MEMS-CMOS单片集成技术何时能成为主流技术？
最近有读者提问为什么MEMS-CMOS单片集成技术发展如此缓慢？ 今天我们就这个话题来展开谈谈~
MEMS-CMOS单片集成技术的优势众多，主要有：1、降低寄生参数和外部干扰，以提高信噪比。2、芯片阵列化的首选技术，减少互连线以提高良率。3、实现智能化，将信号感知、数据融合和自我学习一体化。
这么多好处，那么它的限制在哪里？我们知道MEMS技术和CMOS技术有一个根本的区别，CMOS技术是以晶体管为基本单元，通过晶体管的排列组合及线路的连接形成不同功能的芯片，当形成一定的IP后可以自由组合，通过代工厂的PDK标准工艺实现批量生产；而MEMS技术则是“一种器件一种工艺”，它的多样性使其无法通过一个标准的PDK和设计规则去适用种类繁多的产品。当然，这里讨论的都是基于单晶硅衬底的CMOS和MEMS技术，玻璃、石英、陶瓷、柔性衬底及第二三代半导体衬底都不涉及。
IDMs先行者
1982年德州仪器（TI）在1982年推出了DMD（数字微镜器件），至今无人超越。InvenSense成立于2003年（现被TDK收购），2010年旗下单芯片MEMS-CMOS陀螺仪和加速度计芯片在市场上占有主导地位。InvenSense研发的Nasiri制造工艺平台，整合了多项MEMS和CMOS技术，采用共晶键合实现了单片集成。成立于2002年的海曼（Heimann Sensor GmbH）作为一家IDM公司，在德国拥有一条MEMS晶圆生产线和一条封测线，其产品HTPA32x32d热电堆红外阵列是MEMS-CMOS集成芯片。
作为IDM，有技术和能力开发MEMS-CMOS集成芯片，他们作为先行者探索了多个不同领域且商业化成功的芯片。他们的成功主要源于自有的代工厂能快速的验证MEMS工艺和CMOS工艺的兼容性，可重复性和可靠性。另外，他们的成功还源于产品选择的正确性，无论是数字微镜、IMU、热电堆阵列和热发泡打印芯片，市场都有广阔空间，这样先行者们才有足够的动力去完成集成芯片开发，从而集成芯片的价格优势和尺寸优势也发挥了出来。
纯FAB如何应对
由于MEMS器件是“一种器件，一种工艺”的独特性质，目前，在MEMS代工厂（纯FAB）中，标准 PDK 应用于MEMS的idea是困难的。但针对某类特定的器件，如惯性器件，并且已经被一些FAB厂使用，但它主要是为了建立一套设计标准，如设计规则、流程、TLR（拓扑布局规则）和 DRC（设计规则检查），来让设计公司遵守。对于CMOS和MEMS兼容性的工艺问题并没有一套标准的规则供客户使用。
作为纯MEMS代工厂，应该尽快的建立CMOS工艺兼容平台，跟随IDMs的步伐实现热门产品对应的PDK，包括制作工艺流程模块及工艺指标、版图制备标准、设计规范和流片方式。通过工艺流程模块的组合搭配，有利于设计公司制造差异化产品。但是，工艺模块和平台的搭建，一定要给予自主研发的IP，否则给自身和设计公司都带来侵权风险。对产品功能性不了解的纯FAB，IP的建立是代工厂极为困难之处。
设计公司的突围
成立于1998年的盛思锐Sensirion，从苏黎世的瑞士联邦技术学院（ETH）拆分创建，它的成功基于创新的CMOSens®技术，它能够在单颗半导体芯片上同时集成传感单元和信号处理电路。据了解，盛思锐的晶圆是第三方代工，其余环节均在瑞士自有工厂完成制造，广义上可以定义为设计公司（design house）或（Fab-light）。参考盛思锐的发展情况，那对于国内的众多设计公司，如何突围呢？我认为第一，对MEMS-CMOS集成芯片，选择的产品一定是要应用在消费领域的高产量芯片；第二，选择一家具有CMOS工艺能力的MEMS代工厂，共同成长完成工艺平台建立，上文提到纯FAB对产品设计、功能及测试的不了解，这一点就与设计公司形成了互补。当然，知识产权归属问题、利益分配问题和涉及第三方的问题，都需要在实践中完成摸索。
启芯微作为一家MEMS芯片定制和服务公司，期望MEMS-CMOS单片集成技术在国内市场早日迎来曙光和朝阳。
