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[Wa-People!]2011 VLSI 半導體產業盛宴 (六):RF MEMS與CMOS異質整合

本文作者:admin       點擊: 2011-06-22 00:00
前言:
圖1. 日本東北大學 Takahito Ono 教授發表的高頻線圈,就在CMOS製程上完成,讓大家十分驚豔。


把微機電(MEMS)成功地與LSI的CMOS製程整合,日本東北大學的研究團隊已經在八吋的晶圓上,成功完成製程異質整合,完成成本更低的RF MEMS元件。

2011 VLSI 邀請到日本東北大學 (TOHOKU University )的 Takahito Ono 教授,分享無線通訊微機電(RF MEMS)元件的研究成果。日本東北大學深入微機電元件的研究相當有成就,不但有能力自己開發先進的實驗機台,產學合作也很廣泛。海嘯重創日本仙台,正位於仙台的日本東北大學,一度讓VLSI主辦單位十分擔心。Takahito Ono 教授感謝大家關心,他表示,該校研究室內的機台,確實因為海嘯,多有毀損,幸好人員平安。

Ono 教授指出,微機電(MEMS)製程具備的優勢之一是,可以利用結構特色,使用高厚度的光阻劑。東北大學的實驗室,已成功地在CMOS製程上,以MEMS 製程開發出微線圈 (Micro coils),這項重要的電子元件,將被用於無線通訊的射頻元件上 (RF components)。

由於追求微型化,CMOS製程製造的被動元件,由於線路電阻及矽基板信號漏失等原因,Q值都變得很低。以標準CMOS製程生產的電感器 (inductors),Q值甚至低於10。

Ono 教授展示了該校研究團隊所研發,在LSI 製程上製造出的微型電感器 (micro inductor)雛形產品。特別值得一提的是,在LSI製程上塗佈了厚厚的光阻劑以並做了銅的電鍍等工序,藉以將0.35 μm BiCMOS的諧振電路成功地連接到電感器上,讓諧振電路的諧振頻率達到1.23 GHz ,而且Q值也提高到17。

一般而言,Q值越高,代表諧振頻率的穩定度就越高,因此能夠更精確。張平博士評論說,東北大學能夠把Q值提高到17,是很了不起的事,一般而言,Q值能做到12左右就很高了。能夠成功做出「Q質很高的高頻線圈」,東北大學在製造與製程設計的成果,讓大家十分驚豔。

 
圖2. 在LSI 製程上製造出MEMS的微型電感器 (micro inductor)

以8吋晶圓,把製造一般IC的LSI 製程跟微機電 (MEMS) 一起整合在相同的製程上,Takahito Ono 教授指出,這項計畫除了大學的研究主題外,也有聯盟企業的設計。在8吋晶圓上,整合了0.18微米的CMOS製程、0.35微米的BiCMOS製程,以及0.35微米的BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) 製程。大家先簽訂了保密合約,以保障各自智慧財產權(IP)的權益。

日本東北大學積極投入微機電應用的廣泛應用,獲得汽車大廠TOYOTA, 光學大廠RICHH, 光罩技術大廠TOPPAN, 日本住友SUMITOMO, 日本微機電創新廠MEMS-Core等企業支持合作。研究主題放在如何應用微機電元件,保障高齡化社會的安全。

其中,車用雷達微機電元件,就能大大提升行車安全。該元件可以讓汽車後視鏡打出雷射光,藉雷射光反射偵測外物,而且偵測幅度廣達60度。由於管很寬,可以避免死角,提高安全度。

圖3. 工研院(ITRI)南分院微系統中心副主任張平(Peter Chang)博士指出,RF MEMS近來是熱門題目,他相信MEMS終究會變成VLSI的一部份。
 

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