半導(dǎo)體技術(shù)在摩爾定律上似乎走入了瓶頸期，而超越摩爾定律的新興技術(shù)卻受到了眾多公司的青睞,，其中MEMS以無處不在的應(yīng)用潛力攫取了業(yè)界大大小小公司的眼球,。

MEMS設(shè)計，EDA先行

相對于CMOS工藝,，MEMS的復(fù)雜性在于其涉及機械,、聲學(xué)、光電,、化學(xué),、生物等多學(xué)科，而兩者都離不開EDA軟件工具的輔助設(shè)計來完成這些復(fù)雜工作,，縮短開發(fā)時間,、降低成本。MEMS設(shè)計工具供應(yīng)商Coventor中國區(qū)MEMS產(chǎn)品經(jīng)理覃裕平在介紹其“MEMS+IC”的通用開發(fā)平臺時指出,，傳統(tǒng)面向CMOS ASIC的MEMS芯片總是單獨進行設(shè)計,，此外MEMS結(jié)構(gòu)的設(shè)計采用三維CAD系統(tǒng)，當(dāng)把MEMS設(shè)計轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體電路模擬器和驗證工具時,，對工藝參數(shù)進行繁瑣的手工翻譯會帶來諸多不便,。MEMS與IC設(shè)計流程的割離導(dǎo)致了冗長的開發(fā)周期和高額成本,。Coventor通過與Cadence合作，于今年10月推出了MEMS+設(shè)計平臺,，集成Cadence Virtuoso IC設(shè)計環(huán)境,，更好地實現(xiàn)了“MEMS結(jié)合IC”設(shè)計流程的整合與標(biāo)準化。MEMS+參數(shù)化設(shè)計版式提供了新的標(biāo)準,，使得MEMS生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的各個合作伙伴間的通訊更加便利,。MEMS+涵蓋了目前MEMS設(shè)計所有動作定義，并不斷更新定義庫如微流體等,。

Cadence VCAD APAC模擬/混合信號設(shè)計經(jīng)理張劍云指出,，混合信號和MEMS的集成有著復(fù)雜的流程，需要保證MEMS設(shè)計與IC設(shè)計的無縫結(jié)合,。傳統(tǒng)上,，MEMS設(shè)計流程采用從建模到有限元模擬的自頂向下方法,，Cadence SIMPLI提供了MEMS和IC設(shè)計者間的橋梁,，可以幫助降低集成風(fēng)險和成本、加速混合信號/MEMS設(shè)計上市時間,，如在發(fā)布MEMS IP同時保護設(shè)計詳情安全性,、在CMOS設(shè)計集成時不改變IC流程，以及管理EDA流程中MEMS引起的寄生效應(yīng),，復(fù)用并遷移MEMS設(shè)計IP等,。他表示，EDA工具觸角很廣,，利用在ASIC的EDA經(jīng)驗,，可幫助用戶將MEMS與ASIC很好地結(jié)合，而未來MEMS商機無限,。

MEMS制造的兩面性

MEMS加工方法采用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造工藝,，如光刻、刻蝕,、鍵合互連等,，但由于MEMS器件結(jié)構(gòu)的特殊性，其加工需要特殊的裝置,。來自MEMS領(lǐng)域設(shè)備供應(yīng)商SUSS MicroTec的中國總經(jīng)理龔里表示,，對于MEMS的深溝槽工藝，涂膠往往不能保證很好的臺階覆蓋均勻性,，需要采用噴膠方法;MEMS還要采用雙面光刻機和大景深光刻,，雙面曝光的對準是MEMS光刻的關(guān)鍵，分立和大功率器件等分辨率要求較低的一般選用掩膜版與掩膜版調(diào)節(jié)/對準的機械方法,，而目前更多則是采用雙聚焦顯微鏡方法對準,。上海微電子裝備有限公司副總工程師周暢表示,，隨著MEMS/TSV對光刻工藝要求的不斷提高，步進投影光刻機的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn),，公司也首次推出投影式光刻機SS B500系列,，可處理200mm和300mm晶圓，希望藉平臺化的配置兼容MEMS和CMOS產(chǎn)品,。龔里還指出,，MEMS與CMOS集成鍵合時，溫度不能超過450oC,，否則容易產(chǎn)生應(yīng)力,、破壞微結(jié)構(gòu)和引起失效，但采用等離子體預(yù)處理后,，無需高溫退火,，也可牢固地鍵合兩片晶圓。

盡管借鑒了IC工藝,，但由于MEMS器件的封裝工藝占據(jù)其大部分成本,，因此器件需要在封裝之前進行測試，在早期對產(chǎn)品進行功能測試,、可靠性分析及失效分析可以降低產(chǎn)品成本和加速上市時間,。而MEMS器件的多樣性也使得測試成為一項極具挑戰(zhàn)的工作。龔里說,，MEMS除了電激勵外,，還需測量聲、光,、振動,、流體、壓力,、溫度或化學(xué)等激勵的輸入輸出,。MEMS的晶圓級測試需在真空或特殊氣體等可控的環(huán)境下進行，通用的封閉平臺可以測試RF MEMS,、諧振器等器件,，以及像加速度計和陀螺儀之類的慣性傳感器。

成品率是Fab的生命,，對于MEMS也同樣重要,，因此作為MEMS成品率提升的關(guān)鍵技術(shù)MVD(分子氣相沉積)倍受關(guān)注。來自宇燦股份有限公司的趙先忠在介紹Applied MicroStructures的MVD技術(shù)時表示,，如MEMS傳感器的具有高深寬比的梳狀(Comb)結(jié)構(gòu)和MEMS微麥克風(fēng)的薄膜等,，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)間沾粘的問題。使用MVD沉積抗粘薄膜涂層后,，沾粘問題將可迎刃而解,，對于MEMS制造而言,，成品率可提升約14%。MVD具有低成本,、環(huán)境友好,、高質(zhì)量薄膜沉積特點，目前全球各大MEMS大廠均已采用MVD設(shè)備,。

Fabless與Fab模式

面對爆炸式成長的MEMS市場,，無論是Fabless或Fab都自然不會放過這個“蛋糕”，隨著晶圓代工大廠TSMC,、UMC和SMIC的強勢進入,，而諸如ASMC這樣特制化的代工廠也獨辟蹊徑，一場MEMS代工的“暗戰(zhàn)”拉開帷幕,。

耕耘于MEMS領(lǐng)域10年之久的美新半導(dǎo)體(MEMSIC)依靠Fab-lite模式成為國內(nèi)MEMS成功的典范,，MEMSIC R&D經(jīng)理楊宏愿指出，將CMOS與MEMS集成是MEMSIC成功的重要因素,。他表示,，創(chuàng)新的運動傳感器技術(shù)加速了MEMS價格的降低，MEMSIC的目標(biāo)是將陽春白雪的高端傳感器拉下神壇,，成為普遍型的應(yīng)用產(chǎn)品,。MEMSIC目前正在開發(fā)由3軸地磁傳感器和2軸加速計組成的5軸定位系統(tǒng)，未來將開發(fā)6軸方案,，而地磁傳感器將是下一個像加速計的產(chǎn)品。

TSMC主流技術(shù)事業(yè)發(fā)展處長劉信生表示,，成功的廠商需要在1年內(nèi)推出產(chǎn)品,，而目前近60億美元的MEMS產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有相當(dāng)多的高手，因此選好代工伙伴對于MEMS廠商非常關(guān)鍵,。MEMS的進一步成長必須利用好現(xiàn)有CMOS的投資和基礎(chǔ)設(shè)施,。他指出，目前工藝已從4,、6寸轉(zhuǎn)向8寸,，選擇的合作伙伴需要有長遠的線路圖，而不僅僅是一兩代的產(chǎn)品計劃,。

上海先進半導(dǎo)體(ASMC)COO孫臻則認為,，MEMS 產(chǎn)業(yè)有別于半導(dǎo)體(IC)產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)下游終端產(chǎn)品邁向經(jīng)濟規(guī)模效益的發(fā)展模式，MEMS著重在以客制化的微加工制程服務(wù),，來提升現(xiàn)有終端產(chǎn)品的附加價值,，以維護產(chǎn)品在市場上的獨特競爭利基。他表示,，ASMC推出自己業(yè)務(wù)模式,，以量至上,，快速達到一定經(jīng)濟規(guī)模，再以有競爭力的成本,，結(jié)合其他MEMS技術(shù),，共同拓寬市場需求量。

MEMS不走尋常路

據(jù)Yole Développement預(yù)測,，2010年及隨后四年內(nèi)MEMS市場將重啟12%的年比凈增長率,，而MEMS代工將超過25%增長率。當(dāng)前的經(jīng)濟衰退使得許多系統(tǒng)制造商停止內(nèi)部制造,，轉(zhuǎn)向外包代工;晶圓級封裝和采用TSV的3-D芯片堆疊也將驅(qū)動MEMS代工的成長,。面對未來的巨大成長空間，MEMS是走CMOS IC的專業(yè)標(biāo)準化合作之路還是走非標(biāo)準的特殊工藝之路?來自學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的專家也針對于此展開了激烈的辯論,。

北京大學(xué)李志宏教授認為,，“One MEMS, One Process”，MEMS的模式開始應(yīng)該是從不標(biāo)準到標(biāo)準再到不標(biāo)準,。MEMS的機械部分是IC所沒有的,，起始之路是不標(biāo)準的;然后由于制造成本昂貴， MEMS廠商可能尋求Foundry和標(biāo)準的工藝,，但無疑會犧牲MEMS器件本身的特點和性能,，因此有一個階段MEMS會向幾個標(biāo)準化方向靠近;但是最終，MEMS會出現(xiàn)很多不同的分支,，呈現(xiàn)不標(biāo)準化,。SUSS的龔里表示，MEMS有硅基的,、非硅的,、氧化礬和氧化鐵的等，材料不同,，設(shè)計也不同,，且客戶對于MEMS產(chǎn)品的需求多樣化，沒有辦法去標(biāo)準化,。上海交大微納科學(xué)技術(shù)研究院趙小林教授表示,，硅基MEMS可能走向標(biāo)準化IC工藝，但還有很多非硅,、流體或磁MEMS產(chǎn)品,，這些要形成標(biāo)準化非常困難。ASMC的孫臻表示,，每個MEMS公司都有自己產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢,，而Foundry所做的更多是降低成本。因MEMS系統(tǒng)設(shè)計涉及光、機,、電與材料等技術(shù)領(lǐng)域,，量小品種多，不易發(fā)展出標(biāo)準化的產(chǎn)出模式,，因此產(chǎn)業(yè)鏈還需要一點時間醞釀,。而目前MEMS大廠也以IDM居多。對于中國MEMS產(chǎn)業(yè)來說,，更多的需要通過合作形成一個“虛擬MEMS IDM”,。

上海復(fù)旦大學(xué)鮑敏航教授說，MEMS產(chǎn)業(yè)已有很多成功者,，但是更多的還是在研發(fā),，要把產(chǎn)品進行量產(chǎn)，但很多公司沒有太多資金去建立生產(chǎn)線,，因此需要實現(xiàn)工藝的標(biāo)準化,，小公司就有機會通過Foundry去實現(xiàn)產(chǎn)品化，而MEMS產(chǎn)業(yè)也因此獲得更多創(chuàng)新產(chǎn)品,，未來表面硅工藝會慢慢取代體硅工藝,。Coventor的覃裕平和Cadence的張劍云同時指出，需求是行業(yè)發(fā)展的最終動力,，要走大眾化消費品的路線,，MEMS必須標(biāo)準化，否則成本很難降低,。MEMSIC的楊宏愿認為,，MEMS必須標(biāo)準化是個商業(yè)考量，它需要通過標(biāo)準化來降低成本和獲得利潤,。盡管市場上存在許多種MEMS,，但最終市場會做出選擇，如果有些不適合產(chǎn)業(yè)化,，就會“慢慢死”。TSMC的劉信生表示,，MEMS的發(fā)展離不開CMOS,，對于MEMS產(chǎn)品，不僅要在實驗室獲得成果,，更重要的是在市場上實現(xiàn)規(guī)?；@得利潤，與標(biāo)準CMOS工藝的融合則是助其成功的最大利器,。