作者：Alain DELPY，Soitec 業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理
微機電系統(tǒng) (Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS) 是迄今最具潛力的 CMOS 傳感器與驅(qū)動器電子器件集成解決方案。通過在 200mm 的單晶頂層硅下提供氧化埋層，SOI 襯底能夠為創(chuàng)新的 MEMS 器件設(shè)計提供更多可能。
來源：Soitec
不斷增長的 MEMS 市場
MEMS 通常被定義為一種產(chǎn)品或工藝，可應(yīng)用于廣泛的市場。據(jù)市場分析專家 Yole 預(yù)測，MEMS 全球市場規(guī)模到 2026 年將達到 182 億美元。MEMS 將覆蓋消費、汽車和工業(yè)等領(lǐng)域，終端產(chǎn)品也將涉及極為廣泛的應(yīng)用與功能，包括麥克風、耳機、陀螺儀、噴墨打印機、壓力傳感器、氣體傳感器等。截止 2024 年，全球 MEMS 器件將達到約 200億顆，這對主攻 150mm 和 200mm 晶圓的代工廠來說意味著巨大的商機。
在這個活躍的市場中，SOI(絕緣體上硅)晶圓為 MEMS 技術(shù)提供了一種智能解決方案，助力提升器件的工藝效率、良率及穩(wěn)定性。
MEMS：從模擬世界進入數(shù)字系統(tǒng)的大門
傳感器被用于捕捉模擬世界的信息，并將物理測量值轉(zhuǎn)換為電信號，隨后通過數(shù)字系統(tǒng)進行處理。在此基礎(chǔ)上，可以應(yīng)用人工智能軟件層來提升應(yīng)用的性能。
MEMS 芯片與其他關(guān)鍵功能共同集成以應(yīng)對各種環(huán)境限制，使其能夠捕捉或傳播現(xiàn)實生活中的各種物理效應(yīng)。
MEMS 器件的主要功能模塊
該工藝節(jié)點的能力提升和性能優(yōu)化為設(shè)計者提供了多種選擇，包括混合解決方案或封裝內(nèi)的芯片堆疊。在理想條件下，使用優(yōu)化 CMOS 工藝節(jié)點并將所有傳感器共同集成到單個芯片上的“復(fù)合型傳感器”，體現(xiàn)了集成的最高水準。
采用 SOI 優(yōu)化襯底的 MEMS(來源：CEA-Leti)
這種尖端的工藝采用 SOI 解決方案，通過顛覆性的方法將多個傳感器集成于同一芯片上。 例如，高級陀螺儀將加速度計、壓力傳感器和精密振蕩器集成于一體。
SOI 襯底優(yōu)勢何在?
SOI 晶圓由單晶頂層硅、氧化埋層(用于隔離體硅)和體硅組成。Soitec 的優(yōu)化Smart Cut™解決方案能讓設(shè)計人員得到獨特且極其均勻的 SOI 層，從而在 MEMS 設(shè)計中實現(xiàn)多種用途。Soitec 可根據(jù)需求為頂層和基底提供不同的摻雜水平，最終獲得不同的材料電阻率。
SOI 襯底結(jié)構(gòu)
頂層硅顯然是 MEMS 中最敏感的部分，它是晶圓結(jié)構(gòu)中的有源層，能夠識別、監(jiān)測與量化物理效應(yīng)。采用 Smart Cut 技術(shù)生產(chǎn)的 SOI 晶圓硅薄膜，能夠符合標準嚴格的厚度、粗糙度和其他幾何參數(shù)規(guī)范，確保設(shè)計能夠滿足最苛刻的終端應(yīng)用要求和 MEMS 產(chǎn)品要求。而且，通過外延沉積技術(shù)，頂層硅的厚度還可擴展至 20µm。
氧化埋層的選擇性蝕刻(范圍從 300nm 到 3.9μm)能夠獲得厚度精確的單晶頂層硅薄膜，設(shè)計人員可由此構(gòu)建諸如薄膜、懸臂梁或其他智能傳感器類型的器件。MEMS 結(jié)構(gòu)中的氧化埋層還可用于隔離電子器件與基底。
厚度和均勻性是關(guān)鍵的 SOI 差異性參數(shù)，決定了是否能為先進的 MEMS 器件(例如 CMUT)提供可復(fù)制的生產(chǎn)工藝。憑借 Smart Cut 技術(shù)，設(shè)計人員可以實現(xiàn) MEMS 器件的最小化，并且更好地控制潛在的工藝偏差以及提高良率。
Soitec 的 Smart Cut 工藝是唯一能夠高度控制嚴格均勻性的 SOI 襯底技術(shù)，從而實現(xiàn)超薄的 SOI 襯底。對于較厚的 SOI 層，借助外延沉積層等技術(shù)，Soitec 的 200mm 晶圓可以實現(xiàn)豐富的功能組合。
Soitec 還考慮在極小的腔體上進行 Smart Cut 沉積，以滿足超聲或光子傳感器等要求更加嚴苛的應(yīng)用。
Soitec 豐富的產(chǎn)品組合
總結(jié)
SOI-MEMS 襯底為需要超薄 SOI 單晶和嚴格均勻性的先進 MEMS 器件提供了真正的差異化設(shè)計。Soitec 擁有豐富的產(chǎn)品組合，SOI 層厚度從 140nm 到 20µm 不等，氧化埋層厚度可達 3.9µm，SOI 層和基底晶圓的電阻率根據(jù)要求可降至 0.01Ohm.cm。
從原型設(shè)計到 200mm 晶圓的大批量生產(chǎn)，Soitec 上海辦公室可幫助客戶選擇最佳方案，并提供最優(yōu)服務(wù)。
憑借豐富的材料產(chǎn)品，如 SOI、SiC、GaN 或化合物半導(dǎo)體，Soitec 可供應(yīng)數(shù)百萬的 150mm、200mm 和 300mm晶圓，服務(wù)于汽車和工業(yè)、移動通信和智能設(shè)備市場。
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關(guān)于Soitec
法國 Soitec 半導(dǎo)體公司是設(shè)計和生產(chǎn)創(chuàng)新性半導(dǎo)體材料的全球領(lǐng)先企業(yè)，以其獨特的技術(shù)和半導(dǎo)體領(lǐng)域的專長服務(wù)于電子和能源市場。Soitec在全球擁有約 3,500 項專利，在不斷創(chuàng)新的基礎(chǔ)上滿足客戶對高性能、低能耗以及低成本的需求。Soitec 在歐洲、美國和亞洲設(shè)有制造工廠、研發(fā)中心和辦事處。Soitec 全力致力于可持續(xù)發(fā)展，于 2021 年將可持續(xù)發(fā)展納入企業(yè)宗旨：“我們提供科技創(chuàng)新的土壤，賦能電子設(shè)備的智能和節(jié)能，締造可持續(xù)的美好生活。 ”
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