MEMS与CMOS技术的异同点

人们早期认为，将MEMS与CMOS模块集成到单芯片上的任务非常困难。因为在制程上MEMS与CMOS存在很大差异：1）MEMS包含一些可动的机械构件，需要在一些如热驱动、静电驱动、磁驱动下执行动作，不能采用CMOS传统方法进行封装。2）多功能MEMS应用与传统的CMOS产业制造不同，如包含更多步骤、背面工艺、特殊金属和非常奇特的材料以及晶圆键合等等。3）基底材料有所不同。在生物和医疗领域，很多地方都选用玻璃和塑料而非硅片作为MEMS基底，甚至出于降低成本原因使用塑料制作一次性医疗器械。4）设计思路不同。CMOS电路是从上往下设计，适合于复杂微系统设计，需要良好的预定义工艺模块；而MEMS多数从下往上设计，需要建立特殊工艺文件。5）CMOS与MEMS产品与技术生命周期不相同。CMOS产品遵循“摩尔定律”，产品生命周期不到半年就会被淘汰；而结构设计合理的MEMS产品生命周期可延长到2年。因为这些差异，人们在早期并没有努力将CMOS与MEMS结合起来。

在单芯片上集成MEMS与CMOS电路的尝试是由分离器件向集成电路规模化转变的行业趋势带动的。早期器件采用将裸片堆叠的方式，将复杂功能分散于处理器与传感器多块芯片上，容易导致芯片尺寸大小、可制造性和一致性等方面的缺陷。因此，人们迫切希望将MEMS技术与CMOS工艺结合，利用CMOS标准化工艺，实现传感器、执行器、信号采集、数据处理、控制电路一体化混合集成在一块三维硅片上，实现多种功能的智能化集成。

CMOS-MEMS集成单芯片是单一微观器件制造领域的里程碑，与传统多芯片MEMS模块相比有以下优势：1）利用了CMOS工艺的标准化规模效应，大幅降低制造设备和材料成本。2）高度集成化、系列化的嵌入式MEMS芯片将大大缩短MEMS产品的开发周期与制造成本。3）采用CMOS设计和材料会使MEMS产品具有更优异的性能和可靠性。出于对高灵活性、高性能的解决方案的追求与降低成本的压力。许多著名的CMOS半导体公司，包括STM、Infineon、Motorola（Freesacle）、Fairchild、 Dalsa Semiconductor、Semefab、Elmos与Xfab等，都相继投入MEMS产业，生产CMOS-MEMS集成芯片。

但生产MEMS与CMOS集成芯片也还存在以下问题：1）与IC半导体芯片相比，MEMS器件需要用到更为复杂的材料与分层；2）构建MEMS结构所需要的专门工艺不容易集成到半导体工厂。