MEMS传感器的8大工艺挑战揭秘物品内在感知奥秘
导语：MENS技术是传感器的核心关键技术之一，也是其未来发展最重要的领域。但能够生产、设计MEMS传感器的厂家数量稀少，为什么MEMS制造这么困难？如果您致力于学术研究，那么在MEMS传感器研发领域将会非常激动人心，但同时也面临着巨大的挑战。您可能会花费很长时间在净化室中，甚至连阳光都看不见。在这个过程中，您需要不断地完善样板试制，以便能够撰写和发布高质量的学术文章。当开发一种新的MEMS传感器制造工艺时，通常需要几个星期、几个月乃至几年的时间才能得到可用的芯片。
您可能会问自己：如何提高MEMS传感器工艺研发效率呢? 我建议仔细检查所有工艺步骤，这听起来简单，但往往被忽略。有时候，即使结构全部错误，也继续处理晶圆。而且，有时候认为已经制作出能工作的器件，但经过切片、胶合、键合后，却发现没有一个芯片能正常工作。
通过一台光学显微镜，可以快速解决许多制造问题，只需几分钟就可以帮助确定问题所在。但是，最棘手的是那些显微镜无法看到的问题。以下列举了八大除了显微镜之外的问题，以及针对每个问题提供具体检查方法：
不精确的MEMS传感器结构层厚
许多工艺方法（如物理气相沉积法、化学气相沉积法或电镀法）都会依赖沉积材料来构建机械结构或电子元件，而这些材料层的厚度对于性能影响极为重要。
检查方法/设备:
轮廓仪
椭圆仪
切割晶圆，通过扫描电子显微镜观察（破坏性测试）
基于探针的微机械测试
边墙形貌(sidewall profile)不佳
微结构边墙对性能影响巨大。虽然可以通过光学显微镜观察，但是刻蚀不足和沟槽通常是不明显的情况。这类几何形变会明显改变弹簧和柔性板的机械性能。
检查方法/设备:
切割晶圆，通过扫描电子显微镜观察（破坏性测试）
基于探针的微机械测试
粘附力问题
MEMS传感器内部层与层之间可能存在很小程度上的粘附力，即使分层迹象也许可见，但这只是表面的现象，其背后的粘结作用不可见。
检查方法/设备:
声学显微镜
基于探针的微机械测试（破坏性的测试）
内应力和应力梯度
内部应力的产生导致了使用薄膜常见的问题，在生产过程中产生的心理压力会降低良率并造成淀积膜分裂及开裂情况。
常见检查方法/设备：
光学晶圆曲面测量
结合显示机或白光干涉测厚仪进行检测
使用基于探针的小型化失效分析
裂纹
大部分裂纹都是可视化到的，但是由于分辨率限制，一些细小“发际线”裂缝则无法被捕捉到。
常见检查方式：
探针台电性测试
声学显microscope
基于探针的小型化失效分析
失败释放工艺
在释放过程中形成 MEMS 器件中的动态部分时，由于连接到基底物质进行非完全刻蚀以实现自由移动。如果释放失败，大部分成功而锚点未释放区域成为重点关注点。
常见检查方式：
单芯片或者单独的一块塑料薄膜切除，然后进行基准试验 (Break-off device layer of a single chip or a test structure)
基本上基于无损损伤触摸式硬度计检测
粘滞作用
如悬臂梁、薄膜以及旋转阀等机械结构因缺乏适当距离与底座接触而永久失效。在这种情况下，如果你想要好芯片，你恐怕只能选择封装环节来筛选出来。
常用检查工具：
探针台电性检测(例如电容类型)
小尺寸基于触摸探头硬度计(Scanning Probe Microscopy, SPM)
不精确材料特征
新型聚合物材质已展现出其巨大的潜能但新材质比原有材质更易展示不同的特征尤其是在使用聚合物时，如杨氏模量、线性系数等物理参数严重取决于加工条件。不恰当或者过渡材质特征可能导致性能下降甚至产品故障。
此外，还有一些其他隐蔽的问题，比如热膨胀系数不同引起误差；脆弱部位磨损引起死锁；污染源引起误差；缺乏标准操作流程引起误差等，这些都是需要考虑到的。此外，对待这些隐蔽问题要采取耐心细致的手段去逐一排除，不断改进，使得我们的工作更加有效、高效，为科研带来更多成果！
