MENS技術(shù)是傳感器關(guān)鍵技術(shù)之一，也是傳感器未來最重要的核心技術(shù)。但能夠有能力生產(chǎn)、設(shè)計MEMS傳感器的廠家寥寥無幾，為什么MEMS生產(chǎn)這么難?本文從工藝上給出了部分答案。
如果您致力于學(xué)術(shù)研究，那么MEMS傳感器研發(fā)領(lǐng)域會相當(dāng)?shù)亓钊伺d奮，但與此同時也面臨著很大壓力。您將會在凈化室?guī)虾荛L的時間，可能在一段時間內(nèi)看不見陽光，導(dǎo)師為了撰寫發(fā)表學(xué)術(shù)性文章會不停地督促您完成樣板試制。當(dāng)研發(fā)一種新的MEMS傳感器制造工藝時，最初的幾片晶圓通常不會量產(chǎn)可工作的器件。根據(jù)工藝的復(fù)雜性和創(chuàng)新性，將需要幾個星期、幾個月甚至幾年的時間去得到為數(shù)不多的好芯片。
您可能會問自己這樣一個問題：怎樣才能使MEMS傳感器工藝研發(fā)進(jìn)度更加高效呢?個人建議，花點(diǎn)時間和精力去仔細(xì)檢查所有工藝步驟。聽起來似乎很簡單，但往往檢查部分是被忽略的。在某些情況下，即使在所有結(jié)構(gòu)都是錯誤的情況下人們還在繼續(xù)處理晶圓。同樣，您可能認(rèn)為已經(jīng)制造出能工作的器件，但是經(jīng)過切片、膠合、鍵合后，發(fā)現(xiàn)沒有一個芯片能正常工作。
在一臺光學(xué)顯微鏡下，許多制造步驟都可以簡單地被觀察，通常只需要幾分鐘來幫助確定MEMS傳感器制造問題。然而，最難的是顯微鏡也不能幫助確定的問題。以下所列舉的是光學(xué)顯微鏡鏡頭之外的八大問題，針對每個問題，給出針對性的檢查方法。
1. 不精確的MEMS傳感器結(jié)構(gòu)層厚 許多工藝方法(如物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法或電鍍法)都會依賴沉積材料來構(gòu)建機(jī)械結(jié)構(gòu)或電子元件，而光學(xué)顯微鏡看不到的材料層的厚度對于性能影響相當(dāng)重要。
常見的檢查方法/設(shè)備:
- 輪廓儀
- 橢圓儀
- 切割晶圓，通過掃描電子顯微鏡觀察(破壞性的測試)
- 基于探針的微機(jī)械測試
2. 邊墻形貌(sidewall profile)不佳 微結(jié)構(gòu)的邊墻對器件性能有很大程度上的影響。通過光學(xué)顯微鏡看結(jié)構(gòu)，所看到的邊墻不是很好。特別是，刻蝕不足和溝槽通常是看不見的。然而，這些幾何形變會明顯改變彈簧和柔性板的機(jī)械性能。
常見的檢查方法/設(shè)備:
- 切割晶圓，通過掃描電子顯微鏡觀察(破壞性的測試)
- 基于探針的微機(jī)械測試
3. 粘附力問題 MEMS傳感器結(jié)構(gòu)內(nèi)層與層之間的粘附力可能很微小，光學(xué)顯微鏡也許會看到分層跡象，但微小的粘結(jié)層是觀察不到的。
常見的檢查方法/設(shè)備:
- 聲學(xué)顯微鏡
- 基于探針的微機(jī)械測試(破壞性的測試)
4. 內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)力梯度 內(nèi)部應(yīng)力是使用薄膜常見的問題。在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的應(yīng)力會導(dǎo)致器件良率和性能降低，以及淀積膜的分層和開裂。
常見的檢查方法/設(shè)備:
-光學(xué)晶圓曲面測量
- 結(jié)合顯微鏡或白光干涉測厚儀測試晶圓結(jié)構(gòu)
- 基于探針的微機(jī)械測試晶圓結(jié)構(gòu)
5. 裂紋 大多數(shù)裂紋都可以在光學(xué)顯微鏡下看到，但是，在某些情況下，由于分辨率的局限性，細(xì)的“發(fā)際線”裂縫是不可見的。
常見的檢查方法/設(shè)備:
- 探針臺電性測試
- 聲學(xué)顯微鏡
- 基于探針的微機(jī)械測試
6. 失敗的釋放工藝 所謂釋放工藝，通常是為了形成MEMS器件中可動的機(jī)械部分，通過對連接機(jī)械部分到基底的材料進(jìn)行不*刻蝕來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)釋放失敗時，重要的是找到大部分釋放結(jié)構(gòu)釋放成功而錨點(diǎn)沒有釋放好的區(qū)域
常見的檢查方法/設(shè)備：
- 單芯片器件層或結(jié)構(gòu)測試(破壞性測試)(Break-off device layer of a single chip or a test structure)
- 基于探針的微機(jī)械測試
7. 粘滯作用 像懸臂梁、薄膜、梭形閥這些機(jī)械結(jié)構(gòu)可能由于結(jié)構(gòu)的釋放會和底層基板粘連，導(dǎo)致器件永久性失效。如果MEMS傳感器結(jié)構(gòu)和襯底之間的距離非常小，那么通過顯微鏡觀察曲率是不可見的。如果您想要好芯片，恐怕只有在封測環(huán)節(jié)來挑選了。
常見的檢查方法/設(shè)備:
- 探針臺電性測試(如電容傳感器)
- 基于探針的微機(jī)械測試
8. 不精確的材料特性 新型材料在MEMS傳感器器件已經(jīng)顯示其巨大的潛力。但是，薄膜材料比本體材料更能展示出不同的特性。尤其使用聚合物時，如楊氏模量、線性度、磁滯現(xiàn)象等機(jī)械性能嚴(yán)重依賴于工藝參數(shù)。不精確或者是不理想的材料特性可能會降低器件性能，甚至導(dǎo)致器件失效。
