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用于MEMS的表面微加工

1980
  • Richard S. Muller
  • Roger T. Howe
用于在实验室制造微机电系统设备的表面微加工工艺。.

(图片仅供参考)

表面微加工构建 微机电系统 通过在衬底上沉积和图案化薄膜来制造器件。该工艺包括以下步骤:沉积牺牲层(例如二氧化硅)、对其进行图案化、沉积结构层(例如多晶硅),最后去除牺牲层以释放机械结构。该工艺可以直接在晶圆表面创建复杂的独立式微结构。

表面微加工是微机电系统(MEMS)制造的基石,它能够在衬底(通常是硅晶片)上构建复杂的机械系统。该工艺属于增材制造,逐层构建结构,这与减材微加工截然不同。典型的工艺流程始于在衬底上沉积一层隔离层,例如氮化硅。随后,采用低压化学气相沉积(LPCVD)法沉积一层牺牲层,通常是一种称为磷硅酸盐玻璃(PSG)的二氧化硅。接下来,利用光刻和蚀刻技术对该牺牲层进行图案化,从而确定最终结构与衬底的连接区域以及运动部件下方的间隙。

接下来,在图案化的牺牲层上沉积结构层,通常为多晶硅(polysilicon)。然后对多晶硅层本身进行图案化,以定义所需机械部件的几何形状,例如梁、齿轮或薄膜。这种牺牲层和结构层的沉积和图案化过程可以重复多次,以创建高度复杂的多层结构。最后也是至关重要的一步是“释放”工艺。将晶圆浸入化学蚀刻剂中,通常是氢氟酸(HF),该蚀刻剂选择性地去除牺牲的PSG层,而不会腐蚀多晶硅结构层或氮化硅隔离层。这样,多晶硅结构就可以自由移动,并通过其指定的锚点悬浮在衬底上方。

该技术的一大优势在于其与标准CMOS集成电路制造工艺的固有兼容性。这使得MEMS器件与其控制和信号处理电子器件能够单片集成在同一芯片上,从而实现更小巧、更经济、更高性能的系统。然而,表面微加工并非没有挑战。释放过程中的主要失效模式是“粘滞”,即释放的结构一旦沾水,在干燥过程中就会因毛细作用力而被拉回基板,并由于范德华力等分子间作用力而永久粘附。为了缓解这一关键问题,人们已经开发了各种抗粘滞策略,例如超临界CO2干燥或特殊表面涂层。

UNESCO Nomenclature: 3313
- 工业工程

类型

化学过程

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 半导体行业的光刻技术
  • 用于薄膜生长的化学气相沉积 (CVD)
  • 湿法和干法刻蚀工艺
  • 集成电路(IC)制造技术

应用程序

  • 投影机中的数字微镜器件(DMD)
  • 智能手机中的惯性传感器(加速度计和陀螺仪)
  • 压力传感器
  • 喷墨打印机头
  • 射频MEMS开关

专利:

  • US4673455A
  • US5024723A

潜在创新理念

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相关领域:表面微加工、MEMS、制造、薄膜、多晶硅、牺牲层、蚀刻、微加工、光刻、粘滞。

历史背景

用于MEMS的表面微加工

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(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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