MEMS的“CMOS化”成長

CMOS工藝已經(jīng)在芯片制造中廣泛采用，如果能用它來實現(xiàn)MEMS的量產(chǎn)，既不用更換設(shè)備，材料也是標準的，MEMS的制造就可以獲得低成本和高產(chǎn)出率的優(yōu)勢。使用標準技術(shù)生產(chǎn)出來的MEMS器件將很容易集成到其它系統(tǒng)中。同時，大批量的生產(chǎn)保證了所有設(shè)備和工藝都能夠按照規(guī)定進行測試，晶圓在整個制造過程中可以受到連續(xù)監(jiān)控，從而減少差異，提高良品率。

但是實際情況卻有些無奈。有些公司一直試圖建立MEMS代工業(yè)務(wù)，專門為其它公司生產(chǎn)MEMS器件，但是成功者寥寥。這是因為MEMS本質(zhì)上是一種專用器件，種類繁多，用途廣泛，從傳感器到汽車電子的各種產(chǎn)品中都能見到它的身影。而代工廠生產(chǎn)的是大批量的標準器件，這使MEMS似乎與生俱來與代工無緣。在集成電路業(yè)，有標準的設(shè)計技術(shù)、標準的工藝技術(shù)和標準的封裝技術(shù)。而MEMS卻與集成電路大不相同。MEMS采用特定方法設(shè)計，以適應(yīng)其專有的制造工藝。與大部分芯片相比，MEMS器件要用到更多的材料和分層，并且常常需要專門的工藝，而這些工藝不容易集成到半導(dǎo)體制造中。由于這些原因，許多元器件廠商將其MEMS產(chǎn)品交由小批量代工廠和大學(xué)的樣機試驗室進行加工。由于批量小又缺乏工藝控制，會導(dǎo)致產(chǎn)品在工作特性、關(guān)鍵尺寸、材料性質(zhì)和良率等方面不盡如人意。

MEMS與IC芯片整合、封裝在一起是集成電路技術(shù)發(fā)展的新趨勢，也是傳統(tǒng)芯片廠商的新機遇。市場需求巨大，MEMS企業(yè)和晶圓代工廠都在提高生產(chǎn)制造水平，擴大自己的產(chǎn)能，而MEMS的制造也將從現(xiàn)在的4寸和6寸線向8寸線轉(zhuǎn)移。將生產(chǎn)線由6寸廠轉(zhuǎn)向8寸廠后，單位成本可以大幅降低33％以上，所以意法、飛思卡爾等MEMS大廠，已開始將6寸廠改建為8寸廠。

但是，MEMS的量產(chǎn)還處于起步階段，采用8寸和12寸生產(chǎn)線的成本還很高。4寸線上的每一個晶圓可生產(chǎn)合格的MEMS壓力傳感器Die 5-6K個，每個Die出售后可獲成本7-10倍的毛利。傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商的部分4寸、6寸生產(chǎn)線正面臨淘汰，如果能將其中一部分轉(zhuǎn)而生產(chǎn)MEMS則利潤十分可觀。目前的4寸線的大多數(shù)工藝可為MEMS生產(chǎn)所用，只是缺少一些特殊工藝和設(shè)備。“現(xiàn)在，MEMS器件的市場增長甚至超越了300mm CMOS IC，” Paul Werbaneth說，“盡管很多MEMS制造商仍在使用8寸或者更小的晶圓，但發(fā)展前景還是相當(dāng)樂觀。設(shè)備制造商應(yīng)該積極與MEMS廠商合作，給予他們更多的技術(shù)支持，幫助他們發(fā)展。”

龔里博士認為，中國發(fā)展MEMS制造的優(yōu)勢在于成本低廉，但是劣勢也相當(dāng)明顯，即技術(shù)落后。也許借鑒CMOS代工成長的經(jīng)驗、積極引進先進技術(shù)會是一條可行之路。MEMS商用化最大的障礙是可制造性和可測試性方面的設(shè)計能力不足。因此，MEMS與CMOS結(jié)合的發(fā)展趨勢對設(shè)計人員也提出了更高的要求。“設(shè)計是MEMS在中國發(fā)展的瓶頸之一，”龔里博士坦言，“必須更加關(guān)注CMOS工藝技術(shù)的要求和限制，將可制造性設(shè)計作為MEMS發(fā)展的一個重要考量對象。”

MEMS的產(chǎn)業(yè)化道路很長，要想獲得發(fā)展機會，也許還要等待很長的時間。但是除了耐心等待之外，我們需要時刻準備著。