MEMS與CMOS技術(shù)的異同點(diǎn)

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(dòng)的機械構件，需要在一些如熱驅動(dòng)、靜電驅動(dòng)、磁驅動(dòng)下執行動(dòng)作，不能采用CMOS傳統方法進(jìn)行封裝。2）多功能MEMS應用與傳統的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療器械。4）設計思路不同。CMOS電路是從上往下設計，適合于復雜微系統設計，需要良好的預定義工藝模塊；而MEMS多數從下往上設計，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(huì )被淘汰；而結構設計合理的MEMS產(chǎn)品生命周期可延長(cháng)到2年。因為這些差異，人們在早期并沒(méi)有努力將CMOS與MEMS結合起來(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?；D變的行業(yè)趨勢帶動(dòng)的。早期器件采用將裸片堆疊的方式，將復雜功能分散于處理器與傳感器多塊芯片上，容易導致芯片尺寸大小、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工藝結合，利用CMOS標準化工藝，實(shí)現傳感器、執行器、信號采集、數據處理、控制電路一體化混合集成在一塊三維硅片上，實(shí)現多種功能的智能化集成。

CMOS-MEMS集成單芯片是單一微觀(guān)器件制造領(lǐng)域的里程碑，與傳統多芯片MEMS模塊相比有以下優(yōu)勢：1）利用了CMOS工藝的標準化規模效應，大幅降低制造設備和材料成本。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(kāi)發(fā)周期與制造成本。3）采用CMOS設計和材料會(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(zhù)名的CMOS半導體公司，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半導體芯片相比，MEMS器件需要用到更為復雜的材料與分層；2）構建MEMS結構所需要的專(zhuān)門(mén)工藝不容易集成到半導體工廠(chǎng)。