微機電系統 (Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS) 是迄今最具潛力的 CMOS 傳感器與驅動器電子器件集成解決方案。通過在 200mm 的單晶頂層硅下提供氧化埋層，SOI 襯底能夠為創新的 MEMS 器件設計提供更多可能。

來源：Soitec

不斷增長的 MEMS 市場

MEMS 通常被定義為一種產品或工藝，可應用于廣泛的市場。據市場分析專家 Yole 預測，MEMS 全球市場規模到 2026 年將達到 182 億美元。MEMS 將覆蓋消費、汽車和工業等領域，終端產品也將涉及極為廣泛的應用與功能，包括麥克風、耳機、陀螺儀、噴墨打印機、壓力傳感器、氣體傳感器等。截止 2024 年，全球 MEMS 器件將達到約 200億顆，這對主攻 150mm 和 200mm 晶圓的代工廠來說意味著巨大的商機。

在這個活躍的市場中，SOI（絕緣體上硅）晶圓為 MEMS 技術提供了一種智能解決方案，助力提升器件的工藝效率、良率及穩定性。

MEMS：從模擬世界進入數字系統的大門

傳感器被用于捕捉模擬世界的信息，并將物理測量值轉換為電信號，隨后通過數字系統進行處理。在此基礎上，可以應用人工智能軟件層來提升應用的性能。

MEMS 芯片與其他關鍵功能共同集成以應對各種環境限制，使其能夠捕捉或傳播現實生活中的各種物理效應。

MEMS 器件的主要功能模塊

該工藝節點的能力提升和性能優化為設計者提供了多種選擇，包括混合解決方案或封裝內的芯片堆疊。在理想條件下，使用優化 CMOS 工藝節點并將所有傳感器共同集成到單個芯片上的“復合型傳感器”，體現了集成的最高水準。

采用 SOI 優化襯底的 MEMS（來源：CEA-Leti）

這種尖端的工藝采用 SOI 解決方案，通過顛覆性的方法將多個傳感器集成于同一芯片上。 例如，高級陀螺儀將加速度計、壓力傳感器和精密振蕩器集成于一體。

SOI 襯底優勢何在？

SOI 晶圓由單晶頂層硅、氧化埋層（用于隔離體硅）和體硅組成。Soitec 的優化Smart Cut?解決方案能讓設計人員得到獨特且極其均勻的 SOI 層，從而在 MEMS 設計中實現多種用途。Soitec 可根據需求為頂層和基底提供不同的摻雜水平，最終獲得不同的材料電阻率。

SOI 襯底結構

頂層硅顯然是 MEMS 中最敏感的部分，它是晶圓結構中的有源層，能夠識別、監測與量化物理效應。采用 Smart Cut 技術生產的 SOI 晶圓硅薄膜，能夠符合標準嚴格的厚度、粗糙度和其他幾何參數規范，確保設計能夠滿足最苛刻的終端應用要求和 MEMS 產品要求。而且，通過外延沉積技術，頂層硅的厚度還可擴展至 20μm。

氧化埋層的選擇性蝕刻（范圍從 300nm 到 3.9μm）能夠獲得厚度精確的單晶頂層硅薄膜，設計人員可由此構建諸如薄膜、懸臂梁或其他智能傳感器類型的器件。MEMS 結構中的氧化埋層還可用于隔離電子器件與基底。

厚度和均勻性是關鍵的 SOI 差異性參數，決定了是否能為先進的 MEMS 器件（例如 CMUT）提供可復制的生產工藝。憑借 Smart Cut 技術，設計人員可以實現 MEMS 器件的最小化，并且更好地控制潛在的工藝偏差以及提高良率。

Soitec 的 Smart Cut 工藝是唯一能夠高度控制嚴格均勻性的 SOI 襯底技術，從而實現超薄的 SOI 襯底。對于較厚的 SOI 層，借助外延沉積層等技術，Soitec 的 200mm 晶圓可以實現豐富的功能組合。

Soitec 還考慮在極小的腔體上進行 Smart Cut 沉積，以滿足超聲或光子傳感器等要求更加嚴苛的應用。

Soitec 豐富的產品組合

總結

SOI-MEMS 襯底為需要超薄 SOI 單晶和嚴格均勻性的先進 MEMS 器件提供了真正的差異化設計。Soitec 擁有豐富的產品組合，SOI 層厚度從 140nm 到 20μm 不等，氧化埋層厚度可達 3.9μm，SOI 層和基底晶圓的電阻率根據要求可降至 0.01Ohm.cm。

從原型設計到 200mm 晶圓的大批量生產，Soitec 上海辦公室可幫助客戶選擇最佳方案，并提供最優服務。

憑借豐富的材料產品，如 SOI、SiC、GaN 或化合物半導體，Soitec 可供應數百萬的 150mm、200mm 和 300mm晶圓，服務于汽車和工業、移動通信和智能設備市場。