Fabricación mediante micromecanizado de superficies MEMS Los dispositivos se fabrican mediante la deposición y el modelado de películas delgadas sobre un sustrato. El proceso consiste en depositar una capa de sacrificio (como dióxido de silicio), modelarla, depositar una capa estructural (como polisilicio) y, finalmente, retirar la capa de sacrificio para liberar la estructura mecánica. Este proceso permite crear microestructuras complejas e independientes directamente sobre la superficie de la oblea.
Surface micromachining is a cornerstone of MEMS fabrication, enabling the creation of intricate mechanical systems on top of a substrate, typically a silicon wafer. The process is additive, building structures layer by layer, which contrasts with the subtractive nature of bulk micromachining. A typical process flow begins with the deposition of an isolation layer, like silicon nitride, on the substrate. Following this, a sacrificial layer, often a type of silicon dioxide called phosphosilicate glass (PSG), is deposited using Low-Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD). This layer is then patterned using photolithography and etching, defining the areas where the final structure will be anchored to the substrate and the gaps beneath moving parts.
A continuación, se deposita la capa estructural, generalmente silicio policristalino (polisilicio), sobre la capa de sacrificio con el patrón definido. Esta capa de polisilicio se modela posteriormente para definir la geometría de los componentes mecánicos deseados, como vigas, engranajes o membranas. Esta secuencia de deposición y modelado de las capas de sacrificio y estructurales puede repetirse varias veces para crear estructuras multinivel de gran complejidad. El paso final y crucial es el proceso de «liberación». La oblea se sumerge en un agente de grabado químico, normalmente ácido fluorhídrico (HF), que elimina selectivamente las capas de PSG de sacrificio sin dañar las capas estructurales de polisilicio ni la capa de aislamiento de nitruro de silicio. Esto permite que las estructuras de polisilicio se muevan libremente, suspendidas sobre el sustrato mediante sus anclajes designados.
A major advantage of this technique is its inherent compatibility with standard CMOS integrated circuit manufacturing processes. This allows for the monolithic integration of MEMS devices with their control and signal processing electronics on the same chip, leading to smaller, cheaper, and higher-performance systems. However, surface micromachining is not without its challenges. The primary failure mode during release is ‘stiction,’ where the released structures, once wet, are pulled down to the substrate by capillary forces during drying and become permanently stuck due to intermolecular forces like van der Waals attraction. Various anti-stiction strategies, such as supercritical CO2 drying or special surface coatings, have been developed to mitigate this critical issue.
Relacionado con: micromecanizado de superficies, MEMS, fabricación, película delgada, polisilicio, capa de sacrificio, grabado, microfabricación, litografía, adherencia.
