MEMS传感器的8大工艺挑战探索物品中的千种传感器之谜
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传感器的厂家数量有限，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挑战。您将在净化室度过很长时间，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可工作的器件。根据工艺的复杂性和创新性，将需要几个星期、几个月甚至几年的时间去得到为数不多的好芯片。
您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?个人建议，您应该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，但往往检查部分是被忽略的。在某些情况下，即使在所有结构都是错误的情况下人们还在继续处理晶圆。同样，您可能认为已经制造出能工作的器件，但是经过切片、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，通常只需要几分钟来帮助确定MEMS传感器制造问题。然而，最难的是显微镜也不能帮助确定的问题。以下所列举的是光学显微镜镜头之外的一些八大问题，以及针对每个问题给出的针对性的检查方法：
不精确的地形层厚
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的材料层厚度对于性能影响相当重要。
边墙形貌不佳
微结构边墙对设备性能有很大程度上的影响。如果通过光学显微镜看到边墙不是很好，那么刻蚀不足和沟槽通常是不易察觉到的，这些几何形变将明显改变弹簧和柔性板的心理性能。
粘附力问题
MEMS内层与内层之间的小分子粘附力可能很小，如果只有轻微分离迹象即可用肉眼观察到，这种小型粘结是在任何图像中不可见且无法检测到的。
内应力及应力梯度
在生产过程中产生内部应力的晶圆常常导致良率降低及性能衰退。此类裂纹虽然可以通过普通放大倍数下的普通透射电镜（TEM）看到，但由于分辨率限制，不足以捕捉到细节。
裂纹故障
除了这些基本裂纹外，还存在其他形式，如沿着单个薄膜表面的“线条”或“网格”，这类现象只能通过更高级别仪检视确认，如扫描电子成像（SEM）。
失败释放工艺
当释放失败时，可以进行破坏测试来找出哪些区域释放成功而锚点未能完全释放，从而了解具体原因并改进工程流程。
粘滞作用
如果悬臂梁等机械结构与基底之间存在粘滞现象，该现象将因为距离太短而无法通过一般显微镜直接观测，以此判断是否发生了这种失效模式。
不准确材料特性
新型材料因其特殊物理特征，在设计上具有极大的潜能。但实际应用中，由于新材料参数值得信赖程度较低，它们表现出来的情报数据也不够完整，因此若要提高产品质量，就必须提升测试标准以确保物料符合预期要求。
总结来说，对于解决以上八大挑战，可以采用不同的检测手段，比如轮廓仪、椭圆仪切割晶圆然后使用扫描电子显微鏡或者基于探针micro-mechanical testing等方式。此外，还有一种可能性，即一些异常状态并不一定由这些检查手段所覆盖，所以对于那些超出了显示范围的问题，我们就不得不依靠直觉和经验进行推断，并寻求新的方法来克服这些困难。在这个过程中，与行业专家的交流以及深入学习先进技术也是至关重要的一环。这就是我们为什么说成为一名优秀工程师那么困难的一个原因，因为他们需要具备广泛知识，同时又要不断适应变化无常的事实世界。而对于学生来说，他们需要努力学习如何解决这些复杂的问题，以便日后能够独立解决更多这样的挑战。
