敢问MEMS制造之路在何方？中芯国际“指点江山”

2015年10月27日，中国半导体行业协会MEMS分会一届二次会员大会暨年会在苏州国际博览中心举办，中芯国际集成电路制造（上海）有限公司咨询技术总监黄河为大家演讲了题为《MEMS及圆片系统集成代工的机遇与挑战》的演讲。 中芯国际从2008年进入MEMS产业界，发展到今天已经变成国内排名第一的MEMS代工厂，可谓是行业先驱。因此，站在中芯国际的角度，黄河博士和大家探讨了MEMS行业驱动力、、MEMS技术现状和趋势、MEMS和IC集成技术、晶圆级封装和系统级封装解决方案，以及中芯国际的MEMS代工厂情况。

最早的MEMS传感器从工业和汽车应用开始，发展到智能手机和可穿戴设备，再到广阔的物联网。一路走来，未来MEMS产业真正的需求是什么？黄博士指出，低功耗、低成本、多功能化，都是未来MEMS产业的发展方向。

中芯国际技术总监黄河演讲

为了适应市场运营机制，在明确未来的市场驱动因素和即将大规模增长的产品方向上，中芯国际正努力实现每月几万圆片的产能。因为中芯国际的MEMS晶圆尺寸为8英寸，没有一个大的市场容量，很难"喂饱"MEMS工厂。所以中芯国际不可能只做特种传感器。黄博士说道"上亿万级的MEMS市场才是中芯国际要做的！"

从产业发展角度而言，除了圆片代工本身，中芯国际还关注三个方面：其一，密封封装（Sealed Package）；其二，盖帽/开孔（Cap w/Hole）；其三，光学封装盖帽（Opti Cap）。黄河博士表示，中芯国际将市场上的MEMS产品分成上述三类后，再从封装和系统集成的角度来构架完整的解决方案。真正的制造技术驱动力主要有两个：一个是传感功能，另一个是制造成本。中间出现了第三个是软件功能，如下图所示。

MEMS IC制造技术的驱动力

相比CMOS代工，MEMS代工有着截然不同的特点：1、新工艺，如深硅刻蚀、晶圆键合、真空封装、TSV WLP等。2、新材料，如合金材料、磁性材料、压电材料。3、测试方法，CMOS是平面工艺，而MEMS则是立体工艺，需要专门测试方法；MEMS最关键的是机械应力和可靠性问题。。4、供应链复杂，包括MEMS芯片、ASIC芯片、划片、封装和测试（电学和机械性能）、校准等。

黄博士："我们需要一个定制式的MEMS工艺线，因为决不能污染传统的CMOS工艺线。我们工作了这么多年，也是苦口婆心告诉大家，中芯国际在MEMS领域投了非常多的钱，但是我们还是在‘打工’阶段。国内一些代工厂宣称可以做MEMS，但是大家明白，如果真要进入MEMS，不投入几个亿是没法玩的。"

MEMS与CMOS工艺区别综述

谈完CMOS和MEMS代工的区别，黄博士给出了一张图，显示的是过去一年间他收集的MEMS各大领域最关键的东西，具有很大的参考价值。首先是CMOS集成电路，国际上主流是0.18和0.13微米工艺，甚至达到0.11微米。但是真正先进的国际厂商，已经要走到55纳米和44纳米，而且是low power。

主要MEMS领域产品的工艺路线图

电子罗盘的要求是三轴磁力计、1度以下偏差、低功耗。现在国内有人用将GMR做在CMOS上，国际大厂已经在往8英寸TMR上走，这对所有代工厂和制造厂商都产生了很大的冲击，因为这样一条生产线需要巨大的投资。但是TMR可以实现1度以下，甚至0.01-0.05度的精度，这让国际大厂不惜血本投资TMR生产线。

惯性传感器采用8寸圆片生产3轴惯性传感器已经普及，国际大厂已经开始采用8寸生产单片集成6轴组合传感器，未来将会有12寸3轴、12寸6轴。从产业发展的角度而言，这都是有可能发生的。

RF MEMS未来的发展方向将是更高的频率、更低的成本。BAW和SAW滤波器很多是6寸，未来将以8寸为主。MEMS麦克风将来将拥有更高的信噪比、敏感度、更小的尺寸。压力传感器强调灵敏度和更小的尺寸，将来可能出现8英寸或12英寸的点。气体/化学传感器是一个综合概念，但是要求很高，需要低功耗。也许一两年以内，可以直接在CMOS上做MEMS，并且用在智能手机上。最后是光辐射传感器（包括红外探测器），必须要做小、变得低功耗、高灵敏度。因为这类传感器可以用于可穿戴设备和物联网。

从上述图表可以看出，中国做MEMS与国际大厂之间的差距，也为大家指明了未来的机遇，如果可以在这些关键应用领域拔得头筹，相信中国MEMS必将崛起。

分析完MEMS制造现状，黄博士为大家展示了处于领先地位的MEMS晶圆厂，提供传感器、3D IC和3D晶圆级封装。，第一阶段主要提供CMOS图像传感器、MEMS传感器、硅通孔晶圆级封装。现阶段，在MEMS厂商供应链参差不齐的状况下，如何改变这种局面呢？黄博士指出，MEMS和CMOS供应链需要协同合作，芯片级测试和封装、设备供应商、材料供应商、产业组