Microusinagem de superfície para MEMS
1980
- Richard S. Muller
- Roger T. Howe
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 das principais vantagens dessa técnica é sua compatibilidade inerente com os processos padrão de fabricação de circuitos integrados CMOS. Isso permite a integração monolítica de dispositivos MEMS com seus circuitos eletrônicos de controle e processamento de sinal no mesmo chip, resultando em sistemas menores, mais baratos e com maior desempenho. No entanto, a microusinagem de superfície não está isenta de desafios. O principal modo de falha durante a liberação é a “adesão”, onde as estruturas liberadas, uma vez úmidas, são puxadas para o substrato por forças capilares durante a secagem e ficam permanentemente aderidas devido a forças intermoleculares, como a atração de van der Waals. Diversas estratégias antiaderentes, como a secagem com CO2 supercrítico ou revestimentos de superfície especiais, foram desenvolvidas para mitigar esse problema crítico.
UNESCO Nomenclature: 3313
Engenharia Industrial
Precursores
- Técnicas de fotolitografia da indústria de semicondutores
- Deposição química de vapor (CVD) para crescimento de filmes finos
- processos de corrosão úmida e seca
- tecnologia de fabricação de circuitos integrados (CI)
Aplicações
- Dispositivos de micromirror digital (DMDs) em projetores
- sensores inerciais (acelerômetros e giroscópios) em smartphones
- sensores de pressão
- cabeças de impressora jato de tinta
- Chaves RF MEMS
Ideias de Inovação Potencial
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Relacionado a: micromecanização de superfície, MEMS, fabricação, filme fino, polisilício, camada sacrificial, corrosão, microfabricação, litografia, adesão.
