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太不容易!传感器市场需求呈现两位数强劲增长!

2021-01-14 09:44
21IC电子网
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长期以来,电脑、手机以及一些汽车应用一直是推动半导体器件增长的动力。这些传统市场的发展也在加速催化对各种相关新应用的需求,包括人工智能(AI)、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、机器人技术、医疗传感器以及更先进的汽车电子产品,而以上各种应用的发展又刺激了对各类半导体的需求,包括逻辑芯片、控制IC、图像传感器以及MEMS组件。

电脑、手机或汽车应用都需要各种类型的传感器(例如图像传感器和/或MEMS传感器)来感知周边环境并提供客户需要的核心功能。

在这种情况下,近年来传感器的需求呈现出强劲的两位数增长,这对于成熟市场来说颇为不易。2018年,MEMS和传感器在整个IC市场的占比超过了10%。根据法国市场调研公司Yole Développement的《2020年MEMS行业报告》,到2025年,MEMS器件的出货量预计将从2019年的240多亿翻倍至500多亿。

机遇与挑战并存

传感器,尤其是MEMS器件的市场机遇也面临着制造方面的挑战,具体包括:

  • 晶圆尺寸过渡:目前图像传感器制造使用的是300mm晶圆,而MEMS器件的制造将在不久的将来从小直径晶圆转移至300mm晶圆。所有晶圆制造厂都面临边缘不连续性的问题,而这个问题在晶圆尺寸提升至300mm后会更难解决。

    加工:MEMS和逻辑CMOS的晶圆加工是完全不同的。在加工MEMS晶圆时,器件制造商可能需要用到双面抛光晶圆、带薄膜的空腔晶圆、需特殊传动的临时键合晶圆、单晶圆清洗、结构释放刻蚀和斜面工程技术。

  • 深度反应离子刻蚀(DRIE):MEMS器件生产需要降低斜率、更好的关键尺寸和深度均匀性以及其他与集成和覆盖相关的半关键刻蚀工艺。另外,对未来的MEMS制造来说,提升分辨率和生产率也非常重要。

    等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的特殊要求:MEMS制造对沉积过程中的应力控制有极高的要求并可能需要低温加工技术。

    压电材料:有越来越多的压电材料被用来实现MEMS器件的功能。但对于制造设备来说,这些材料属于具有独特特性和制造要求的新物质。钼(Mo)和铂(Pt)等电极材料可用于避免在压电层极化过程中产生不均匀的电场。

    晶圆尺寸的影响:任何刻蚀都要面临边缘不连续性以及由其导致的边缘反应物、钝化和鞘层梯度。

腔室和晶圆之间的温度差会导致温度的不连续性,这种不连续性又会导致钝化梯度。材料(或化学)的不连续性和反应物梯度会导致化学物质吸附速率出现差异。除温度梯度以外,晶圆边缘反应物消耗量和副产物排放速率的变化也会导致吸附速率发生变化。在晶圆的边缘,从偏置表面到接地或悬浮表面的变化也会导致等离子体壳层弯曲并进而改变离子相对于晶圆的运动轨迹。

任何晶圆的刻蚀都涉及边缘不连续性,而且随着晶圆尺寸提升至300mm,这些问题对良率的影响会更为显著。对300mm晶圆来说,外层8mm边缘的表面积占比可达10%左右,即使是外层2mm边缘也几乎占据晶圆表面积的3%,依然具有不可忽视的影响。

升级MEMS制造的策略

针对MEMS器件制造领域的挑战,泛林集团采用了三管齐下的升级策略:

  • 利用先进技术升级MEMS加工能力,例如深硅刻蚀(DSiE)、PECVD和光刻胶去除技术。

    用各种手段解决客户的高价值挑战,包括投资材料科学研究、减少开发时间、延长设备的生命周期以及更顺利地实现晶圆设备从200mm到300mm的过渡。

  • 提供工具助力客户进行MEMS开发和工艺优化。

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