Construções de micromecanização de superfície MEMS A fabricação de dispositivos é feita por meio da deposição e padronização de filmes finos sobre um substrato. O processo envolve uma sequência de deposição de uma camada sacrificial (como dióxido de silício), padronização dessa camada, deposição de uma camada estrutural (como polisilício) e, finalmente, remoção da camada sacrificial para liberar a estrutura mecânica. Esse processo permite a criação de microestruturas complexas e autossustentáveis diretamente na superfície do wafer.
A microusinagem de superfície é um pilar fundamental na fabricação de MEMS, permitindo a criação de sistemas mecânicos complexos sobre um substrato, tipicamente uma pastilha de silício. O processo é aditivo, construindo estruturas camada por camada, o que contrasta com a natureza subtrativa da microusinagem de volume. Um fluxo de processo típico começa com a deposição de uma camada isolante, como nitreto de silício, sobre o substrato. Em seguida, uma camada sacrificial, frequentemente um tipo de dióxido de silício chamado vidro fosfosilicato (PSG), é depositada utilizando Deposição Química de Vapor a Baixa Pressão (LPCVD). Esta camada é então padronizada por meio de fotolitografia e corrosão, definindo as áreas onde a estrutura final será ancorada ao substrato e os espaços sob as partes móveis.
Em seguida, a camada estrutural, geralmente silício policristalino (polissilício), é depositada sobre a camada sacrificial padronizada. Essa camada de polisilício é então padronizada para definir a geometria dos componentes mecânicos desejados, como vigas, engrenagens ou membranas. Essa sequência de deposição e padronização das camadas sacrificial e estrutural pode ser repetida várias vezes para criar estruturas multiníveis altamente complexas. A etapa final e crítica é o processo de "liberação". O wafer é imerso em um agente de corrosão química, tipicamente ácido fluorídrico (HF), que remove seletivamente as camadas sacrificiais de PSG sem atacar as camadas estruturais de polisilício ou a camada de isolamento de nitreto de silício. Isso deixa as estruturas de polisilício livres para se moverem, suspensas acima do substrato por suas âncoras designadas.
Uma grande vantagem dessa técnica é sua compatibilidade inerente com os padrões. 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 a: micromecanização de superfície, MEMS, fabricação, filme fino, polisilício, camada sacrificial, corrosão, microfabricação, litografia, adesão.
