电子产品世界

“游戏曾经是你生活中的一部分，现在你将成为游戏中的一部分”，用这句话来形容风靡世界的Wii游戏机再合适不过。Wii最大的特点是无线和动作感应，其以人体工学设计的遥控器还原了我们日常生活中的各种传统动作。它可以在游戏中充当一把剑，又或者是你手中的画笔和方向盘。这一切是如何实现的呢？嵌入其中的MEMS传感器件功不可没。Wii正是采用了以MEMS为基础的三轴加速度感测器从而实现了游戏玩家的“身临其境”，并一举占领了市场。

MEMS到底能为我们做些什么？从iPhone手机里的游戏、计步器、测量气压及天气预报等功能，到Nike运动鞋中的压力传感器，再到现在风靡市场的Wii游戏机的手持柄，几乎所有流行前沿的新鲜物品都出现了MEMS的身影，更不用说传统的汽车电子和其它消费电子产品。

1987年，美国利用集成电路制造工艺首次制作出直径为100μm的硅静电微电机，由此开创了采用微电子技术制造微机械的崭新领域。微电子与微机械技术相结合，形成了今天的MEMS系统。MEMS技术本质上是将机械、光学、电气和电子的子元件融合成一个集成系统，在单个芯片上实现与宏观世界一样的功能。与半导体芯片相比，MEMS将远远超越电子学的范畴，使芯片承载更多的功能。

MEMS厉兵秣马

MEMS即微电子机械系统，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。它用微电子技术和微加工技术相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。

MEMS虽然由来已久，但是其全面商品化也就是最近几年的事情。不过MEMS惊人的发展速度、广阔的市场前景和较高的利润还是吸引了越来越多的目光。据Yole Development预测，在未来5年内，MEMS将保持平均17%的增长率。在Wii和iPhone等高端电子消费品的拉动下，2008年MEMS的销售额有望达到14%的增长，2010-2012年将达到18-19%。MEMS的主要市场推动者是麦克风、微型显示器、RF MEMS器件、压力传感器以及加速度计等，仅麦克风和RF MEMS器件在2011年就将占到总制造量的45%。

目前，我国在压力传感器、加速度计、麦克风、惯性传感器、温度传感器、流量传感器等产品方面，从理论研究、产品设计到批量生产技术方面都已日趋成熟，汽车电子的国产化率也在不断增高。在高端消费品MEMS仍无法与国外竞争对手抗衡的情况下，保持传统优势产品，并积极开拓诸如汽车电子等领域将是国产MEMS产品切入市场的最佳策略。

MEMS高速发展的受益者不仅有广大消费者，设备和材料厂商也将获得较好的发展空间。图1是MEMS设备和材料的发展预测，节节攀升的数字让人们对未来的发展持乐观态度。设备方面最为抢眼的当属刻蚀设备，不仅所占份额最大，近12%的增长率也极其可观。材料方面则是气体与化学品、掩膜版和硅衬底“三分天下”。

从晶圆厂、设备厂、材料供应商到封装厂和软件开发工具，有大量的资源支持MEMS开发的快速上市和降低成本的需求。同时，巨大的市场需求也无形而有力的推动着MEMS制造的发展。继 “代工双雄” 台积电和联电加速升级8寸厂的MEMS制造后，中芯国际于不久前也宣布将在2009年第一季度开始采用200mm生产线投入MEMS的量产，这也许是国内MEMS制造向8寸代工厂转移的信号。

CMOS代工企业要从事千差万别的MEMS代工服务并不容易，器件多样性带来的除了让人眼花缭乱的产品外，更多的是制造的困难和特殊性。

多样性带来特殊性

使用广泛的硅基MEMS工艺技术是在硅集成电路生产工艺，如CMOS基础上发展而来的，它们之间有很多相似之处。但是与CMOS器件不同，MEMS器件的多样性为工艺制造带来了极大的困难。现如今，MEMS借鉴CMOS的经验、向CMOS标准化制造靠拢是总的发展趋势，许多的MEMS产品都是半导体技术的延伸和扩展。尽管已有相当部分的MEMS工艺可采用标准CMOS制造工艺，但是其还具有自身的一些特殊工艺，如深反应离子刻蚀（DRIE）、双面光刻等，这些工艺的发展直接影响到MEMS的未来。

消费市场的需求是MEMS发展的巨大驱动力，它要求MEMS制造商不断减小芯片的尺寸以提高产能、降低成本。这就对刻蚀提出了新的要求，因为MEMS器件对深宽比结构的要求比一般的半导体器件更高。CMOS制造中的干法刻蚀对MEMS要求的垂直侧壁的高深宽比结构无能为力，由此诞生了DRIE技术。

根据反应机理不同，DRIE可分为低温工艺和高温工艺两种。以SF6/O2为刻蚀气体的低温DRIE虽然可以使结构侧壁较为光滑，但由于采用低温，光刻胶容易破裂。目前的主流工艺为分别以SF6和C4F8作为刻蚀和钝化气体的高温DRIE，即Bosch技术（图2）。该技术的重点是刻蚀与钝化交替进行。钝化层同时在槽的侧壁和底部生长，由于等离子的方向性刻蚀，底部的钝化层更容易被刻蚀掉，槽的侧壁在刻蚀时由于有钝化层的保护而不被刻蚀掉，从而得到垂直性很好的高深宽比结构。

关键词： 成长 CMOS MEMS