memsstar談MEMS刻蝕與沉積工藝的挑戰

2020-11-22 電子產品世界

　　魯 冰 （《電子產品世界》記者）

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202005/413615.htm

　　不久前，MEMS蝕刻和表面塗層方面的領先企業memsstar向《電子產品世界》介紹了MEMS與傳統CMOS刻蝕與沉積工藝的關係，對中國本土MEMS製造工廠和實驗室的建議等。

　　1 MEMS比CMOS的複雜之處

　　MEMS與CMOS的根本區別在於：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獨有的，例如失效機理。舉個例子，由於CMOS器件沒有活動部件，因此不需要釋放工藝。正因為如此，當活動部件「粘」在表面上，導致設備故障時，就會產生靜摩擦，CMOS沒有這種問題。

　　CMOS器件是在矽材料上逐層製作而成的。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建圖案。另一方面，MEMS是採用體矽加工工藝嵌入到矽中，或通過表面微加工技術在矽的頂部形成。

　　體矽MEMS的深反應離子刻蝕（DRIE）也稱為Bosch工藝（因為該工藝在20世紀90年代由Bosch開發），是專為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，但現在已應用於三維裸片堆疊中，通過矽通孔（TSV）技術進行蝕刻。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蝕刻的特定MEMS工藝。

　　2 將舊CMOS轉換為MEMS生產線

　　儘管歐美國家多年來一直在推動MEMS創新，但直到現在，還沒有一家建立MEMS專用工廠。雖然有些公司有MEMS工藝生產線，但它們並不一定是最先進的。相反，是二次利用舊半導體工廠的方式，為它們注入新的活力。將舊CMOS半導體製造設備的富餘生產能力轉換為MEMS生產線可能是中國可以考慮的一種方法。

　　MEMS器件不太可能達到CMOS器件的產量，理解這一點非常重要。一種器件沒法讓MEMS生產線盈利，因為人們不需要5萬個初制晶圓。即使是MEMS麥克風這種相當高產量的應用，但生產卻分布在多個廠家。

　　3 中國MEMS製造廠和實驗設備的挑戰

　　總體來看，中國在MEMS應用的內部開發方面落後於世界其他先進國家。目前，中國面臨著與歐美國家多年前一樣的製造和設備挑戰，而且隨著歐美國家不斷推進發展，中國較難迎頭趕上。鑑於中國當前與其他國家之間的關係，中國正在加緊發展國內能力，以期獲得獨立供應鏈。

　　MEMS產業發展速度快，創新力強。此外，大多數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為基礎。

　　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MEMS設備並非成功之道。重要的是，設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，為應對未來發展的需要，應儘可能選擇最高生產能力的設備是很重要的，以備援未來。

　　4 MEMS製造需要外包嗎

　　要想成為一家成功的中國MEMS製造公司，是選擇外包還是建廠？這取決於您的商業模式。MEMS集成器件製造商（IDM）並不是孤立存在的。成功的MEMS製造公司擁有多種MEMS產品，能夠處理不同尺寸的晶圓，以及各種材料和工藝。目前，對於中國企業來說，這種能力都在海外——在歐洲或美國。

　　MEMS代工廠之所以存在並取得成功，是因為它們為許多不同的公司生產許多不同的MEMS產品。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服務的代工廠，否則建立自己的代工廠是沒有意義的。對於中國內部的MEMS市場來說，可以採取合作的方式來替代外包，即幾家MEMS公司共用一家工廠。歸根結底，選擇最終要帶來最佳的投資回報。

　　5 良率指標更為關鍵

　　memsstar一直專注於技術、工藝和良率。memsstar通過實現這些目標，來確保客戶在當前和未來都能以最低的成本製造最先進的MEMS器件。許多公司把「產量」作為控制成本的一種方法。而memsstar深信「良率」這一指標更為關鍵。因為無論你能生產多少器件，如果你的良率只有50%，那麼成本就是2倍。

　　memsstar的第二個獨特之處在於，所提供的工藝流程貫穿在MEMS器件發展演變過程中，始終有效。從研發到大規模生產製造，MEMS器件經歷了概念驗證、原型製作、試產和生產製造等多個階段。如果在概念設計和可行性階段使用不同的工藝工具，它們可能不會過渡到主流製造設備。memsstar作為MEMS蝕刻和表面塗層方面的專家，提供了專業知識、經驗和專有技術，並且提供從研發到生產的全套設備。memsstar的MEMS產品融合了下一代專有的釋放蝕刻和塗層技術，以及專有和再使用半導體設備。這一系列產品確保memsstar能夠提供全套蝕刻和沉積解決方案，以支持MEMS開發和生產準備製造。

　　（註：本文來源於科技期刊《電子產品世界》2020年第06期。）

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