memsstar談MEMS刻蝕與沉積工藝的挑戰

　　魯?冰?（《電子產(chǎn)品世界》記者）

　　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CMOS刻蝕與沉積工藝的關(guān)系，對中國本土MEMS制造工廠(chǎng)和實(shí)驗室的建議等。

　　1 MEMS比CMOS的復雜之處

　　MEMS與CMOS的根本區別在于：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獨有的，例如失效機理。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。正因為如此，當活動(dòng)部件“粘”在表面上，導致設備故障時(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準工藝，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的深反應離子刻蝕（DRIE）也稱(chēng)為Bosch工藝（因為該工藝在20世紀90年代由Bosch開(kāi)發(fā)），是專(zhuān)為MEMS設計的一種最老的工藝解決方案。雖然它不是標準的半導體工藝，但現在已應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轉換為MEMS生產(chǎn)線(xiàn)

　　盡管歐美國家多年來(lái)一直在推動(dòng)MEMS創(chuàng )新，但直到現在，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，是二次利用舊半導體工廠(chǎng)的方式，為它們注入新的活力。將舊CMOS半導體制造設備的富余生產(chǎn)能力轉換為MEMS生產(chǎn)線(xiàn)可能是中國可以考慮的一種方法。

　　MEMS器件不太可能達到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，因為人們不需要5萬(wàn)個(gè)初制晶圓。即使是MEMS麥克風(fēng)這種相當高產(chǎn)量的應用，但生產(chǎn)卻分布在多個(gè)廠(chǎng)家。

　　3 中國MEMS制造廠(chǎng)和實(shí)驗設備的挑戰

　　總體來(lái)看，中國在MEMS應用的內部開(kāi)發(fā)方面落后于世界其他先進(jìn)國家。目前，中國面臨著(zhù)與歐美國家多年前一樣的制造和設備挑戰，而且隨著(zhù)歐美國家不斷推進(jìn)發(fā)展，中國較難迎頭趕上。鑒于中國當前與其他國家之間的關(guān)系，中國正在加緊發(fā)展國內能力，以期獲得獨立供應鏈。

　　MEMS產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度快，創(chuàng )新力強。此外，大多數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。

　　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MEMS設備并非成功之道。重要的是，設備不僅要滿(mǎn)足今天的需要，還要滿(mǎn)足未來(lái)5~10年的需要。因此，為應對未來(lái)發(fā)展的需要，應盡可能選擇最高生產(chǎn)能力的設備是很重要的，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，對于中國企業(yè)來(lái)說(shuō)，這種能力都在海外——在歐洲或美國。

　　MEMS代工廠(chǎng)之所以存在并取得成功，是因為它們?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。對于中國內部的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)。歸根結底，選擇最終要帶來(lái)最佳的投資回報。

　　5 良率指標更為關(guān)鍵

　　memsstar一直專(zhuān)注于技術(shù)、工藝和良率。memsstar通過(guò)實(shí)現這些目標，來(lái)確?？蛻?hù)在當前和未來(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”這一指標更為關(guān)鍵。因為無(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)到大規模生產(chǎn)制造，MEMS器件經(jīng)歷了概念驗證、原型制作、試產(chǎn)和生產(chǎn)制造等多個(gè)階段。如果在概念設計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、經(jīng)驗和專(zhuān)有技術(shù)，并且提供從研發(fā)到生產(chǎn)的全套設備。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)有和再使用半導體設備。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)準備制造。

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第06期。）