为什么物品中应用的MEMS传感器这么难揭秘8大工艺挑战
导语:MENS技术是传感器领域的关键技术之一,也是其未来发展最重要的核心技术。然而,能够生产和设计MEMS传感器的厂家数量极少,因此我们会问自己:为什么MEMS制造这么难?
如果你致力于学术研究,那么在MEMS传感器研发领域将是一项令人兴奋但又充满压力的任务。你可能会在洁净室中花费长时间,甚至连阳光都看不见。你的导师为了撰写和发表学术性文章,将不断地督促你完成样本试制。当研发一种新的MEMS传感器制造工艺时,最初几片晶圆通常不会量产出可工作的器件。根据工艺的复杂性和创新性,这个过程可能需要几个星期、几个月乃至几年的时间才能得到仅有的几块良好芯片。
你可能会问自己:“怎样才能提高MEMS传感器工艺研发效率呢?”我建议,你应该花时间和精力去仔细检查所有工艺步骤。这听起来似乎很简单,但往往检查过程被忽略。在某些情况下,即使所有结构都是错误的情况下,人们也还在继续处理晶圆。而且,你可能认为已经制造出能工作的器件,但是经过切割、胶合、键合后,却发现没有一个芯片能正常工作。
在一台光学显微镜下,可以轻易地观察许多制造步骤,只需几分钟就能帮助确定MEMS传感器制造问题。但是,最难的问题超出了显微镜的能力范围。以下列举了除了显微镜之外的八大问题,以及针对每个问题给出的针对性的检查方法:
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,而光学显微镜看不到材料层厚度对于性能影响相当重要。
常见检查方法/设备:
轮廓仪
椭圆仪
切割晶圆,通过扫描电子显微镜观察(破坏性的测试)
基于探针的小型机械测试
边墙形貌不佳
微结构边墙对性能有很大影响,但通过光学显微镜看到的是不太好的边缘特征特别是刻蚀不足和沟槽通常是不明顯の。这一点虽然不可见却严重改变弹簧柔性板等机械性能。
常见检查方法/设备:
切割晶圆,用扫描电子显微镜观察(破坏性的测试)
基于探针的小型机械测试
粘附力问题
MEMS内层与层之间粘附力小到几乎看不出来,但分层迹象可以用光学显微镜看到,小巧透明薄膜则无法检测到这个现象。
常见检查方法/设备:
声学显微鏡
基于探针的小型机械測試(破壞性測試)
内应力与应力梯度
内部应力的产生常常导致功能失效,在生产过程中由薄膜造成的大量内部应力的产生降低了产品质量并增加了成本。
检查办法:
使用白色干涉测厚仪来监控这种变化,从而更好地理解各种应用中的薄膜行为,并优化它们以实现最佳效果。
裂纹问题
6-8类似上述描述,不再详述