CMOS MEMS工艺开创新的里程碑

大多数MEMS器件所需的独特制造工艺限制了传统MEMS技术的发展。与此相反,CMOS MEMS生产工艺则代表了单一器件制造的一个里程碑。CMOS MEMS是一种新方法,它在标准CMOS半导体材料内直接构造MEMS结构。

Akustica公司的CMOS MEMS结构构造于CMOS的金属介电层上,这些层是在标准CMOS工艺流程中沉积的。Akustica的工艺与其它MEMS技术有显著不同,其它MEMS技术是将相应结构构造在CMOS上的薄膜上,所以,这些技术仅与CMOS兼容。而Akustica的技术支持系统设计师将多个传感器及附属电路整合进一个公共平台,而采用其他技术,设计师将不得不诉诸不同的工艺技术及封装以逐个构造各个独立电路。在单一CMOS MEMS裸片上的传感器共享相同的硅衬底,并在片上进行连接,因此,各个传感器的总体性能好于各个单独传感器性能的叠加。

目前,MEMS开发需要客户定制和受控的MEMS生产工艺,这似乎已成为一种惯例。例如,象德州仪器的数字光处理器(DLP)这种在市场上取得商业成功的设计需要巨大的资金投入、不懈的努力和很长的开发周期。为加快MEMS的商品化步伐和普及MEMS应用,需要另一种开发战略。这对消费电子产品来说,尤其如此。消费电子产品市场是这样一个宽广的领域,非常适合小规模、按批量定价的可编程器件的应用,这些可编程器件提供应用和系统级的智能功能,并在同一器件内实现感知能力。

时代在变迁,这也为设计师带来福音。CMOS MEMS在单一芯片上整合机械部件和信号处理的能力,为智能传感器打开了包括消费电子市场在内的各种新应用领域。

CMOS MEMS芯片不久将与标准CMOS器件一样普遍。这要归功于CMOS模型和仿真工具的广为使用。对开发CMOS MEMS来说,这些工具当然将同样的亲和及便于使用。借助于半导体工业的规模效益、高质量及成熟度,CMOS MEMS将提供一种经济的解决方案,在数周内完成从设计到原型的整套流程。

专门从事MEMS行业研究的WTC公司的Henning Wicht博士预测,麦克风、存储器、微能量(micro-energy)电源和芯片冷却器是我们将很快见到的一些MEMS器件。

的确,CMOS MEMS麦克风将是Akustica首先推出的产品之一。我们期望,MEMS麦克风不久将取代驻极体电容器麦克风,后者是一种已有几十年历史的技术。Akustica制造的MEMS麦克风的一致性将比驻极体电容器麦克风的一致性好4倍以上,所以,人们认为MEMS麦克风特别适合高性价比的麦克风阵列应用,其中,匹配得更好的麦克风将改进声波形成并降低噪声。

因这些麦克风是采用传统CMOS技术制造的,所以,新麦克风的设计步调将与诸如笔记本PC、手机和数字媒体系统等消费电子领域的快速设计周期相同步。

麦克风仅是其中一种应用。CMOS MEMS将使把所有机电传感器结构加之模拟和数字信号处理功能整合进单一芯片成为可能,从而将声学、惯性和RF系统集成在一个芯片内。这样,数不尽的电子产品将具有听说功能,并能感知其周围环境。

作者:Ken Gabriel

创建人兼首席技术官

Akustica公司