高信噪比，并实现像素的持续缩放。

碳化硅:过渡到更大晶圆所需的创新

正如我的同事Llew Vaughan-Edmunds所说最近写在美国，汽车电气化正在扰乱全球交通运输业。这也极大地改变了汽车芯片的数量和种类。按美元价值计算，如今的电动汽车(ev)所需要的半导体含量几乎是内燃机汽车的两倍。到2030年，基于用于支持不同级别高级驾驶辅助系统(ADAS)的芯片需求，我们可能会看到芯片需求再翻一番。

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SiC功率器件不断增长的需求，芯片制造商希望加速从150mm晶片向200mm晶片的过渡，使每片晶片的晶片输出几乎翻番。两个材料工程的挑战是碳化硅晶圆的表面质量和电子迁移率。与硅相比，SiC本身更坚硬，而自然缺陷会导致器件材料晶格结构的破坏，从而降低电性能、功率效率、可靠性和产量。碳化硅晶片作为基础，利用外延技术在其上生长额外的碳化硅层。表面质量至关重要，因为晶圆片表面的任何缺陷都会传播到上层，影响到器件(见图2)。在如此坚硬的材料上创建一个近乎完美的表面是一个关键的挑战，但应用公司正在开发先进的材料工程解决方案，以优化原始SiC晶圆的生产。

此外，将碳化硅材料转变为功能电源设备还需要注入离子，使电流能够像设计者所希望的那样流动。在这里，SiC材料的硬度和对晶格完整性的需求对硅晶片中使用的方法:离子注入和扩散提出了挑战。新的解决方案将在大师课程中详细介绍。

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。