從擴(kuò)音器到光子學(xué)：有效利用CMOS

conniede

Akustica可能聽起來像一個(gè)新的重金屬樂隊(duì)，但實(shí)際上它是位于匹茲堡的Carnegie Mellon公司的一個(gè)分公司，是不斷增長的無晶圓廠芯片公司中的一員。這些公司正借助CMOS代工廠現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施生產(chǎn)功能與CMOS關(guān)系不大的芯片。Akustica公司采用CMOS工序中的第1層金屬來制造擴(kuò)音器的網(wǎng)孔。Akustica的首席執(zhí)行官與創(chuàng)建者Ken Gabriel 在SEMICON West的一次技術(shù)論壇上談?wù)撔庐a(chǎn)品時(shí)說：“我們所做的是想出如何采用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS（即由所有的代工廠提供的傳統(tǒng)的CMOS），以及通過一系列自主開發(fā)的后CMOS蝕刻步驟將這種CMOS轉(zhuǎn)變成CMOS MEMS芯片。”

另一個(gè)最近的例子是Luxtera公司，這家公司主要生產(chǎn)寬帶光器件。這些設(shè)備盡管采用倒裝芯片激光器來產(chǎn)生光，但是器件的剩余部分是采用包括鍺基集成光電探測器在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝技術(shù)制成的。這并不是一個(gè)新的觀點(diǎn)。在2004年早期，Intel公司就宣布已經(jīng)采用硅制造工藝研制出了一種全新的可以將數(shù)據(jù)編碼加入光束的“類晶體管”的器件1。當(dāng)時(shí)，Intel公司硅光子研究部主任Mario Paniccia提出，他們的目標(biāo)是“將光子學(xué)硅化，即使用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS進(jìn)行當(dāng)今光子學(xué)的研究。”

然而，Luxtera公司的營銷副總裁宣稱他們已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Intel公司所取得的成就，他說：“英特爾仍然需要采用多種工藝流程，并且用引線將其鍵合在一起，以達(dá)到我們在CMOS流程中已取得的調(diào)制器的功能。并且我們的調(diào)制器在體積上也大約只有他們的百分之一。我們相信，我們的技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其它任何公司。”目前，Luxtera擁有用于二端10Gb/sec收發(fā)機(jī)的“工具箱”，公司宣稱，其在硅中的應(yīng)用已被證明成功。“我們已構(gòu)建了超過150千米的波導(dǎo)，并且制作了三億光纖到芯片的耦合器和完成了二百萬光纖到芯片的對準(zhǔn)。”

也有好幾家公司正在生產(chǎn)傳統(tǒng)的用作定時(shí)振蕩器的石英晶體的替代物，這些公司包括：Mobius，Microsystems，SiTime和Discera。使用普通CMOS流程構(gòu)建的其它類型的MEMS器件包括埋置式非揮發(fā)性儲存器，能源管理方案，甚至還包括晶體管。

Akuatica公司的Gabriel談到，他們公司的方法是：“我們采用標(biāo)準(zhǔn)的、傳統(tǒng)的CMOS，并且在毫不改變CMOS制作工藝的前提下使用基本工序。我們使用CMOS工藝流程中的CMOS金屬和絕緣物質(zhì)制成了微電子機(jī)械結(jié)構(gòu)。”Gabriel指出，這種方法與現(xiàn)今大多數(shù)MEMS器件（如模擬器件公司的加速計(jì)芯片和德州儀器公司生產(chǎn)的微型鏡）的制造方法是不同的。“具有代表性的是，在每一個(gè)MEMS產(chǎn)品背后，都具有它自己的專門的、定制的制造工序。只有在ADI公司才能制造出ADI的加速計(jì)。這并不像在建造那種MEMS結(jié)構(gòu)時(shí)有一個(gè)可供參考的標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)那樣。我們制造自己產(chǎn)品方法的獨(dú)特之處（實(shí)際上它一直是我們的價(jià)值觀的重要一部分）不僅僅在于我們研制的產(chǎn)品（即擴(kuò)音器芯片），而且也在于如何使我們的產(chǎn)品對顧客有吸引力。”

標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝包括把金屬和絕緣層堆疊在襯底上面。考慮我們芯片的方法實(shí)質(zhì)上看起來就像是在考慮任何其它位于晶圓外圍的半導(dǎo)體微電子芯片一樣。但是，由于每個(gè)芯片中心部位并不是集成電路結(jié)構(gòu)，我們所有的芯片是互相不同的，它們被設(shè)計(jì)成機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如在擴(kuò)音器中，這種結(jié)構(gòu)可以形成隨著氣壓變化而振動(dòng)的膜片。試想一下把外邊緣的許多地方連接到芯片的襯底上的圓形蹦床就知道了。這種蹦床的結(jié)構(gòu)的確是一種由CMOS工藝的第1層金屬制成的細(xì)微的網(wǎng)孔。通過一系列的這些后CMOS步驟，我們可以把網(wǎng)孔下方和上方的物質(zhì)蝕刻掉。由于這種網(wǎng)孔是由第1層金屬制成的，我們能夠讓CMOS代工廠把我們的MEMS結(jié)構(gòu)制造出來，然后把它埋置在隨后制作的上面層中。按照這種方法，我們可以采用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)CMOS。當(dāng)我們要把它取出時(shí)，主要是把它挖出來，然后丟棄。”

Gabriel總結(jié)說到：“我們得益于整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)制造基礎(chǔ)—包括從設(shè)計(jì)工具到CMOS代工廠的切割、封裝和組裝。”

xiecongzhu

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panminghui

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