MEMS 技術(shù)源于 CMOS 工藝技術(shù)，MEMS 與CMOS 集成是指在主流標(biāo)準CMOS 工藝技術(shù)基礎(chǔ)上制造 MEMS，即在芯片設(shè)計及工藝中由兩個基本模塊組成，一個模塊是 CMOS 器件區(qū)，包括控制電路、信號處理電路、1/0接口電路等外圍電路；另一個模塊是 MEMS 器件區(qū)，主要進行微機械結(jié)構(gòu)的加工制造。通過這種方法可以集成制備各種微系統(tǒng)，如壓力與慣性傳感器系統(tǒng)，化學(xué)與生化敏感、聲學(xué)、仿生學(xué)和 RF MEMS 元件，以及電路感測系統(tǒng)等。進人21世紀以來，生物微機電系統(tǒng)(Bio-MEMS)備受關(guān)注，Bio-MEMS 是將以生物醫(yī)療診斷或生物信息分析為目的的生物芯片與 CMOS 集成在同一芯片上，其應(yīng)用主要包括生物信息識別分析、醫(yī)療診斷、組織細胞工程、醫(yī)療注射及手術(shù)輔助等。制造過程由標(biāo)準 CMOS 工藝和與其兼容的 MEMS 微機械加工工藝共同完成。MEMS微機械加工和 CMOS 工藝的集成可以通過不同的方法來實現(xiàn)，外加的工藝模塊及步驟可以在標(biāo)準 CMOS 工藝流程之前（Pre-CMOS/MEMS)、之中 (Intra-CMOS/MEMS)或之后 (Post-CMOS/MEMS）進行。

1、Pre-CMOS/MEMS 工藝

Pre-CMOS/MEMS 是指部分或全部的 MEMS 結(jié)構(gòu)在制作 CMOS 之前完成，帶有MEMS 微結(jié)構(gòu)部分的硅片可以作為 CMOS 工藝的初始材料。

Pre-CMOS/MEMS 工藝是 Sandia National Laboratorices 開發(fā)的模塊化 MEMS 加工技術(shù)。首先，在硅基片上采用各向異性的刻蝕方法形成淺隔離槽，接著在淺隔離槽中沉積多層多晶硅材料并加工形成微結(jié)構(gòu)。形成 MEMS 微結(jié)構(gòu)后，在隔離槽中沉積 SiO2等填充物質(zhì)，并利用 CMP 平坦化硅片表面，最終的基片作為起始材料送到標(biāo)準 CMOS 生產(chǎn)線上在預(yù)留的區(qū)域制備出 CMOS 電路部分。然后通過金屬互連連接 CMOS 電路和 MEMS 結(jié)構(gòu)，最后用干法刻蝕或化學(xué)腐蝕法將微結(jié)構(gòu)釋放，完成 Pre-CMOS/ MEMS 微機械加工。將 MEMS 結(jié)構(gòu)在CMOS 之前完成，可以完全避免CMOS 電路受損，提高敏感 MEMS 器件的性能。

2、Intra-CMOS/MEMS 工藝

在標(biāo)準的 CMOS 制作過程中，在后段互連金屬之前也可以插人薄膜工藝以形成 MEMS 結(jié)構(gòu)。這種方法多用于形成高溫多晶硅的微結(jié)構(gòu)，以確保多晶硅沉積和退火工藝與 CMOS 工藝兼容。首先在 CMOS 襯底上形成一層場氧作為犧牲層，然后沉積摻雜的或未摻雜的多晶硅層作為微結(jié)構(gòu)層再用干法刻蝕或濕法刻蝕清除犧牲層，釋放微結(jié)構(gòu)。然后回到 CMOS 流程，在微結(jié)構(gòu)表面沉積氧化硅，并繼續(xù)制作其他 CMOS 后段金屬互連線。

3.、Post-CMOS/MEMS 工藝

Post-CMOS/MEMS 工藝是指先在 CMOS 工廠完成標(biāo)準的 CMOS 工藝，然后在專門的 MEMS 工廠完成 MEMS 工藝。Post-CMOS/MEMS 工藝成本比前兩種工藝的成本低，是目前廣泛應(yīng)用的 CMOS/MEMS 工藝。只需要將傳統(tǒng)的版圖設(shè)計做適當(dāng)?shù)母淖?，保持Post-CMOS 的工藝溫度不超過 450°C，最后通過刻蝕的方法將 MEMS 微結(jié)構(gòu)釋放出來，即可實現(xiàn) MEMS 微結(jié)構(gòu)與 CMOS 外圍電路的單芯片集成。根據(jù) CMOS 電路部分與 MEMS 結(jié)構(gòu)部分相對位置的不同，Post-CMOS/MEMS 工藝可以分為如下3種。

(1） 在CMOS 襯底上形成整個 MEMS 結(jié)構(gòu)：以低溫多晶鍺硅 （Poly-SiGe）為結(jié)構(gòu)層的陀螺儀集成在常規(guī)的 0.35um?CMOS?工藝平合上。

(2）帶附加層的 Post-CMOS/MEMS 加工：為了避免雜質(zhì)再分布，保持所需的高溫穩(wěn)定金屬化，后處理的工藝溫度必須低于 450°C。例如，MEMS 集成加速度計就是通過低溫熔融鍵合（Fusion Bonding）在 CMOS 的金屬層上疊加硅結(jié)構(gòu)層，然后經(jīng)過深反應(yīng)離子刻蝕（DRIE）形成 MEMS 結(jié)構(gòu)層，并由鎢栓塞連接MEMS 和?CMOS。

(3） CMOS 與 MEMS 各自完成加工后，通過圓片級共晶鍵合 (Eutectic Bonding）集成單一芯片（如采用 CMOS 與 MEMS 圓片級鍵合集成加速度計陀螺儀）。該方法具有較好的工藝兼容性，MEMS 結(jié)構(gòu)材料的選擇可以多樣化，并可有效節(jié)省芯片面積。