표면 미세가공 제작 MEMS 기판 위에 박막을 증착하고 패터닝하여 소자를 제작하는 기술입니다. 이 기술은 희생층(예: 이산화규소)을 증착하고, 패터닝한 후, 구조층(예: 폴리실리콘)을 증착하고, 마지막으로 희생층을 제거하여 기계적 구조를 드러내는 일련의 과정을 포함합니다. 이 공정을 통해 웨이퍼 표면에 직접 복잡하고 자립형인 미세 구조를 만들 수 있습니다.
MEMS용 표면 미세가공
1980
- Richard S. Muller
- Roger T. Howe
(설명을 위한 생성된 이미지입니다)
표면 미세가공은 MEMS 제작의 핵심 기술로, 일반적으로 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 위에 복잡한 기계 시스템을 제작할 수 있게 해줍니다. 이 공정은 적층 방식으로, 구조물을 층층이 쌓아 올리는 방식으로, 벌크 미세가공의 절삭 방식과는 대조적입니다. 일반적인 공정 흐름은 기판 위에 질화규소와 같은 절연층을 증착하는 것으로 시작됩니다. 그 다음, 저압 화학 기상 증착(LPCVD)을 이용하여 인산규산염 유리(PSG)라고 하는 이산화규소의 일종인 희생층을 증착합니다. 이 층은 광식각 및 에칭을 통해 패턴을 형성하여 최종 구조물이 기판에 고정될 영역과 움직이는 부품 아래의 간격을 정의합니다.
다음으로, 구조층(대부분 다결정 실리콘(폴리실리콘))이 패턴화된 희생층 위에 증착됩니다. 이 폴리실리콘 층 자체에 패턴을 형성하여 빔, 기어 또는 멤브레인과 같은 원하는 기계 부품의 형상을 정의합니다. 희생층과 구조층을 증착하고 패턴을 형성하는 이 과정은 여러 번 반복하여 매우 복잡한 다층 구조를 만들 수 있습니다. 마지막으로 중요한 단계는 '분리' 공정입니다. 웨이퍼를 화학적 에칭액(일반적으로 불산(HF))에 담그면 폴리실리콘 구조층이나 질화규소 절연층은 손상시키지 않고 희생 PSG 층만 선택적으로 제거됩니다. 이로써 폴리실리콘 구조물은 지정된 앵커에 의해 기판 위에 매달린 채 자유롭게 움직일 수 있게 됩니다.
이 기술의 주요 장점은 표준과의 본질적인 호환성입니다. 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 반 데르 발스 attraction. Various anti-stiction strategies, such as supercritical CO2 drying or special surface coatings, have been developed to mitigate this critical issue.
UNESCO Nomenclature: 3313
산업공학
유형
화학 공정
분열
상당한
용법
널리 사용됨
전구체
응용 프로그램
- 프로젝터에 사용되는 디지털 마이크로미러 장치(DMD)
- 스마트폰에 탑재된 관성 센서(가속도계 및 자이로스코프)
- 압력 센서
- 잉크젯 프린터 헤드
- RF MEMS switches
특허:
- US4673455A
- US5024723A
잠재적 혁신 아이디어
- self-assembling 3d microstructures from 2d films
- implantable biosensors with released sensing elements
- micro-robotic swarms fabricated monolithically
- adaptive optics systems with arrays of micromirrors for atmospheric correction
- energy harvesting devices from ambient vibrations
- 미세유체 chips with integrated, movable valves and pumps
- on-chip vacuum-sealed resonant sensors
- programmable matter based on interconnected micro-actuators
- micro-scale drug delivery systems with controlled release mechanisms
- 의복 sensors woven into textiles
관련 용어: 표면 미세가공, MEMS, 제작, 박막, 폴리실리콘, 희생층, 에칭, 미세가공, 리소그래피, 스티션.
역사적 맥락
MEMS용 표면 미세가공
(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)
