Mikro{0}}elektro-mehānisko sistēmu (MEMS) un uzlaboto sensoru ražošanai ir nepieciešama nepieredzēta precizitāte, materiāla integritāte un virsmas kvalitāte. Starp dažādiem izmantotajiem pusvadītāju procesiem vafeļu pulēšana ir attīstījusies no vienkārša apdares posma uz kritisku iespējojošo tehnoloģiju. Šajā rakstā ir apskatīts vafeļu pulēšanas, galvenokārt ķīmiskās mehāniskās planarizācijas (CMP) pielietojums MEMS ierīču un sensoru ražošanā. Tajā ir detalizēti aprakstīts, kā pulēšanas metodes ir būtiskas, lai izveidotu neskartas virsmas, kas nepieciešamas turpmākai apstrādei, lai nodrošinātu trīsdimensiju struktūras, nodrošinātu ierīces veiktspēju un uzlabotu ražu.
1. Ievads vafeļu pulēšanas pulēšanā: ārpus gluduma
Vafeļu pulēšana ir sinerģisks process, kas apvieno ķīmisko kodināšanu un mehānisko noberšanos, lai pusvadītāju plāksnēs iegūtu īpaši{0}}gludas un plakanas virsmas. Vismodernākā forma, ķīmiskā mehāniskā planarizācija (CMP), izmanto ķīmiski reaģējošu suspensiju un pulēšanas paliktni, lai vienmērīgi noņemtu materiālu. Tradicionālajām integrālajām shēmām (IC) galvenais mērķis ir litogrāfijas globālās planaritātes foraritāte. Tomēr MEMS un sensoru ražošanā mērķi ir daudzpusīgāki, tostarp:
Virsmas gludums:Virsmas raupjuma samazināšana līdz atomu līmenim, lai samazinātu defektus un nodrošinātu paredzamu ierīces darbību.
Globālā planaritāte:Ideāli līdzenas virsmas izveidošana visā vafelei veiksmīgai vairāku slāņu līmēšanai un rakstīšanai.
Precīza biezuma kontrole:Precīza noteiktu slāņu vai visa substrāta atšķaidīšana līdz precīziem izmēriem, kas ir ļoti svarīgi membrānām, konsolēm un citām kustīgām konstrukcijām.
2. Galvenās lietojumprogrammas MEMS ražošanā
MEMS ierīču unikālās prasības padara vafeļu pulēšanu par neaizstājamu vairākos procesa plūsmas posmos.
2.1. Silīcijs. Silīcija-uz-izolatora (SOI) vafeļu sagatavošana
SOI vafeles ir pamats daudzām augstas veiktspējas{0}}MEMS ierīcēm. Tie sastāv no plāna viena -kristāla silīcija slāņa (ierīces slāņa), ko no roktura silīcija vafeles atdala ieraktais oksīda (BOX) slānis. CMP tiek kritiski izmantots, lai pulētu ierīces augšējo silīcija slāni, lai iegūtu īpaši vienmērīgu un gludu virsmu. Šī vienveidība ir būtiska, lai noteiktu precīzu kodināšanas dziļumu un izveidotu konsekventas mehāniskās īpašības izpildmehānismos, rezonatoros un inerciālajos sensoros.
2.2. Vafeļu līmēšanas virsmas sagatavošana
Daudzas sarežģītas MEMS struktūras tiek izgatavotas, izmantojot vafeļu savienošanas metodes, piemēram, saplūšanas vai anodiskās saites. Šo saišu panākumi un stiprums ir ļoti atkarīgi no vafeļu virsmas kvalitātes. Jebkāda topogrāfija, daļiņas vai nelīdzenumi var radīt tukšumus vai vājas saites, izraisot ierīces kļūmi. Vafeļu pulēšana nodrošina, ka savienojošās virsmas ir atomiski gludas un bez piesārņotājiem, nodrošinot spēcīgas, hermētiskas blīves, kas nepieciešamas tādām ierīcēm kā spiediena sensori un mikrofoni.
2.3. Upura slāņa noņemšana un strukturāla atbrīvošana
Būtisks virsmas mikroapstrādes solis ir kustīgu konstrukciju atbrīvošana, kodinot upura slāni (piemēram, silīcija dioksīdu). Pēc šīs kodināšanas mikrostruktūra var sabrukt un neatgriezeniski pielipt pie pamatnes kapilāru spēku vai virsmas adhēzijas dēļ, kas ir pazīstama kā "stiction". Pēc-izlaides CMP-līdzīgos procesus vai superkritiskās žāvēšanas izmantošanu var uzskatīt par daļu no virsmas inženierijas filozofijas, ko aizsāka pulēšana. Tiešāk sakot, pulēta pulēta sākuma virsma samazina saķeres iespējamību, samazinot kontakta laukumu un virsmas enerģiju starp atbrīvoto struktūru un substrātu.
3. Īpašas lomas sensoru ražošanā
Dažādu veidu sensori izmanto vafeļu pulēšanu, lai uzlabotu to jutīgumu un uzticamību.
3.1. Spiediena sensori
MEMS spiediena sensoriem plāna, elastīga diafragma novirzās zem spiediena. Šīs diafragmas biezums un vienmērīgums tieši nosaka sensora diapazonu un jutību. Vafeļu pulēšana tiek izmantota, lai precīzi atšķaidītu vafeles aizmuguri, lai definētu šo diafragmu ar izcilu precizitāti un konsekvenci, ko nav iespējams sasniegt tikai ar kodināšanu.
3.2. Optiskie sensori un MOEMS
Optiskos sensoros un mikro{0}}opto-elektro-mehāniskajās sistēmās (MOEMS), piemēram, mikrospoguļos un interferometriskajos sensoros, virsmas izkliede ir galvenais zudumu un trokšņu avots. Pulēta virsma ar sub-nanometra raupjumu ir būtiska, lai samazinātu gaismas izkliedi un saglabātu viļņu frontes precizitāti, tādējādi palielinot sensora signāla -pret-trokšņu attiecību un kopējo efektivitāti.
3.3. Starpslāņu dielektriskā (ILD) planarizācija
Uzlabotajos daudzslāņu{0}}sensoros bieži ir integrēta elektronika. Tāpat kā IC ražošanā, CMP izmanto, lai planarizētu izolācijas dielektriskos slāņus starp metāla starpsavienojumiem. Šī plakanība novērš pakāpienu pārklājuma problēmas turpmākajos litogrāfijas un nogulsnēšanas posmos, nodrošinot elektrisko uzticamību un nodrošinot lielāku -blīvuma integrāciju.
4. Izaicinājumi un nākotnes tendences
Kamēr tas ir nobriedis, vafeļu pulēšanas pielietošana MEMS un sensoros joprojām saskaras ar problēmām. Tie ietver izmežģījumu un sub{1}}virsmas bojājumu samazināšanu viena-kristāla materiālos, trauslu un jaunu materiālu (piemēram, SiC, GaN, polimēru) pieaugošo izmantošanu un nanomēroga defektu kontroli.
Turpmākā attīstība ir vērsta uz:
Suspensijas ķīmija:Viedāku vircu ar augstu selektivitāti izstrāde jaunām materiālu kombinācijām.
Galapunkta noteikšana:Sarežģītāka in{0}}uzraudzības ieviešana uz vietas, lai apturētu pulēšanas procesu ar nanometru{1}}līmeņa precizitāti.
Heterogēna integrācija:CMP pielāgošana 3D integrācijai un dažādu komponentu (elektronikas, fotonikas, MEMS) kopražošanai vienā mikroshēmā.
5. Secinājums
Vafeļu pulēšana, jo īpaši CMP, nav tikai palīgprocess MEMS un sensoru ražošanā. Tā ir pamata tehnoloģija, kas nodrošina izmēru kontroli, materiāla kvalitāti un virsmas nevainojamību, kas nepieciešama augstas veiktspējas un uzticamām mikro{2}ierīcēm. Attīstoties MEMS un sensoriem, kļūstot arvien sarežģītāki, miniaturizēti un integrēti ar AI un IoT sistēmām, precīzas pulēšanas loma kļūs tikai svarīgāka, turpinot paplašināt mikromērogā ražojamās robežas.
