原创何谓MEMS？工艺关键技术及相关术语

 2021-11-17 15:45  2119 15 4 分类: EDA/ IP/ 设计与制造

何谓MEMS？

MEMS是Micro Electro Mechanical Systems（微机电系统）的缩写，具有微小的立体结构（三维结构），是处理各种输入、输出信号的系统的统称。
是利用微细加工技术，将机械零零件、电子电路、传感器、执行机构集成在一块电路板上的高附加值元件。

MEMS工艺

MEMS工艺以成膜工序、光刻工序、蚀刻工序等常规半导体工艺流程为基础。

基本的MEMS工艺

下面介绍MEMS工艺的部分关键技术。

晶圆 SOI晶圆SOI是Silicon On Insulator的缩写，是指在氧化膜上形成了单晶硅层的硅晶圆。已广泛应用于功率元件和MEMS等，在MEMS中可以使用氧化膜层作为硅蚀刻的阻挡层，因此能够形成复杂的三维立体结构。

SOI晶圆

TAIKO磨削 　

“TAIKO”是DISCO株式会社的商标

TAIKO磨削是DISCO公司开发的技术，在磨削晶圆时保留最外围的边缘，只对其内侧进行磨削。

TAIKO磨削 TAIKO磨削晶圆

TAIKO磨削与通常的磨削相比，具有“晶圆曲翘减少”、“晶圆强度更高”、“处理容易”、“与其他工艺的整合性更高”等优点。

晶圆粘合/热剥离片工艺通过使用支撑晶圆和热剥离片，可以轻松对薄化晶圆进行处理等。

晶圆粘合示例（薄化晶圆的处理）

晶圆键合晶圆键合大致分为“直接键合”、“通过中间层键合”2类。

晶圆键合

直接键合不使用粘合剂等，是利用热处理产生的分子间力使晶圆相互粘合的键合，用于制作SOI晶圆等。
通过中间层键合是借助粘合剂等使晶圆互相粘合的键合方法。

蚀刻各向同性蚀刻与各向异性蚀刻通过在低真空中放电使等离子体产生离子等粒子，利用该粒子进行蚀刻的技术称为反应离子蚀刻。
等离子体中混合存在着携带电荷的离子和中性的自由基，具有利用自由基的各向同性蚀刻、利用离子的各向异性蚀刻两种蚀刻作用。

反应离子蚀刻

硅深度蚀刻集各向异性蚀刻和各向同性蚀刻的优点于一身的博世工艺技术已经成为了硅深度蚀刻的主流技术。

博世工艺技术

通过重复进行Si蚀刻⇒聚合物沉积⇒底面聚合物去除，可以进行纵向的深度蚀刻。
侧壁的凹凸因形似扇贝，称为“扇贝形貌”。

成膜

ALD（原子层沉积）ALD是Atomic Layer Deposition（原子层沉积）的缩写，是通过重复进行材料供应（前体）和排气，利用与基板之间的表面反应，分步逐层沉积原子的成膜方式。
通过采用这种方式，只要有成膜材料可以通过的缝隙，就能以纳米等级的膜厚控制，在小孔侧壁和深孔底部等部位成膜，在深度蚀刻时的聚合物沉积等MEMS加工中形成均匀的成膜。

通过ALD成膜

关于MEMS相关术语的简要说明。

术语	说明
MEMS	Micro Electro Mechanical Systems的缩写。具有微小的立体结构（三维结构），是处理各种输入、输出信号的元件、系统的统称。
各向同性蚀刻	利用自由基沿深度方向、横向进行的蚀刻
各向异性蚀刻	利用离子沿深度方向进行的蚀刻
博世工艺	Si深度蚀刻的主要技术。组合了各向同性蚀刻与各向异性蚀刻的技术
扇贝形貌	利用博世工艺形成的侧壁的凹凸形状
SOI晶圆	Silicon On Insulator的缩写。在氧化膜上形成了单晶硅层的硅晶圆。
TAIKO磨削	磨削晶圆时保留最外围的边缘，只对其内侧进行磨削的技术＊“TAIKO”是DISCO株式会社的商标
支撑晶圆	为满足薄晶圆的处理和工艺的需要而用作支撑的晶圆
晶圆粘合	为满足薄晶圆的处理和工艺的需要而粘合支撑用基板（支撑晶圆）
晶圆键合	以封装等为目的进行的晶圆之间的键合
ALD（原子层沉积）	分步逐层沉积原子的成膜方式。