MEMS，有望成为中国半导体的突破口
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作者:SSRT
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发布时间 :2025-04-18
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MEMS传感器的主要构造？MEMS芯片与集成电路芯片有什么区别？
MEMS是Micro-Electro-MechanicalSystem的缩写，中文名称是微机电系统，是将微电子电路技术与微机械系统融合到一起的一种工业技术，它的操作范围在微米尺度内。此外还有纳米机电系统( NEMS ) ，是一类在更微小的纳米尺度上集成电气和机械功能的设备，NEMS技术目前在量产和商业化上仍存在一些挑战。
相比集成电路芯片，MEMS芯片包含了机械结构，实现机械与电子之间的互动，且微机电系统由尺寸为1至100微米的部件组成，一般微机电设备的通常尺寸在20微米到一毫米之间，相比集成电路芯片不需要追求制程的先进性，，但更注重制造工艺的开发。
以上，是MEMS麦克风芯片、MEMS加速度传感器芯片和MEMS陀螺仪芯片的内部结构，可直观看出各自不同的机械结构特征。
同时，每种MEMS传感器芯片的机械结构特点都大不相同，因此MEMS芯片有“一种产品一种工艺”的说法，目前没有一种统一的工艺能满足全部MEMS器件制造的需求，这也限制了MEMS传感器的量产和研发速度，因此通用MEMS工艺成为MEMS传感器芯片中的研发重点之一。
什么是ASIC芯片？MEMS传感器的ASIC芯片相比其他ASIC芯片有什么特别？
如上文所述，一个MEMS传感器里面最重要的芯片为MEMS芯片和ASIC芯片，其中MEMS芯片负责感知信号，将测量量转化为电阻、电容等信号变化；ASIC芯片负责将电容、电阻等信号转换为电信号，其中涉及到信号的转换和放大等功能。
ASIC芯片即专用集成电路（Application-specific integrated circuit）的缩写，指针对特定功能开发的专用芯片。MEMS传感器里面的ASIC芯片采用与集成电路芯片一样的制造工艺，因为本身不包含机械结构。
但由于MEMS芯片的特殊性，其模拟输出量往往是十分微弱的或者有非常规的使用条件，通用的ASIC芯片无法达到其要求，常规的ASIC设计公司也无法设计出令MEMS传感器厂家满意的芯片。所以造成了MEMS行业普遍的“缺芯之痛”现象，这个“芯”指的就是MEMS专用的ASIC。因此，MEMS专用ASIC的设计是MEMS技术发展的关键共性技术。
MEMS芯片的主要制造工艺
MEMS芯片制造采用光刻、干法刻蚀、湿法刻蚀、薄膜沉积、氧化、扩散、注入、溅射、蒸镀、键合等基本工艺步骤来制造复杂三维结构的微加工技术。随着多年发展，MEMS领域也出现了一些专门的工艺，例如各向异性湿法蚀刻（anisotropic wet etching）、晶圆键合（wafer bonding）、深反应离子蚀刻（deep reactive ion etching）等，但其应用仍然仅限于 MEMS，目前来看并没反过来应用于IC行业。
一般来说，MEMS芯片制造的基本工艺包括三个关键步骤：沉积（Deposition）、图形化转移（Patterning）、蚀刻（Etching），整个过程即：①晶圆/衬底涂抹光刻胶，然后②通过对光刻胶曝光，去除非图形化部分的光刻胶，然后③用光刻胶作为掩模来蚀刻下方的材料。整个过程重复进行，直到完成微观结构。
