在某種程度上,,MEMS可以看作CMOS集成電路的擴展,。如果將CMOS比喻為人的大腦和神經網絡,那么MEMS就是大腦智慧的手臂,,為這信息系統(tǒng)提供了獲取信號的微傳感器和執(zhí)行命令的微執(zhí)行器,。
生產MEMS與CMOS集成芯片也還存在以下問題:1)與IC半導體芯片相比,MEMS器件需要用到更為復雜的材料與分層;2)構建MEMS結構所需要的專門工藝不容易集成到半導體工廠,。
人們早期認為,,將MEMS與CMOS模塊集成到單芯片上的任務非常困難。因為在制程上MEMS與CMOS存在很大差異:1)MEMS包含一些可動的機械構件,,需要在一些如熱驅動,、靜電驅動、磁驅動下執(zhí)行動作,,不能采用CMOS傳統(tǒng)方法進行封裝,。2)多功能MEMS應用與傳統(tǒng)的CMOS產業(yè)制造不同,如包含更多步驟,、背面工藝,、特殊金屬和非常奇特的材料以及晶圓鍵合等等。3)基底材料有所不同,。在生物和醫(yī)療領域,,很多地方都選用玻璃和塑料而非硅片作為MEMS基底,甚至出于降低成本原因使用塑料制作一次性醫(yī)療器械,。4)設計思路不同,。CMOS電路是從上往下設計,適合于復雜微系統(tǒng)設計,,需要良好的預定義工藝模塊;而MEMS多數(shù)從下往上設計,,需要建立特殊工藝文件。5)CMOS與MEMS產品與技術生命周期不相同,。CMOS產品遵循摩爾定律,,產品生命周期不到半年就會被淘汰;而結構設計合理的MEMS產品生命周期可延長到2年。因為這些差異,人們在早期并沒有努力將CMOS與MEMS結合起來,。
在單芯片上集成MEMS與CMOS電路的嘗試是由分離器件向集成電路規(guī)?;D變的行業(yè)趨勢帶動的。早期器件采用將裸片堆疊的方式,,將復雜功能分散于處理器與傳感器多塊芯片上,,容易導致芯片尺寸大小、可制造性和一致性等方面的缺陷,。因此,,人們迫切希望將MEMS技術與CMOS工藝結合,利用CMOS標準化工藝,,實現(xiàn)傳感器,、執(zhí)行器、信號采集,、數(shù)據處理,、控制電路一體化混合集成在一塊三維硅片上,實現(xiàn)多種功能的智能化集成,。
CMOS-MEMS集成單芯片是單一微觀器件制造領域的里程碑,,與傳統(tǒng)多芯片MEMS模塊相比有以下優(yōu)勢:1)利用了CMOS工藝的標準化規(guī)模效應,大幅降低制造設備和材料成本,。2)高度集成化、系列化的嵌入式MEMS芯片將大大縮短MEMS產品的開發(fā)周期與制造成本,。3)采用CMOS設計和材料會使MEMS產品具有更優(yōu)異的性能和可靠性,。出于對高靈活性、高性能的解決方案的追求與降低成本的壓力,。許多著名的CMOS半導體公司,,包括STM、Infineon,、Motorola(Freesacle),、Fairchild、 Dalsa Semiconductor,、Semefab,、Elmos與Xfab等,都相繼投入MEMS產業(yè),,生產CMOS-MEMS集成芯片,。