从扩音器到光子学：有效利用CMOS

　　Akustica可能听起来像一个新的重金属乐队，但实际上它是位于匹兹堡的Carnegie Mellon公司的一个分公司，是不断增长的无晶圆厂芯片公司中的一员。这些公司正借助CMOS代工厂现有的基础设施生产功能与CMOS关系不大的芯片。Akustica公司采用CMOS工序中的第1层金属来制造扩音器的网孔。Akustica的首席执行官与创建者Ken Gabriel 在SEMICON West的一次技术论坛上谈论新产品时说：“我们所做的是想出如何采用标准的CMOS（即由所有的代工厂提供的传统的CMOS），以及通过一系列自主开发的后CMOS蚀刻步骤将这种CMOS转变成CMOS MEMS芯片。”

　　另一个最近的例子是Luxtera公司，这家公司主要生产宽带光器件。这些设备尽管采用倒装芯片激光器来产生光，但是器件的剩余部分是采用包括锗基集成光电探测器在内的标准的CMOS工艺技术制成的。这并不是一个新的观点。在2004年早期，Intel公司就宣布已经采用硅制造工艺研制出了一种全新的可以将数据编码加入光束的“类晶体管”的器件1。当时，Intel公司硅光子研究部主任Mario Paniccia提出

　　，他们的目标是“将光子学硅化，即使用标准的CMOS进行当今光子学的研究。”

　　然而，Luxtera公司的营销副总裁宣称他们已经远远超过Intel公司所取得的成就，他说：“英特尔仍然需要采用多种工艺流程，并且用引线将其键合在一起，以达到我们在CMOS流程中已取得的调制器的功能。并且我们的调制器在体积上也大约只有他们的百分之一。我们相信，我们的技术已经远远领先于其它任何公司。”目前，Luxtera拥有用于二端10Gb/sec收发机的“工具箱”，公司宣称，其在硅中的应用已被证明成功。“我们已构建了超过150千米的波导，并且制作了三亿光纤到芯片的耦合器和完成了二百万光纤到芯片的对准。”

　　也有好几家公司正在生产传统的用作定时振荡器的石英晶体的替代物，这些公司包括：Mobius，Microsystems，SiTime和Discera。使用普通CMOS流程构建的其它类型的MEMS器件包括埋置式非挥发性储存器，能源管理方案，甚至还包括晶体管2。

　　Akuatica公司的Gabriel谈到，他们公司的方法是：“我们采用标准的、传统的CMOS，并且在毫不改变CMOS制作工艺的前提下使用基本工序。我们使用CMOS工艺流程中的CMOS金属和绝缘物质制成了微电子机械结构。”Gabriel指出，这种方法与现今大多数MEMS器件（如模拟器件公司的加速计芯片和德州仪器公司生产的微型镜）的制造方法是不同的。“具有代表性的是，在每一个MEMS产品背后，都具有它自己的专门的、定制的制造工序。只有在ADI公司才能制造出ADI的加速计。这并不像在建造那种MEMS结构时有一个可供参考的标准的技术节点那样。我们制造自己产品方法的独特之处（实际上它一直是我们的价值观的重要一部分）不仅仅在于我们研制的产品（即扩音器芯片），而且也在于如何使我们的产品对顾客有吸引力。”

　　标准的CMOS工艺包括把金属和绝缘层堆叠在衬底上面。考虑我们芯片的方法实质上看起来就像是在考虑任何其它位于晶圆外围的半导体微电子芯片一样。但是，由于每个芯片中心部位并不是集成电路结构，我们所有的芯片是互相不同的，它们被设计成机械结构，例如在扩音器中，这种结构可以形成随着气压变化而振动的膜片。试想一下把外边缘的许多地方连接到芯片的衬底上的圆形蹦床就知道了。这种蹦床的结构的确是一种由CMOS工艺的第1层金属制成的细微的网孔。通过一系列的这些后CMOS步骤，我们可以把网孔下方和上方的物质蚀刻掉。由于这种网孔是由第1层金属制成的，我们能够让CMOS代工厂把我们的MEMS结构制造出来，然后把它埋置在随后制作的上面层中。按照这种方法，我们可以采用标准的基础CMOS。当我们要把它取出时，主要是把它挖出来，然后丢弃。”

　　Gabriel总结说到：“我们得益于整个半导体产业制造基础—包括从设计工具到CMOS代工厂的切割、封装和组装。”