memsstar談MEMS刻蝕與沉積工藝的挑戰(zhàn)

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

　　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。舉個例子，由于CMOS器件沒有活動部件，因此不需要釋放工藝。正因為如此，當(dāng)活動部件“粘”在表面上，導(dǎo)致設(shè)備故障時，就會產(chǎn)生靜摩擦，CMOS沒有這種問題。

　　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）也稱為Bosch工藝（因為該工藝在20世紀(jì)90年代由Bosch開發(fā)），是專為MEMS設(shè)計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

　　盡管歐美國家多年來一直在推動MEMS創(chuàng)新，但直到現(xiàn)在，還沒有一家建立MEMS專用工廠。雖然有些公司有MEMS工藝生產(chǎn)線，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)線可能是中國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，理解這一點非常重要。一種器件沒法讓MEMS生產(chǎn)線盈利，因為人們不需要5萬個初制晶圓。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)卻分布在多個廠家。

　　3 中國MEMS制造廠和實驗設(shè)備的挑戰(zhàn)

　　總體來看，中國在MEMS應(yīng)用的內(nèi)部開發(fā)方面落后于世界其他先進(jìn)國家。目前，中國面臨著與歐美國家多年前一樣的制造和設(shè)備挑戰(zhàn)，而且隨著歐美國家不斷推進(jìn)發(fā)展，中國較難迎頭趕上。鑒于中國當(dāng)前與其他國家之間的關(guān)系，中國正在加緊發(fā)展國內(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器件都是專用的，沒有像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)備不僅要滿足今天的需要，還要滿足未來5~10年的需要。因此，為應(yīng)對未來發(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。

　　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？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)來說，這種能力都在海外——在歐洲或美國。

　　MEMS代工廠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（foundry）模式。

　　總之，除非你是一個為多家MEMS服務(wù)的代工廠，否則建立自己的代工廠是沒有意義的。對于中國內(nèi)部的MEMS市場來說，可以采取合作的方式來替代外包，即幾家MEMS公司共用一家工廠。歸根結(jié)底，選擇最終要帶來最佳的投資回報。

　　5 良率指標(biāo)更為關(guān)鍵

　　memsstar一直專注于技術(shù)、工藝和良率。memsstar通過實現(xiàn)這些目標(biāo)，來確?？蛻粼诋?dāng)前和未來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。因為無論你能生產(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)歷了概念驗證、原型制作、試產(chǎn)和生產(chǎn)制造等多個階段。如果在概念設(shè)計和可行性階段使用不同的工藝工具，它們可能不會過渡到主流制造設(shè)備。memsstar作為MEMS蝕刻和表面涂層方面的專家，提供了專業(yè)知識、經(jīng)驗和專有技術(shù)，并且提供從研發(fā)到生產(chǎn)的全套設(shè)備。memsstar的MEMS產(chǎn)品融合了下一代專有的釋放蝕刻和涂層技術(shù)，以及專有和再使用半導(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開發(fā)和生產(chǎn)準(zhǔn)備制造。

　　（注：本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第06期。）