應用材料布局超越摩爾（MtM）領(lǐng)域的因素

據(jù)消息，預計到2023年，包括MEMS和傳感器、CMOS圖像傳感器（CIS）、功率以及射頻器件的超越摩爾（More than Moore，MtM）器件，對等效8英寸晶圓的需求量將超過7300萬片，復合年增長率接近10%。大量新興市場發(fā)展潮流推動著MtM器件的增長，比如：5G（無線基礎(chǔ)設(shè)施和移動）、手機（含附加功能）、語音處理、智能汽車、AR / VR和人工智能。

2017~2023年超越摩爾領(lǐng)域的晶圓需求

Yole半導體制造研究員Amandine Pizzagalli，最近有幸采訪到Applied Materials（應用材料）公司200mm晶圓設(shè)備產(chǎn)品組（EPG）的營銷主管Mike Rosa，有機會了解到應用材料公司對超越摩爾市場的一些觀點，比如對該市場的理解，公司面臨的挑戰(zhàn)，定位策略等等，詳細的訪談內(nèi)容如下：

Amandine Pizzagalli（以下簡稱AP）: 請您介紹一下應用材料的歷史和當前營銷狀況，比如有哪些產(chǎn)品組合以及應用的范圍？

Mike Rosa（以下簡稱MR）：去年應用材料度過了它五十歲的生日。這是一個令人難以置信的里程碑，公司在這個行業(yè)中經(jīng)歷了這么多的變化和成長——對應用材料乃至整個行業(yè)，現(xiàn)在正處在一個令人振奮的時刻。

今天，應用材料公司在半導體晶圓（300mm/200mm或以下）和顯示面板制造領(lǐng)域，均擁有多樣化的產(chǎn)品組合。在半導體方面，它的核心設(shè)備產(chǎn)品平臺包括：CVD、PVD、CMP、刻蝕、檢查和量測（包括半導體、掩摸和太陽能）、電鍍ALD、離子注入、外延工藝和RTP。這些每一個主平臺都包含了多個專門用于不同薄膜或工藝的腔體技術(shù)。我們擁有一系列大型設(shè)備技術(shù)，盡管有300mm和200mm平臺區(qū)別，但應用材料最廣為人知的主要品牌為Centura?和Endura?。應用材料的貢獻不僅僅表現(xiàn)在包括200mm在內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)品組（EPG）前端應用，還為晶圓廠提供豐富的衍生產(chǎn)品。從泵的智能監(jiān)測和控制到零占地減排產(chǎn)品，應用材料提供一系列晶圓廠及其環(huán)境的解決方案，以確保晶圓廠的高效率、環(huán)保和安全。

針對200mm的EPG，我們主要專注于傳統(tǒng)的CMOS技術(shù)和不斷發(fā)展的超越摩爾（MtM）應用領(lǐng)域。MtM的主要特征技術(shù)包括MEMS、功率、模擬、光電子、CMOS圖像傳感器（CIS）（雖然當今的主流是300mm晶圓）和晶圓級封裝（包括200mm和300mm）。今天和未來，我們看到來自電力電子技術(shù)和光電子技術(shù)的強勁需求，如電動汽車和5G通信的大趨勢。人臉識別（FR）和3D傳感技術(shù)等新應用中的光子/光學器件也在不斷增長，這些應用中的小尺寸晶圓激光源和探測器將極大地推動小尺寸晶圓的顯著增長。

AP：哪個市場的需求主要驅(qū)動了應用材料公司的營收增長？

MR： 2017財年，應用材料公司總收入達到145億美元。今天，應用材料半導體方面收入的最大部分來自先進的邏輯集成電路和存儲器細分領(lǐng)域。AI（人工智能）等日益突出的技術(shù)加速了先進微處理器和存儲器技術(shù)的發(fā)展。這些技術(shù)的發(fā)展推動了我們300mm半導體設(shè)備很大一部分的收入。當看到這些新市場的影響力時，我們開始考慮智能手機技術(shù)、汽車、通訊等方面的發(fā)展。這些領(lǐng)域的發(fā)展都伴隨著各自的技術(shù)驅(qū)動因素——例如，智能手機技術(shù)的進步已經(jīng)帶來了300mm晶圓廠CIS制造的增長（某些在200mm），以及MEMS和RF技術(shù)（各種晶圓尺寸）的大幅增長，這些都是智能手機發(fā)展的結(jié)果。事實上我們看到200mm及以下尺寸的晶圓加工平臺發(fā)展速度最快，也是為了支持當前智能手機的發(fā)展。

汽車行業(yè)是新技術(shù)的又一大驅(qū)動力。在自動駕駛車輛的車載處理器和存儲器中，采用了許多新MEMS和RF技術(shù)，以使其具有更先進的安全功能，還有電動汽車對新的功率技術(shù)的應用增長，這些技術(shù)的發(fā)展都促進了對晶圓加工技術(shù)的需求，尤其是小尺寸晶圓方面的需求增長。正如現(xiàn)在我們看到的像碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）這樣的新技術(shù)在電動汽車高功率方面的應用。

5G通信是另一個巨大的增長領(lǐng)域。功率和射頻部分的多種新技術(shù)在實現(xiàn)5G所需的基礎(chǔ)設(shè)施中起著重要作用。這些技術(shù)的進步也帶動200mm和150mm晶圓加工技術(shù)的發(fā)展。

AP：作為半導體領(lǐng)域內(nèi)前端制程設(shè)備制造商的領(lǐng)導者，您能介紹一下應用材料如何布局超越,領(lǐng)域，包括MEMS和傳感器、功率器件、CMOS圖像傳感器、LED器件、光電子、2.5D封裝技術(shù)等。

MR：雖然這些技術(shù)目前許多還只是處在200mm及以下的晶圓加工中，大部分的業(yè)務還屬于200mm設(shè)備產(chǎn)品組的范圍。當前，除了功率BCD（Bipolar-CMOS-DMOS的簡稱）器件、分立器件、2.5D封裝、CMOS圖像傳感器和其他光電器件外，還有其他所有的MtM技術(shù)都可以在200mm和150mm晶圓上進行加工生產(chǎn)。

所以，為了支持我們的客戶對當前以及未來晶圓尺寸的需求，我們在整個公司內(nèi)部共享不同設(shè)備產(chǎn)品組所獲得的專業(yè)積累，例如在200mm組中MEMS或分立功率器件，是可以共享給300mm組，以確保晶圓加工技術(shù)到更大尺寸發(fā)展的連續(xù)性。

應用材料的技術(shù)能力能夠滿足客戶在某一種晶圓尺寸上提出的技術(shù)需求，還能夠滿足他們跨多個技術(shù)平臺的要求，包括研發(fā)和生產(chǎn)的解決方案，因此這些客戶轉(zhuǎn)移到更大晶圓尺寸的情況很少。這就是應用材料的強大之處，在這個半導體行業(yè)最激動人心的時期，我個人非常自豪地參與了其中。這是我們正在不斷努力改善的方向，因為我們意識到在MtM技術(shù)領(lǐng)域，讓我們的客戶在某天實現(xiàn)無縫過渡到不同晶圓尺寸的能力是他們未來能否取得成功的關(guān)鍵。

AP：應用材料的設(shè)備產(chǎn)品組合主要致力于半導體前端領(lǐng)域的應用。對MtM領(lǐng)域，你們?nèi)绾卫媚銈兊那岸四芰?yōu)勢呢？

MR：在應用材料，我們考慮了所有MtM前端半導體的要素。不過，我們通常所做的是把已獲得成功的工藝和控制技術(shù)從大的300mm晶圓節(jié)點，按比縮小在200mm或150mm晶圓尺寸上實現(xiàn)特定的工藝能力。

有時我們以此為出發(fā)點，但為了滿足日益苛刻的MtM應用需求，我們往往會需要增加額外的硬件（HW）和制程開發(fā)。這種額外的開發(fā)工作又會帶來MtM領(lǐng)域的新技術(shù)發(fā)展，然后這些新技術(shù)會再反向遷移到300mm晶圓制程中，更進一步的提高我們晶圓加工能力的領(lǐng)先優(yōu)勢。

AP：除了成本和節(jié)點，半導體前端制程和MtM應用器件（MEMS與傳感器、CIS、功率器件、LED），在技術(shù)規(guī)格方面他們之間主要的障礙是什么？

MR：當加工MtM應用器件時，經(jīng)常會遇到尺寸比和他們集成在一起的先進邏輯和存儲器元件大一個數(shù)量級。MEMS、功率器件和其他技術(shù)經(jīng)常要使用到厚度為幾十微米的薄膜或需要幾百微米蝕刻深度的工藝加工。的確，雖然這些器件所處的工藝節(jié)點通常大于0.5um，但是材料和元件結(jié)構(gòu)的厚度卻明顯大于典型的CMOS技術(shù)。

在設(shè)備設(shè)計中，這些明顯的差異比簡單地沉積更多的材料或蝕刻更長的時間具有更廣泛和更深遠的影響。在生產(chǎn)中使用的腔室技術(shù)需要重新設(shè)計以調(diào)整材料和/或副產(chǎn)品的生成（取決于所討論的工藝）。例如，需求一種厚的介質(zhì)時，厚的膜層將需要修改腔體的清潔程序，以避免材料剝落或多余的顆粒生成，晶圓的夾持硬件將需要增加額外的間距，以避免卡住的地方有過厚的材料沉積，以及其他相關(guān)的腔體內(nèi)的硬件都需要調(diào)整以確保能維持優(yōu)良量產(chǎn)工藝的性能。

另一個例子，分立的功率器件正面和背面可能需要較厚的金屬層（5um、10um或更厚）。典型的CMOS鋁金屬層的厚度為100nm——腔體的硬件可能需要有顯著的改變以適應這些額外增加的厚度。在這種特殊情況下，重新設(shè)計腔體硬件需要考慮間距和溫度系統(tǒng)，雙面處理等等。保持整體設(shè)備架構(gòu)在這些設(shè)計變化時靈活更改的能力，對解決快速增長的MtM行業(yè)需求是非常重要的。在不同晶圓尺寸間切換或遷移到其他平臺和腔體技術(shù)，應用材料在這些方面的硬件設(shè)計更改能力是非常強大的。

除了這些，壓力管理、膜的均勻性、晶圓處理等——所有這些挑戰(zhàn)幾乎都是在MtM領(lǐng)域內(nèi)特有的。

AP：在MtM領(lǐng)域你們的設(shè)備產(chǎn)品系列有什么競爭優(yōu)勢？

MR：在MtM領(lǐng)域的增長依賴于我們的客戶創(chuàng)造新的能夠量產(chǎn)的器件技術(shù)能力——在MtM領(lǐng)域，我們最大的競爭優(yōu)勢是應用材料在開發(fā)強大的主機平臺和腔體技術(shù)上的專業(yè)性，這已在大批量生產(chǎn)的成熟技術(shù)中得以證明。將這種能力引入MtM領(lǐng)域是非常有價值的——結(jié)合開發(fā)新腔體技術(shù)的能力，如RF/pDC PVD技術(shù)制備陶瓷薄膜，先進的高沉積速率PVD技術(shù)制備高功率器件的厚鋁層，高沉積速率硅外延技術(shù)生長可達150um厚的外延層等，這些技術(shù)滿足MtM領(lǐng)域內(nèi)晶圓加工的各種需求，并且在未來轉(zhuǎn)移升級這些技術(shù)以滿足更大的晶圓尺寸需求也同樣非常有意義。

AP：你們在半導體市場的布局是非常成熟的，在這個行業(yè)中確立了獨一無二的位置：你們擁有一個完整的、龐大的產(chǎn)品組合涉及了所有前端制程，幾乎解決了MtM領(lǐng)域的沉積和蝕刻技術(shù)所有流程。在應用材料的產(chǎn)品組合中，實際上缺失兩個主要的設(shè)備制程：光刻機和鍵合系統(tǒng)；幾年前，應用材料和TEL（東京電子）停止了企業(yè)的合并協(xié)議。您認為應用材料和TEL之間潛在合并的可能會再次發(fā)生嗎？

MR：TEL是一家偉大的公司，有許多優(yōu)秀的產(chǎn)品和人才。然而，我不知道這兩家公司是否會重新考慮這個問題。

AP：應用材料有計劃擴大和完善其他產(chǎn)品組合嗎？如果有，你們是否會計劃通過收購專業(yè)公司或開發(fā)系統(tǒng)來完善產(chǎn)品組合？

MR：當然，應用材料會面臨來自不斷增長的MtM市場的挑戰(zhàn)，我們也需要通過有機或無機的手段來應對。由于有許多因素影響著一條路線對其他路線的決定，我們只能說會的，我們一直都在努力確保我們的公司是最適合滿足客戶需求的，在理想條件下，我們將是市場上能夠在最短的時間內(nèi)滿足客戶需求的供應商。

AP：在MtM產(chǎn)業(yè)里，應用材料發(fā)展的下一步計劃是什么？未來幾年在MtM應用領(lǐng)域，你們的主要業(yè)務發(fā)展方向是什么？

MR：當然，在未來的幾年內(nèi)，應用材料將繼續(xù)專注于開發(fā)腔體技術(shù)來滿足日益增長的MtM領(lǐng)域多樣化需求，與我們的客戶和供應商的緊密合作，為新一代產(chǎn)品開發(fā)所需要的新材料和工藝制程。未來幾年在MtM領(lǐng)域內(nèi)應用材料的主要業(yè)務發(fā)展方向是什么？我們將繼續(xù)完善我們的MtM路線產(chǎn)品，確保公司有足夠的基礎(chǔ)設(shè)施計劃和內(nèi)部通力協(xié)作，在客戶需要遷移到更大的晶圓尺寸之前，繼續(xù)進行這些路線圖項目的研發(fā)。這在MtM市場增長時是非常重要的，當我們的客戶在較小的晶圓尺寸之間的競爭加劇時，他們期待通過一個更大的晶圓尺寸帶來的經(jīng)濟效益，以獲得更多的穩(wěn)定產(chǎn)量或更強的價格競爭力。

AP：您如何看待你們的設(shè)備產(chǎn)品組合在MtM市場的未來？

MR：我們看到特殊材料的增長和滿足所有芯片尺寸的能力是我們客戶向前發(fā)展的關(guān)鍵因素。這為不同的平臺技術(shù)帶來了不同的影響——特別是檢查和測量——我們看到在尺寸上不斷增長的挑戰(zhàn)，將先進能力轉(zhuǎn)移到更小的晶圓尺寸上。（和在某些情況下，從150mm/200mm回到300mm新發(fā)展）。

AP：您認為你們在這個領(lǐng)域會受到其他競爭對手的挑戰(zhàn)嗎？

MR：我只想說，我非常尊重我們在MtM領(lǐng)域的競爭對手。我們面臨的挑戰(zhàn)很大，在眾多的設(shè)備類型上都是不同的，這一領(lǐng)域的每一位競爭對手每天都在研發(fā)方向、資源和長期戰(zhàn)略重點之間尋求平衡。隨著設(shè)備技術(shù)的快速發(fā)展，開發(fā)客戶所需的解決方案的時間似乎越來越少。因此，越來越多的研發(fā)費用需要集中在與客戶一致的路線圖上，以確保我們正在為今天和未來的下一代產(chǎn)品開發(fā)合適的技術(shù)。這是關(guān)鍵，而且隨著這一領(lǐng)域的增長，它正變得越來越資源密集。

AP：在MEMS、傳感器、CIS、功率、LED、光電子等MtM應用領(lǐng)域，哪一項對應用材料未來營收的增長貢獻更大？您期望將來會有什么變化？

MR：在你列出的器件應用中，CIS無疑是目前收入最高的應用之一，因為其主要用現(xiàn)有300mm晶圓加工技術(shù)。其次是功率、MEMS和傳感器，接著是LED和光電子。就未來的增長潛力而言，我相信我們已經(jīng)看到CIS在智能手機上驚人的增長（雖然近年來有所變緩）和自動駕駛汽車的持續(xù)增長，尤其是如ADAS新應用的增長支持。

在未來，我們將目睹這些器件制造方式的變化——比如我們將看到CIS在300mm晶圓上集成更高工藝水平的存儲器和邏輯集成電路。在200mm和150mm晶圓尺寸，我們看到了巨大的增長潛力，許多這些較小尺寸的晶圓加工技術(shù)如GaAs、GaN、SiC等正大批量進入功率或光電應用領(lǐng)域，諸如電動汽車（電源開關(guān)）或智能手機、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、3D感應（面部識別之類的應用，或光纖網(wǎng)絡的光子器件）。毫無疑問，小型晶圓革命已經(jīng)開始，我們希望這些關(guān)鍵器件技術(shù)能夠基于應用材料成熟量產(chǎn)的主平臺技術(shù)和腔室技術(shù)，投放市場。

AP：你認為哪種MtM應用在未來幾年有高增長，將有助于進一步推動對設(shè)備的投資嗎？

MR：功率器件技術(shù)和光電技術(shù)。毫無疑問，未來幾年SiC和GaN將在在自動駕駛、5G通信、消費類和工業(yè)領(lǐng)域中扮演改變競爭格局的角色。同樣，III-V族材料在光電領(lǐng)域的應用將繼續(xù)大幅增長——無論在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡或通過新的應用如FR、AR / VR、等等，我們面臨的挑戰(zhàn)是要確保我們有合適的工藝和材料技術(shù)，并準備在這一增長之前支持我們的客戶。

AP：將推動下一輪增長的終端應用是什么？

MR：在我們尋求下一輪持續(xù)增長前，我們首先要花一些時間來研究影響當前行業(yè)的大趨勢。今天，應用材料公司是看到那些諸如電動汽車、自動駕駛汽車、移動技術(shù)、5G通信、大數(shù)據(jù)、人工智能等。當然，還有這些有大量終端用戶的應用，如智能手機、電動汽車、ADAS、數(shù)據(jù)中心和FR、VR / AR、無線射頻技術(shù)等。然后在每一個里面我們都有特定的設(shè)備級技術(shù)等。

我們經(jīng)常留心一個關(guān)鍵的變化是技術(shù)的民主化發(fā)展——例如，我們看到在新iPhone上集成了人臉識別技術(shù)就是一個關(guān)鍵——這些技術(shù)快速的發(fā)展，一旦證明他們可以大量應用都會迅速擴散到其他應用領(lǐng)域。很快，我們將看到他們?nèi)〈F(xiàn)有的技術(shù)，如指紋識別等，需要注意的是這些都是小尺寸晶圓技術(shù)！

AP:在MtM市場，應用材料如何看待與中國資本的競爭？

MR：當然，中國在目前半導體領(lǐng)域的快速增長中占據(jù)很大的部分，在MtM領(lǐng)域也是如此。在MtM新的應用市場，我們通過新技術(shù)能力傳遞價值給客戶，這些新技術(shù)是不容易被復制的，或要需要花費多年投資才可以實現(xiàn)可靠的交付。這就是我們在中國和世界各地的營銷。競爭并不僅僅總是在價格上那么簡單。我們給當?shù)氐闹袊蛻魩淼牧硪粋€價值，是我們在中國西安建立的200mm MtM發(fā)展中心。有了當?shù)氐馁Y源，在該地區(qū)附近的客戶，就可以很方便的過來考察我們的設(shè)備，與我們的工程師就工藝制程和怎么做進行交流。在這些過程中，我們建立了客戶對應用材料的信心，相信我們能夠供應正確的解決方案。

AP: 應用材料在中國市場的戰(zhàn)略重點是什么？

MR：現(xiàn)在，我們像關(guān)注全世界所有其他地區(qū)一樣，緊密關(guān)注中國的市場。我們正在尋找機會盡早參與新技術(shù)、新材料和新工藝的開發(fā)。我們的戰(zhàn)略重點是新技術(shù)的發(fā)展。同時，也期待利用我們龐大的支持網(wǎng)絡，將應用材料分散在中國不同區(qū)域內(nèi)的客戶建立聯(lián)系。

AP：在您看來未來MtM領(lǐng)域的新應用和前景廣闊的市場，將如何改變行業(yè)格局和領(lǐng)先設(shè)備制造商的地位？

MR：雖然當前主要的技術(shù)發(fā)展空間還只是在200mm和不斷進步的150mm，但未來巨大的前景是這些技術(shù)都會向300mm晶圓遷移。世界上僅少數(shù)公司擁有廣泛的投資組合、人才和資源，可以充分支持MtM路線從小尺寸晶圓過渡到300mm（和更大）晶圓。對應用材料公司而言，我們完全有能力做到這一點。