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MEMS與CMOS技術(shù)的異同點(diǎn)

作者: 時(shí)間:2011-08-14 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
在某種程度上,可以看作CMOS集成電路的擴(kuò)展。如果將CMOS比喻為人的大腦和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),那么就是大腦智慧的“手臂”,為這信息系統(tǒng)提供了獲取信號(hào)的微和執(zhí)行命令的微執(zhí)行器。

人們?cè)缙谡J(rèn)為,將與CMOS模塊集成到單芯片上的任務(wù)非常困難。因?yàn)樵谥瞥躺螹EMS與CMOS存在很大差異:1)MEMS包含一些可動(dòng)的機(jī)械構(gòu)件,需要在一些如熱驅(qū)動(dòng)、靜電驅(qū)動(dòng)、磁驅(qū)動(dòng)下執(zhí)行動(dòng)作,不能采用CMOS傳統(tǒng)方法進(jìn)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(jì)思路不同。CMOS電路是從上往下設(shè)計(jì),適合于復(fù)雜微系統(tǒng)設(shè)計(jì),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(jì),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(huì)被淘汰;而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理的MEMS產(chǎn)品生命周期可延長(zhǎng)到2年。因?yàn)檫@些差異,人們?cè)谠缙诓](méi)有努力將CMOS與MEMS結(jié)合起來(lái)。

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(shì)帶動(dòng)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(shí)現(xiàn)、執(zhí)行器、信號(hào)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(shí)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(shì):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(jì)和材料會(huì)使MEMS產(chǎn)品具有更優(yōu)異的性能和可靠性。出于對(duì)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(wèn)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。



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