MEMS传感器在物品中扮演关键角色揭秘8大工艺挑战
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传感器的企业数量极少，为什么MEMS生产这么难？如果您致力于学术研究，那么MEMS传感器研发领域会非常引人入胜，但同时也面临着巨大的压力。您将在洁净室度过很长时间，可能连阳光都看不见，导师为了撰写学术性文章会不断督促您完成样本试制。当研发一种新的MEMS传感器制造工艺时，最初的几片晶圆通常不会量产出可工作的设备。根据工艺的复杂性和创新性，这需要几个星期、几个月甚至几年的时间才能得到少数合格芯片。
你可能会问自己这样一个问题：怎样才能使MEMS传感器工艺研发进度更加高效呢? 我个人建议花点时间和精力去仔细检查所有工艺步骤。听起来似乎很简单，但往往检查部分被忽略。在某些情况下，即使结构全部错误人们还在继续处理晶圆。你可能认为已经制造出能工作的设备，但是经过切割、胶合、键合后发现没有一个芯片能正常工作。
在一台光学显微镜下，许多制造步骤都可以简单地被观察，只需几分钟就能帮助确定MEMS传感器制造问题。不过，最难的是显微镜也不能帮助确定的问题。以下列举的是光学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。
MEMS传感器结构层厚不精确
很多工艺方法（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，然后通过扫描电子显微镜观察（破坏性的测试）
基于探针的微机械测试
边墙形貌不佳
微结构边墙对性能有很大程度上的影响。通过光学显微镜看结构所看到边墙不是很好，特别是刻蚀不足和沟槽通常是看不见的。不过，这些几何形变会明显改变弹簧和柔性板机械性能。
常见检查方法/设备：
切割晶圆，然后通过扫描电子显微镜观察（破坏性的测试）
基于探针的一维测试
粘附力问题
内层与内层之间或内层与基底之间粘附力的强弱，对透明膜来说尤为敏感。如果两者间存在分离迹象，可以用声波检测它们是否松动。
常见检查方法/设备：
声音检测法
探针测量表面粗糙度
内应力和应力梯度
内部应力的产生导致了薄膜裂纹和开裂。此外，由于薄膜堆叠造成多种材料特性，如杨氏模量，它们随着加工参数而变化。
常见检查方法/设备：
光学测厚仪进行透射率分析以评估薄膜厚度及质量分布差异。
裂纹
虽然裂纹通常可以在视觉上看到，但由于分辨率限制，一些细小“线缝”裂纹是不易识别到的。这意味着即使使用最先进的人眼或者标准照相机，我们仍然无法完全了解整个表面的状态。
常见检查方法/设备：
失败释放工艺
释放过程失败发生时，大多数释放区域成功但锚点未释放的情况也是经常遇到的困扰。如果想要找到这些失效区域，就必须采取特殊措施来进一步确认原因以及解决方案。
粘滞作用
悬臂梁等机械部件由于缺乏适当磨损而紧密粘连到基板上，这导致了不可逆转失效。在这种情况下，要想找到答案，只能选择封装环节中的筛选过程中寻找有希望的小部分良品芯片。
不精确材料特性
新型材料如聚合物显示出了巨大的潜能力，但它们也带来了额外挑战，因为它们比金属更容易受到温度变化、新环境条件等因素影响，从而影响整体性能及稳定性。此类挑战要求我们既要关注初始工程设计，又要关注成品后的应用场景，以保证产品满足需求并保持长期稳定运行。
总结一下，每个步骤都是至关重要且需要谨慎处理，因为任何错误都可能导致产品失败。而且，不同的问题需要不同的解决方案，因此正确诊断是一个关键一步。如果我们能够有效地解决这些问题，并提高我们的工具和技能水平，那么我们就能够创造出更加高效、高质量、高可靠性的MEMS传感器，从而推动整个行业向前发展。
