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        為什么這么難?MEMS傳感器的8大工藝問題

        時間:2022-07-01 17:08:38來源:傳感器專家網

        導語:?MENS技術是傳感器關鍵技術之一,也是傳感器未來最重要的核心技術。但能夠有能力生產、設計MEMS傳感器的廠家寥寥無幾,為什么MEMS生產這么難?

          如果您致力于學術研究,那么MEMS傳感器研發領域會相當地令人興奮,但與此同時也面臨著很大壓力。您將會在凈化室帶上很長的時間,可能在一段時間內看不見陽光,導師為了撰寫發表學術性文章會不停地督促您完成樣板試制。當研發一種新的MEMS傳感器制造工藝時,最初的幾片晶圓通常不會量產可工作的器件。根據工藝的復雜性和創新性,將需要幾個星期、幾個月甚至幾年的時間去得到為數不多的好芯片。

          您可能會問自己這樣一個問題:怎樣才能使MEMS傳感器工藝研發進度更加高效呢?個人建議,花點時間和精力去仔細檢查所有工藝步驟。聽起來似乎很簡單,但往往檢查部分是被忽略的。在某些情況下,即使在所有結構都是錯誤的情況下人們還在繼續處理晶圓。同樣,您可能認為已經制造出能工作的器件,但是經過切片、膠合、鍵合后,發現沒有一個芯片能正常工作。

          在一臺光學顯微鏡下,許多制造步驟都可以簡單地被觀察,通常只需要幾分鐘來幫助確定MEMS傳感器制造問題。然而,最難的是顯微鏡也不能幫助確定的問題。以下所列舉的是光學顯微鏡鏡頭之外的八大問題,針對每個問題,給出針對性的檢查方法。

          1. 不精確的MEMS傳感器結構層厚

          許多工藝方法(如物理氣相沉積法、化學氣相沉積法或電鍍法)都會依賴沉積材料來構建機械結構或電子元件,而光學顯微鏡看不到的材料層的厚度對于性能影響相當重要。

          常見的檢查方法/設備:

          - 輪廓儀

          - 橢圓儀

          - 切割晶圓,通過掃描電子顯微鏡觀察(破壞性的測試)

          - 基于探針的微機械測試

          2. 邊墻形貌(sidewall profile)不佳

          微結構的邊墻對器件性能有很大程度上的影響。通過光學顯微鏡看結構,所看到的邊墻不是很好。特別是,刻蝕不足和溝槽通常是看不見的。然而,這些幾何形變會明顯改變彈簧和柔性板的機械性能。

          常見的檢查方法/設備:

          - 切割晶圓,通過掃描電子顯微鏡觀察(破壞性的測試)

          - 基于探針的微機械測試

          3. 粘附力問題

          MEMS傳感器結構內層與層之間的粘附力可能很微小,光學顯微鏡也許會看到分層跡象,但微小的粘結層是觀察不到的。

          常見的檢查方法/設備:

          - 聲學顯微鏡

          - 基于探針的微機械測試(破壞性的測試)

          4. 內應力和應力梯度

          內部應力是使用薄膜常見的問題。在生產過程中產生的應力會導致器件良率和性能降低,以及淀積膜的分層和開裂。

          常見的檢查方法/設備:

          -光學晶圓曲面測量

          - 結合顯微鏡或白光干涉測厚儀測試晶圓結構

          - 基于探針的微機械測試晶圓結構

          5. 裂紋

          大多數裂紋都可以在光學顯微鏡下看到,但是,在某些情況下,由于分辨率的局限性,細的“發際線”裂縫是不可見的。

          常見的檢查方法/設備:

          - 探針臺電性測試

          - 聲學顯微鏡

          - 基于探針的微機械測試

          6. 失敗的釋放工藝

          所謂釋放工藝,通常是為了形成MEMS器件中可動的機械部分,通過對連接機械部分到基底的材料進行不完全刻蝕來實現。當釋放失敗時,重要的是找到大部分釋放結構釋放成功而錨點沒有釋放好的區域

          常見的檢查方法/設備:

          - 單芯片器件層或結構測試(破壞性測試)(Break-off device layer of a single chip or a test structure)

          - 基于探針的微機械測試

          7. 粘滯作用

          像懸臂梁、薄膜、梭形閥這些機械結構可能由于結構的釋放會和底層基板粘連,導致器件永久性失效。如果MEMS傳感器結構和襯底之間的距離非常小,那么通過顯微鏡觀察曲率是不可見的。如果您想要好芯片,恐怕只有在封測環節來挑選了。

          常見的檢查方法/設備:

          - 探針臺電性測試(如電容傳感器)

          - 基于探針的微機械測試

          8. 不精確的材料特性

          新型材料在MEMS傳感器器件已經顯示其巨大的潛力。但是,薄膜材料比本體材料更能展示出不同的特性。尤其使用聚合物時,如楊氏模量、線性度、磁滯現象等機械性能嚴重依賴于工藝參數。不精確或者是不理想的材料特性可能會降低器件性能,甚至導致器件失效。

        標簽: 傳感器?

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