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.
Next, the structural layer, most commonly polycrystalline silicon (polysilicon), is deposited over the patterned sacrificial layer. This polysilicon layer is then itself patterned to define the geometry of the desired mechanical components, such as beams, gears, or membranes. This sequence of depositing and patterning sacrificial and structural layers can be repeated multiple times to create highly complex, multi-level structures. The final, critical step is the ‘release’ process. The wafer is immersed in a chemical etchant, typically hydrofluoric acid (HF), which selectively removes the sacrificial PSG layers without attacking the polysilicon structural layers or the silicon nitride isolation layer. This leaves the polysilicon structures free to move, suspended above the substrate by their designated anchors.
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.
UNESCO Nomenclature: 3313
Engenharia Industrial
Precursores
- Técnicas de fotolitografia da indústria de semicondutores
- chemical vapor deposition (CVD) for thin film growth
- 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.
