MEMS與CMOS技術(shù)的異同點

人們早期認為，將MEMS與CMOS模塊集成到單芯片上的任務(wù)非常困難。因為在制程上MEMS與CMOS存在很大差異：1）MEMS包含一些可動的機械構(gòu)件，需要在一些如熱驅(qū)動、靜電驅(qū)動、磁驅(qū)動下執(zhí)行動作，不能采用CMOS傳統(tǒng)方法進行封裝。2）多功能MEMS應(yīng)用與傳統(tǒng)的CMOS產(chǎn)業(yè)制造不同，如包含更多步驟、背面工藝、特殊金屬和非常奇特的材料以及晶圓鍵合等等。3）基底材料有所不同。在生物和醫(yī)療領(lǐng)域，很多地方都選用玻璃和塑料而非硅片作為MEMS基底，甚至出于降低成本原因使用塑料制作一次性醫(yī)療器械。4）設(shè)計思路不同。CMOS電路是從上往下設(shè)計，適合于復(fù)雜微系統(tǒng)設(shè)計，需要良好的預(yù)定義工藝模塊；而MEMS多數(shù)從下往上設(shè)計，需要建立特殊工藝文件。5）CMOS與MEMS產(chǎn)品與技術(shù)生命周期不相同。CMOS產(chǎn)品遵循“摩爾定律”，產(chǎn)品生命周期不到半年就會被淘汰；而結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的MEMS產(chǎn)品生命周期可延長到2年。因為這些差異，人們在早期并沒有努力將CMOS與MEMS結(jié)合起來。

在單芯片上集成MEMS與CMOS電路的嘗試是由分離器件向集成電路規(guī)?；D(zhuǎn)變的行業(yè)趨勢帶動的。早期器件采用將裸片堆疊的方式，將復(fù)雜功能分散于處理器與傳感器多塊芯片上，容易導(dǎo)致芯片尺寸大小、可制造性和一致性等方面的缺陷。因此，人們迫切希望將MEMS技術(shù)與CMOS工藝結(jié)合，利用CMOS標(biāo)準(zhǔn)化工藝，實現(xiàn)傳感器、執(zhí)行器、信號采集、數(shù)據(jù)處理、控制電路一體化混合集成在一塊三維硅片上，實現(xiàn)多種功能的智能化集成。

CMOS-MEMS集成單芯片是單一微觀器件制造領(lǐng)域的里程碑，與傳統(tǒng)多芯片MEMS模塊相比有以下優(yōu)勢：1）利用了CMOS工藝的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模效應(yīng)，大幅降低制造設(shè)備和材料成本。2）高度集成化、系列化的嵌入式MEMS芯片將大大縮短MEMS產(chǎn)品的開發(fā)周期與制造成本。3）采用CMOS設(shè)計和材料會使MEMS產(chǎn)品具有更優(yōu)異的性能和可靠性。出于對高靈活性、高性能的解決方案的追求與降低成本的壓力。許多著名的CMOS半導(dǎo)體公司，包括STM、Infineon、Motorola（Freesacle）、Fairchild、 Dalsa Semiconductor、Semefab、Elmos與Xfab等，都相繼投入MEMS產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)CMOS-MEMS集成芯片。

但生產(chǎn)MEMS與CMOS集成芯片也還存在以下問題：1）與IC半導(dǎo)體芯片相比，MEMS器件需要用到更為復(fù)雜的材料與分層；2）構(gòu)建MEMS結(jié)構(gòu)所需要的專門工藝不容易集成到半導(dǎo)體工廠。