As CMOS device continues to scale down, leakage current is one of the significant challenges. Unlike CMOS devices, MEMS switch shows low power characteristics with mechanical movement. By designing low restoring force of MEMS switch, it can be utilize as a mechanical memory. MEMS memory shows non-volatile characteristic with stiction phenomenon between two electrodes. By integrating this MEMS memory with CMOS BEOL, CMOS-MEMS hybrid circuit can be implemented. This circuit shows low power characteristic and applicable such as FPGA, TCAM and power gating. MEMS memory for CMOS-MEMS integration should be fabricated with low temperature which below than BEOL degradation temperature and CMOS circuit should have a pad which can connect CMOS and MEMS memory. In this thesis, through design and fabricate MEMS memory, design CMOS circuit for MEMS integration and planarization through CMP, all advanced development process for CMOS-MEMS integration is verified.
CMOS가 지속적으로 scaling 되면서, 누설전류 문제가 대두되고 있다. MEMS 스위치는 CMOS와 달리 기계적 움직임을 가지는 소자로 저전력 특성을 보인다. MEMS 스위치의 낮은 복원력을 설계하여 이를 기계식 메모리로 활용할 수 있다. MEMS 메모리는 두 전극의 물리적인 점착을 통해 비휘발성 특성이 구현되며, MEMS 스위치와 동일하게 저전력 특성을 가진다. 이러한 MEMS 메모리를 CMOS BEOL에 병합하여, CMOS-MEMS hybrid-circuit 구현을 통해 저전력 회로를 설계할 수 있고, 이는 FPGA, TCAM, 파워게이팅 등에 적용 가능하다. CMOS-MEMS 병합을 위한 MEMS 메모리는 BEOL 열화 온도 이하에서 공정이 진행되어야 하며, CMOS 회로 역시 MEMS 병합을 위한 pad 구조를 가져야 한다. 본 학위 논문에서는, MEMS 메모리 설계 및 제작, MEMS 병합을 위한 CMOS 제작 및 평탄화를 통해 CMOS-MEMS 병합을 위한 모든 선행 개발 과정을 진행하고 검증하고자 한다.
