晶圓鍵合是一種廣泛用于開(kāi)發(fā)和成功生產(chǎn)微機(jī)械傳感器和執(zhí)行器 (MEMS) 的工藝。由于它能夠通過(guò)多個(gè)晶片的精確和牢固附著來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的微納米結(jié)構(gòu)，因此它肯定會(huì)繼續(xù)在下一代集成電路、微系統(tǒng)、納米電子和 MEMS 的設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用。盡管在過(guò)去幾年中，許多供應(yīng)商轉(zhuǎn)向生產(chǎn)更大直徑的基板（200 毫米及以上），但市場(chǎng)對(duì)小直徑鍵合晶圓的需求仍在激增，這仍然是低功耗的有效解決方案。成本設(shè)備。

功率半導(dǎo)體器件的改進(jìn)對(duì)于 NASA 長(zhǎng)期太空計(jì)劃所需的電源應(yīng)用至關(guān)重要，例如“月球到火星”計(jì)劃，該計(jì)劃旨在到 2024 年將人類送上月球表面，并在本十年末建立可持續(xù)探索。IceMOS Technology 正與美國(guó)國(guó)家航空航天局 (NASA) 戈達(dá)德太空飛行中心 (GSFC) 合作開(kāi)發(fā)使能技術(shù)，通過(guò)改進(jìn)高壓功率晶體管輻射硬度，加速航天器電源系統(tǒng)效率的重大進(jìn)步。具有成本效益的大批量制造工藝。IceMOS 功率晶體管將采用碳化硅工程漏極，以利用寬帶隙 (WBG) 材料的低導(dǎo)通電阻性能。

愛(ài)思科技

IceMOS 成立于 2004 年，總部位于美國(guó)亞利桑那州，是一家高科技半導(dǎo)體制造公司，提供具有成本效益的高性能超級(jí)結(jié) MOSFET、MEMS 解決方案和先進(jìn)的工程基板。IceMOS 產(chǎn)品以更簡(jiǎn)單、成本更低的工藝優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)解決方案。公司在亞利桑那州坦佩設(shè)有先進(jìn)的研發(fā)中心，在愛(ài)爾蘭貝爾法斯特設(shè)有卓越的晶圓制造中心，在日本東京設(shè)有設(shè)計(jì)中心。

“我們公司基本上專注于三項(xiàng)核心技術(shù)，”ICeMOS Technology Ltd. 首席執(zhí)行官 Sam Anderson 表示，“第一項(xiàng)是 MEMS 開(kāi)發(fā)和制造。在我們位于愛(ài)爾蘭的工廠中，我們制造用于汽車市場(chǎng)慣性測(cè)量單元 (IMU) 的傳感元件，尤其是 ADAS 系統(tǒng)。其次，我們?cè)诿绹?guó)和日本的研究中心設(shè)計(jì)功率MOSFET，主要用于云計(jì)算應(yīng)用和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。最后，也是最近，我們參與了組合半導(dǎo)體。就寬帶隙半導(dǎo)體而言，這就是 NASA 項(xiàng)目的發(fā)展方向。”

該公司最近投資了貝爾法斯特工廠，以增加 200mm SOI（絕緣體上硅）和 Si-Si 直接鍵合晶圓的產(chǎn)量，同時(shí)仍提供 100mm、125mm 和 150mm 晶圓以及先進(jìn)的工程基板。因此，IceMOS 仍然致力于生產(chǎn)所需的技術(shù)，以支持對(duì)具有高精度傳感能力的低成本設(shè)備的需求激增。IceMOS Technology 現(xiàn)在提供的高質(zhì)量工程 200mm 粘合基板用于開(kāi)發(fā) MEMS 傳感器和執(zhí)行器，例如壓力傳感器、慣性 MEMS 和光學(xué) MEMS，包括用于 AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）的微鏡) 和 LiDAR 應(yīng)用。先進(jìn)的汽車解決方案，例如 ADAS 和自動(dòng)駕駛，以及已經(jīng)在進(jìn)行的向電動(dòng)汽車的過(guò)渡，

公司致力于支持 100mm、125mm 和 150mm 鍵合 SOI 和 Si-Si 晶圓以及先進(jìn)工程襯底（包括腔鍵合）的持續(xù)需求，非常符合幾家具有良好聲譽(yù)的 MEMS 和分立半導(dǎo)體制造商的需求。嚴(yán)格要求提供小直徑 SOI 和 Si-Si 的生產(chǎn)線和合格的工藝流程。小直徑鍵合晶圓的持續(xù)供應(yīng)將使新傳感技術(shù)的持續(xù)開(kāi)發(fā)和傳統(tǒng)產(chǎn)品的生產(chǎn)持續(xù)多年。

IceMOS Technology 還開(kāi)發(fā)了自己的介質(zhì)隔離技術(shù)（見(jiàn)圖 1），該技術(shù)能夠在同一芯片上的組件之間提供高壓隔離。隔離是使用厚膜 SOI 技術(shù)結(jié)合最先進(jìn)的高縱橫比深溝槽蝕刻和氧化物/多晶填充來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù)適用于從 100 毫米到 150 毫米的所有晶圓尺寸和從 1.5 微米到 100 微米的硅器件層。溝槽 SOI 晶圓用于 MEMS 器件、固態(tài)繼電器光伏發(fā)電機(jī)、光伏電池和光電器件、電信高壓模擬 IC、高性能雙極電路、智能電源 IC、集成傳感器等應(yīng)用。

圖 1：IceMOS TSOI 晶圓

圖 2：超級(jí)結(jié)晶圓

超結(jié)MOSFET

幾十年來(lái)，硅由于其優(yōu)異的物理性能、高可靠性、易于制造和低生產(chǎn)成本，一直是電子元件中應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體。然而，眾所周知，硅幾乎達(dá)到了其理論極限，研究的重點(diǎn)是能夠提供更好性能的材料。其中，有多種化合物半導(dǎo)體材料。對(duì)于大功率應(yīng)用，通過(guò)超級(jí)結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了相關(guān)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了更高的工作電壓和更低的導(dǎo)通電阻。

IceMOS MEMS MOSFET（見(jiàn)圖2）可視為“SuperJunction Technology”的高壓MOSFET。硅 MOSFET 技術(shù)和 MEMS 工藝技術(shù)的結(jié)合允許在 MOSFET 的極端性能方面取得進(jìn)步，例如低導(dǎo)通電阻、超低柵極電荷、高 dv/dt 能力、高非鉗位電感開(kāi)關(guān) (UIS) 和高峰值電流能力。IceMOS 600V MEMS 超級(jí)結(jié) MOSFET 可以覆蓋數(shù)據(jù)中心 AC 到 DC 電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的三個(gè)電源管理階段：“浪涌”電流保護(hù) (ICP)、功率因數(shù)校正 (PFC) 和下變頻器。

圖 3：IceMOS 超結(jié) MOSFET

圖 4：SOI 晶片上的溝槽電介質(zhì)隔離特征

輻射硬WBG FET

“我們決定看看是否有辦法進(jìn)一步合并可用的半導(dǎo)體制造技術(shù)很有趣，我們感興趣的一種是寬帶隙材料 (WBG)。我們研究了高壓市場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)有可能將寬帶隙半導(dǎo)體嵌入到我們的 MOSFET 的漏極中，”安德森說(shuō)。

長(zhǎng)期太空計(jì)劃，例如美國(guó)宇航局的“月球到火星”任務(wù)，其目標(biāo)是到 2024 年將人類送上月球表面，并在 10 年末建立可持續(xù)探索，需要高效可靠的電力設(shè)備，包括輻射硬化。

“制造深空輻射、堅(jiān)硬、高壓 MOSFET 的挑戰(zhàn)不再是碳化硅器件的全部挑戰(zhàn)，而是嵌入式漏極的真正挑戰(zhàn)。NASA 對(duì)我們的方法很感興趣，因此，他們給了我們一個(gè) SBIR 項(xiàng)目來(lái)開(kāi)發(fā)耐輻射高壓 MOSFET，即將我們的想法付諸實(shí)踐”，安德森說(shuō)。

NASA 小組 IceMOS 正在與戈達(dá)德航天中心合作，他們的興趣是擁有可用于航天器高壓配電總線的功率 MOSFET。高壓配電總線之所以有趣，是因?yàn)樗试S您以更有效的方式將來(lái)自電源（可能來(lái)自電池或太陽(yáng)能電池板）的能量轉(zhuǎn)換到負(fù)載點(diǎn)。通過(guò)從源點(diǎn)分配電壓，您可以將電壓升高到更高的電壓，以高壓將電壓分配到整個(gè)航天器，然后將其降至負(fù)載點(diǎn)的低電壓。因此，通過(guò)系統(tǒng)的I 2 R 損失被最小化。

“航天器提供了與數(shù)據(jù)中心和電動(dòng)汽車充電站非常相似的情況。您可以在航天器上為降低功耗所做的任何事情對(duì)于數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)和電動(dòng)汽車快速充電器來(lái)說(shuō)都非常重要，”安德森說(shuō)。

審核編輯 黃昊宇