MEMS與傳統(tǒng)CMOS刻蝕及沉積工藝的關(guān)系

不久前，MEMS 蝕刻和表面涂層方面的領(lǐng)先企業(yè) memsstar 向《電子產(chǎn)品世界》介紹了 MEMS 與傳統(tǒng) CMOS 刻蝕與沉積工藝的關(guān)系，對(duì)中國(guó)本土 MEMS 制造工廠(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室的建議等。

1 MEMS 比 CMOS 的復(fù)雜之處

MEMS 與 CMOS 的根本區(qū)別在于：MEMS 是帶活動(dòng)部件的三維器件，CMOS 是二維器件。因此，雖然許多刻蝕和沉積工藝相似，但某些工藝是 MEMS 獨(dú)有的，例如失效機(jī)理。舉個(gè)例子，由于 CMOS 器件沒(méi)有活動(dòng)部件，因此不需要釋放工藝。正因?yàn)槿绱耍?dāng)活動(dòng)部件“粘”在表面上，導(dǎo)致設(shè)備故障時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生靜摩擦，CMOS 沒(méi)有這種問(wèn)題。

CMOS 器件是在硅材料上逐層制作而成的。雖然蝕刻和沉積是標(biāo)準(zhǔn)工藝，但它們主要使用光刻和等離子蝕刻在裸片上創(chuàng)建圖案。另一方面，MEMS 是采用體硅加工工藝嵌入到硅中，或通過(guò)表面微加工技術(shù)在硅的頂部形成。

體硅 MEMS 的深反應(yīng)離子刻蝕（DRIE）也稱(chēng)為 Bosch 工藝（因?yàn)樵摴に囋?20 世紀(jì) 90 年代由 Bosch 開(kāi)發(fā)），是專(zhuān)為 MEMS 設(shè)計(jì)的一種最老的工藝解決方案。雖然它不是標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝，但現(xiàn)在已應(yīng)用于三維裸片堆疊中，通過(guò)硅通孔（TSV）技術(shù)進(jìn)行蝕刻。此外，表面微加工蝕刻的釋放蝕刻是另外一種需要釋放材料的受控化學(xué)蝕刻的特定 MEMS 工藝。

2 將舊 CMOS 轉(zhuǎn)換為 MEMS 生產(chǎn)線(xiàn)

盡管歐美國(guó)家多年來(lái)一直在推動(dòng) MEMS 創(chuàng)新，但直到現(xiàn)在，還沒(méi)有一家建立 MEMS 專(zhuān)用工廠(chǎng)。雖然有些公司有 MEMS 工藝生產(chǎn)線(xiàn)，但它們并不一定是最先進(jìn)的。相反，是二次利用舊半導(dǎo)體工廠(chǎng)的方式，為它們注入新的活力。將舊 CMOS 半導(dǎo)體制造設(shè)備的富余生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)換為 MEMS 生產(chǎn)線(xiàn)可能是中國(guó)可以考慮的一種方法。

MEMS 器件不太可能達(dá)到 CMOS 器件的產(chǎn)量，理解這一點(diǎn)非常重要。一種器件沒(méi)法讓 MEMS 生產(chǎn)線(xiàn)盈利，因?yàn)槿藗儾恍枰?5 萬(wàn)個(gè)初制晶圓。即使是 MEMS 麥克風(fēng)這種相當(dāng)高產(chǎn)量的應(yīng)用，但生產(chǎn)卻分布在多個(gè)廠(chǎng)家。

3 中國(guó) MEMS 制造廠(chǎng)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的挑戰(zhàn)

總體來(lái)看，中國(guó)在 MEMS 應(yīng)用的內(nèi)部開(kāi)發(fā)方面落后于世界其他先進(jìn)國(guó)家。目前，中國(guó)面臨著與歐美國(guó)家多年前一樣的制造和設(shè)備挑戰(zhàn)，而且隨著歐美國(guó)家不斷推進(jìn)發(fā)展，中國(guó)較難迎頭趕上。鑒于中國(guó)當(dāng)前與其他國(guó)家之間的關(guān)系，中國(guó)正在加緊發(fā)展國(guó)內(nèi)能力，以期獲得獨(dú)立供應(yīng)鏈。

MEMS 產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度快，創(chuàng)新力強(qiáng)。此外，大多數(shù) MEMS 器件都是專(zhuān)用的，沒(méi)有像 CMOS 器件那樣大的體量。因此，正確合理的解決方案必須以技術(shù)為基礎(chǔ)。

尖端科技是需要成本的。為一家工廠(chǎng)配備已使用了 20 年工藝的傳統(tǒng) MEMS 設(shè)備并非成功之道。重要的是，設(shè)備不僅要滿(mǎn)足今天的需要，還要滿(mǎn)足未來(lái) 5 ~ 10 年的需要。因此，為應(yīng)對(duì)未來(lái)發(fā)展的需要，應(yīng)盡可能選擇最高生產(chǎn)能力的設(shè)備是很重要的，以備援未來(lái)。

4 MEMS 制造需要外包嗎

要想成為一家成功的中國(guó) MEMS 制造公司，是選擇外包還是建廠(chǎng)？這取決于您的商業(yè)模式。MEMS 集成器件制造商（IDM）并不是孤立存在的。成功的 MEMS 制造公司擁有多種 MEMS 產(chǎn)品，能夠處理不同尺寸的晶圓，以及各種材料和工藝。目前，對(duì)于中國(guó)企業(yè)來(lái)說(shuō)，這種能力都在海外——在歐洲或美國(guó)。

MEMS 代工廠(chǎng)之所以存在并取得成功，是因?yàn)樗鼈優(yōu)樵S多不同的公司生產(chǎn)許多不同的 MEMS 產(chǎn)品。例如，ST Microelectronics 成功地使用了代工廠(chǎng)（foundry）模式。

總之，除非你是一個(gè)為多家 MEMS 服務(wù)的代工廠(chǎng)，否則建立自己的代工廠(chǎng)是沒(méi)有意義的。對(duì)于中國(guó)內(nèi)部的 MEMS 市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，可以采取合作的方式來(lái)替代外包，即幾家 MEMS 公司共用一家工廠(chǎng)。歸根結(jié)底，選擇最終要帶來(lái)最佳的投資回報(bào)。

5 良率指標(biāo)更為關(guān)鍵

memsstar 一直專(zhuān)注于技術(shù)、工藝和良率。memsstar 通過(guò)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，來(lái)確?？蛻?hù)在當(dāng)前和未來(lái)都能以最低的成本制造最先進(jìn)的 MEMS 器件。許多公司把“產(chǎn)量”作為控制成本的一種方法。而 memsstar 深信“良率”這一指標(biāo)更為關(guān)鍵。因?yàn)闊o(wú)論你能生產(chǎn)多少器件，如果你的良率只有 50%，那么成本就是 2 倍。

memsstar 的第二個(gè)獨(dú)特之處在于，所提供的工藝流程貫穿在 MEMS 器件發(fā)展演變過(guò)程中，始終有效。從研發(fā)到大規(guī)模生產(chǎn)制造，MEMS 器件經(jīng)歷了概念驗(yàn)證、原型制作、試產(chǎn)和生產(chǎn)制造等多個(gè)階段。如果在概念設(shè)計(jì)和可行性階段使用不同的工藝工具，它們可能不會(huì)過(guò)渡到主流制造設(shè)備。memsstar 作為 MEMS 蝕刻和表面涂層方面的專(zhuān)家，提供了專(zhuān)業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)有技術(shù)，并且提供從研發(fā)到生產(chǎn)的全套設(shè)備。memsstar 的 MEMS 產(chǎn)品融合了下一代專(zhuān)有的釋放蝕刻和涂層技術(shù)，以及專(zhuān)有和再使用半導(dǎo)體設(shè)備。這一系列產(chǎn)品確保 memsstar 能夠提供全套蝕刻和沉積解決方案，以支持 MEMS 開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)準(zhǔn)備制造。

審核編輯黃昊宇